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上海交大何祖源光纤接入领域缺乏成熟技术

来源:光易通  日期:2012年10月29日  查看:

  接下来谈一下多点式光纤传感器,从外表看就是一节光栅,通过紫外线照射发现有周期性的间隔。当有光纤入射的时候,如果光纤的波长正好等于间隔的两倍,那么这个光波将会受到强烈的反射,而如果光纤受到温度变化或者应变等等,这个反射波长将会发生变化,这种传感器在一根光纤上可以做很多个,把它连接起来就可以用于各种各样的传感应用。综合布线

  那么在这方面,我们团队在国外已经开展了十几年的工作,开发了所谓OTDR技术和OFDR技术,我这里不详细介绍技术的细节。网线

  大家好。首先请允许我用一两分钟时间简单介绍一下我们创办的这家企业。2012年4月注册,依托上海交通大学无锡研究院。我们的业务方向包括先进智能光子传感器件、系统和综合解决方案。这样一些先进的产品和技术,我们认为它是物联网重要的物理基础,面对迅速成长的国内市场,包括油气工业、电力、航空、航天、交通、运输、安全、防卫等等。目前我们首先专注于电信电力市场。

  首先,我介绍一下在光纤接入网测试技术。这是日本宽带签约户数,因为我刚刚从日本回来不久,大家知道日本只有1.3亿人口,现在已经有3500万用户宽带签约数,其中超过60%是光纤到户。由于这种技术,这种产品进入普及期,可以想见故障将呈几何两基增多,可以想见维护成本是居高不下,这个方面在发达国家同样也是没有很成熟的技术,在国内就更是这样。

  智能光纤传感网网特点,因为光纤是软的,它可以两维、三维,所以横轴是空间的位置,纵轴是测量对象。这样一个传感网解决了什么问题呢?它解决了在什么位置上发生了什么事情,那个事情有多少个强度的问题,也就是提供了两维的信息。

  另外采用这种技术我们成功实现了对所谓偏振模式色散(PMD)分布测试技术。这样一种东西有什么影响呢?大概在30年前,由于制造工艺的原因,光纤PMD参数普遍偏高,通信运营商早期铺设了大量的高PMD光缆。随着系统向高速大容量升级,PMD的影响开始显现。我们发展PMD分布测试技术可以发现这个接续的光纤线路上的高PMD的部分,这样通过换掉这样不良区间或者重新组合一根光缆的芯线就可以组成低PMD,这也是独创的技术。

  因为这种传感网技术,我们说光纤传感网可以成为安全安心社会的神经网。光纤传感网可以用语光纤通讯网的诊断技术。光纤传感网在安防方面已经有很多的应用,国内有很多企业在这方面开展了卓有成效的工作。

  它有非常突出的特点要求,包括体积小、强度高、稳定性好,可植入材料中。抗电磁干扰、耐环境。

  搜狐IT现场直播,以下是上海交通大学无锡研究院光纤传感技术研究中心主任、无锡联河光子技术有限公司董事长何祖源的演讲全文:

  由谢峰博士担任公司总经理。核心团队,这里特别介绍一下,他们都是跟随我回国创业的同事和学生。技术总监,樊昕昱;项目经理,杜江兵;按市场总监 马磷;

  目前我们达到的指标是40km长距离测量,在实验室环境下可以达到1厘米空间分辨率,在室外可以大家5里面空间分辨率。

  光纤传感网有三种基本构成,其中一个叫单点式传感器。一根光纤在这里仅仅起到传输的作用,另外一种叫多点式传感器,在这里一根光纤把很多传感器串起来,这样很多传感器可以共用光源实现网络性监测。再有就是智能光纤传感器。

  大概四年以前,我们团队开始了一项新的挑战,就是用光纤传感器测地球。因为用光纤传感网可以实现对结构的安全监测,那么地球上最大的结构是什么呢?地球上最大的结构物就是地球本身,所以我们尝试用光纤传感网来监测地球,那它的意义是不言而喻的。它的难点在什么地方呢?它的难点就是要监测地球光纤传感器必须有10的负9次方,现在市场上能达到的应变分辨率大概是10个负6次方,那么要达到10个负9次方,我们需要有1000倍的改善。

  核心技术,我们有世界领先科研成果40余项国际发明专利。在光子传感器件,我们实现了世界最高应变分辨率,世界唯一实现地壳形变检测。在光子传感系统方面,我们在空间分辨率、空间采样率和采样速率等一系列性能指标方面,我们团队保持者世界最高的记录。我们还创立了一系列光子传感继承解决方案,包括跟NTT、三菱、波音、空中客车等世界朱明企业开展合作。

  我们的核心团体:董事长由我本人出任,我以前在日本东京大学工作,在日本东京大学取得博士学位之后担任助教、讲师、副教授、教授。在光纤传感领域内从事工作25年,当然这也没什么可骄傲的,只不过年纪大一点而已。另外在工作当中获得和申请了美日欧国际专利18项,团队专利共40余项。

