搏击在光纤传感技术的制高点上

去年3月,国际光纤光栅传感技术著名公司来到武汉理工大学,主动提出要与他合作,做其产品在国外代理人。他真诚地询问是什么原因,为什么如此有信心?这位公司老板说,你们的产品虽说在个别功能上稍有不足,但整体性能好于世界任何一款产品。

早在十几年前,他的名声及研究的光纤传感产品就开始蜚声海内外。国际著名光纤传感技术专家、美国弗吉尼亚理工大学终身教授王安波2004年在选择到哪所高校任讲座学者时,谢绝了多所高校的邀请,因他而选择了武汉理工大学。

他是谁?他就是于2007年12月当选为中国工程院院士、武汉理工大学的首席教授姜德生。

 

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赢“擂”西门子

2006年6月,陕西秦岭终南山隧道火灾报警工程进行国际招标,一时成为当时世界瞩目的“擂台”新闻。

前来参加竞标的共有5家单位,其中4家是外国公司,国内仅姜德生代表的武汉理工大学一家。

当时数姜德生报价最高,分别高出日本、英国公司300多万元。同去的有关人员担心中不了这个标,就建议姜德生将价格报低一些,这样会增加一点胜算;另外还有一个原因,这次参加竞标的都是国外一些鼎鼎有名的公司,我们的技术能胜过人家吗?

姜德生说,既然是“擂台”招标,那一定要比谁的技术最先进,谁的操作方案最合理,谁的装置最安全。如果我们打“擂”败了,那我们可以吸取最新的技术,将我们的产品实行再创新,今后我们再去打“擂”,我们的胜算就会更大一些。再说只要我们物有所值,招标方会宁可出高价买高精尖的产品,也不会买次品的。
是骡子是马都要拉出来溜溜,这样才能见其优劣。“擂台”比武开始后,各方都尽展所长,其中包括理论呈述、现场示范等等,几轮下来,最后角逐的只剩下两家,一家是德国的西门子,另一家就是姜德生代表的武汉理工大学。

西门子在光电传感报警装置方面起步比姜德生要早,而且他们在光电生产方面历史悠久,在全球若干技术方面领先。姜德生所代表的武汉理工大学能胜过他们吗?究竟鹿死谁手,人们不禁为姜德生捏了一把汗。

当“擂台”比武的哨声终结时,一条消息不胫而走,西门子败“擂”终南山,而且他们败得心服口服。

陕西秦岭终南山隧道全长18公里,属当今世界规模最大的隧道。要在这么长的距离实行火灾第一时间报警,其难点难就难在探测的长距离传输。德国西门子公司也能进行探测,但他们要在这么长的距离内安装4台终继设备,而姜德生研发的报警装置则不需安装终继设备,而且报警效果一点也不亚于安装了中继设备的德国西门子公司。

此工程已经建成,这是目前国内外唯一实现20公里长距离无中继的火灾监测技术项目。

 

姜德生(右一)与中共中央政治局委员、原湖北省委书记俞正声在一起.jpg

 

油库擒“火魔”

2007年8月,国家某战略储备油库向姜德生发来感谢信,信中用热情洋溢的话语对姜德生表示了诚挚的谢意,称他发明的“照妖镜”让火魔及时现形,为油库在第一时间擒住火魔赢得了先机。这到底是怎么回事呢?

三年前的渤海湾某油库遭雷击起火,那只是一个1万吨的油库,至火扑灭时,不仅牺牲了我们好几位消防官兵,而且给国家财产造成了重大损失。因此油库火灾报警一直是姜德生的一块心病,他下决心要开发出这个火灾报警装置,让油库始终置于安全监控之下。否则自己就有愧于光纤传感研究者的称号。

然而要开发出这样的产品,又谈何容易。当时国外虽然有这样的报警装置,但技术上不完全成熟,主要是响应时间慢,灵敏度不高,且价格昂贵,因此国内在选不到合适产品的情况下,油库火灾报警装置一直没有得到应用推广。