  PPT:这是在飞机的蒙皮当中植入了光纤传感器。

  另外光纤传感器也成功的用于飞机结构监测。我们看到A-380和波音787,它们的特点是超过一半数量是碳纤维,比如说碳纤维符合树脂有几种缺失,一个是层与层之间的剥离,由于这种材料比较强,所以很难像现在的铝合金材料那样实行碳酸检测,所以研究人员现在开始研究把光纤传感器埋到复合材料当中去,由于这种材料一层大概125微米的厚度,所以这种光纤传感器必须是特别细小的光纤传感器,大概直径在50个微米左右。

  PPT:这是实验场景。这些技术目前还在检验、试验和研究当中,但是已经进入到现场实验的状态。

  那么在这方面,我们团队在国外已经开展了十几年的工作,开发了所谓OTDR技术和OFDR技术,我这里不详细介绍技术的细节。

  PPT:左边是光纤传感器监测记录到的潮汐引起的地壳形变的波形。因为水的重量在变,地球也在变,这是世界上第一个光纤传感器可以测到潮汐对地球的影响。

  应用这种技术,我们开展了在飞机结构安全监测的实验,这是和三菱重工开展的,一种是地面工作模式,在这种模式下我们用最高的空间分辨率对飞机进行体检。还有一种是飞行中的工作模式,在这个时候,我们用高速的工作模式进行监测。

  PPT:从这个地方可以看到一个小小的跳变,我们展开来看,传感器很清楚的记录了一次地震的情况(5.1级),地点在北千叶,距离东京30公里左右。

  PPT:这是FBG传感器在建筑结构监测中的应用。这是世界上第一个FBG传感器用来传感的实验。我们看到用了一套监测系统,在这上面连接很多光纤传感器,包括位移传感器、温度传感器,成功的实现了监测。

  在传统技术上来说,为了实现那么高的应变率,需要非常长的测试手段。通过我们的研究我们实现了用不到1米长的传感器可以测试出地球的形变,这是世界最高的应变分辨率,而且是世界唯一的。

  上海交通大学无锡研究院光纤传感技术研究中心主任、无锡联河光子技术有限公司董事长何祖源 [保存到相册]

  这里我要稍微提到一点点关于光纤传感的基本原理,它就是把你要测试的那样一些量,比如说温度、压力、形变等等,通过光纤某种特性转化为光的某一种参数,比如说光的频率或者相位、光的强度或者偏正状态。然后通过测量光波的参数实现被测量的检测。因此光纤传感器不是单纯的,它通过不同的效应可以实现对各种各样被测量样的探测。

  10月25日消息,上海交通大学无锡研究院光纤传感技术研究中心主任、无锡联河光子技术有限公司董事长何祖源在无锡举行的第三届中国国际物联网大会上表示,光纤接入网测试技术逐渐进入普及期,但故障将呈几何两基增多,维护成本是居高不下,这个方面在发达国家同样也是没有很成熟的技术,在国内就更是这样。

  在这个方面,我们团队发明了一种新的技术叫BOCDA系统,这项技术没有时间详细解释,但可以告诉大家的是在空间分辨率和采样速率方面是保持着世界最高的记录。

  另外我们领先世界实现了温度应变分离分布传感技术。我知道国内有973的项目,还有基金重大项目等等,好像在参考我们的工作进行新的研发。我们在国外的工作能够被国内同行参考,我们觉得非常的荣幸。

  我们的理想或者我们的梦想是把我们国外学科前沿所取得的成果在国内落地,让它生根开花结果,在电力、飞机、船舶、隧道、水坝等社会基础设施方面起到安全、安心社会大众的作用,谢谢大家。

  另外我们解决了光纤接入网世界难题,在无源光网络(PON)分光器下部测试技术。在分光器以下的线路检测,现在没有任何成熟的技术,而且即使是在研究阶段的技术,不客气的说,我们是独此一家,别无分号,我们可以检查分光器以下的各种问题,如果能够产业化,这样可以极大地降低电信运营商的维护。

  PPT:于布里渊光时域反射计,这项技术本身在90年代初由日本NTT研究所发明的,国内有些公司也在做这个事情。在这个过程当中,光纤本身就是传感器,这样一个机器,这样一个分析设备,发出光,沿着光纤跑,然后在回波当中探测光纤各个部位的温度状况和受力状况等等。

  

上海交大何祖源光纤接入领域缺乏成熟技术

  这里举一个美国航天宇航局的例子。这是以前对航天飞机机体设计的时候,需要掌握机体各个部位的受裂情况。这里我们看到贴了四百片应变片,这样你就需要许多的电缆和数据采集设备。为什么?每一个应变片至少需要两根电线,因为电有正有负。在这样的情况下,你可以注意到四百个传统的传感器就已经让电缆和采集设备没有办法应付。现在采用光纤传感器,你可以看到这里只有三四根光纤和一个简单的数据采集系统,我们可以在这里面用上三千个光纤传感器,实现精确的检测。所以光纤传感网对于产业来说,是解决高密度的传感网络技术。谈光纤传感网我们往往会谈到无线网,但对于高密切的工业运用光纤传感网具有独一无二的优势。