即便是这样的技术,国外也一直垄断着。为了研究出中国自己的光纤光栅油库报警装置,姜德生和他的同事们经过几百个日日夜夜地科技攻关,不断地将改进的产品拿到油库去做试验,造出了我们自己的装置。在初试成功的基础上,他们并不急于投入市场,而是又进行了几轮科技攻关,终于在2006年制造出了具有自主知识产权的“光纤光栅感温火灾报警技术与系统”,该产品2006年获公安部科学技术一等奖,2007年被评为国家技术发明二等奖。

2007年元月,国家某战略储备油库进行火灾报警技术招标,姜德生和同事们开发的光纤光栅火灾报警系统,因反应时间快、灵敏度高一举夺标。当年夏季,考验接踵而来,该油库的10万立方米的油罐连续两次遭遇雷击,导致起火。由于光纤光栅报警及时,消防官兵在极短的时间内扑灭了火灾,确保了国家和人民生命财产的安全。

截至目前,国家第一批新建的四大石油战略储备油库和石化系统90%油库的火灾安全监测,均采用了姜院士开发的光纤光栅火灾报警技术。

 

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服务主战场

“为国家解决问题,这是我一直努力的目标!”这是记者近期在采访姜德生院士时,姜院士流露出的一个心声。

为了实践自己的诺言,姜德生毅然决然地投入到经济建设的主战场。过去他们产品的涵盖范围只是在石化和电力领域,现在姜德生把自己服务的范围扩大到经济建设的方方面面。这样他比过去更繁忙了,常常忙得连休息的时间都没有。家人和同事们都说他在透支生命,他幽默地说,我现在不到60岁,精力很充沛,这点小事还累不倒我。我要努力为国家多解决些问题,今后年纪大了,想工作都没有机会了。

煤矿瓦斯爆炸危及人民的生命财产安全,解决这个事关国计民生的问题被提到姜德生的工作日程。为此他下煤矿、探实情,与工人和有关人员座谈,然后集思广益,定下了开发煤矿光纤报警装置产品的方案,力争在瓦斯尚未形成爆炸浓度之前,将其扼制住。

桥梁的多参数长期安全监测问题一直是我国致力于解决的难题。姜院士经过几年的攻关并与相关工程技术界的密切合作,终于解决了这一难题,形成了国内目前唯一拥有全套自主知识产权的技术与产品。2004年,姜德生首次实现了桥梁索力实时在线安全检测,并及时发现了某桥梁施工中的安全隐患。而今该项技术已成功应用在武汉长江二桥、阳逻长江大桥、天兴洲长江大桥等十多座大型桥梁的长期安全监测中,并取得良好效果。

政府当今加大了对老桥安全检测的力度,姜德生与时俱进,将这套装置应用到老桥的安全检测方面。此套装置能预报桥梁的整个截面,为确保我国于上世纪70年代期间修建的桥梁安全作出了贡献。

只要是对国家有利,能保障人民的生命财产安全,姜德生都义不容辞地进行科研开发。他听说国外大型塔吊因风大而被拉垮,导致财产受损,几人失去生命。在国家没有下达科研计划之前,他也及时展开科研工作。有人认为,开发这种产品利润不大,也许会做亏本生意。但姜德生讲,国家需要这种装备,所以我们就要研究这种装备,随着经济建设的突飞猛进,这种塔吊报警装置会得到广泛应用,我们现在虽然得不偿失,但今后前景广阔。在他的率领下,团队开发出了光纤光栅测风仪。这种风向仪能及时测出危及大型塔吊的风速,并在第一时间报警。当工作人员听到报警后,会及时将200多米长的力臂收缩,这样能有效避免塔吊受损及人员伤亡。

姜德生院士开发的光纤传感产品,目前已成为国家重大工程、重大装备、武器系统等国民经济诸多领域急需的关健技术之一。

 

创业百战多

真正让姜德生迈向光纤传感领域缘于两件事。

一次是广州白云宾馆进行的风荷载试验。上个世纪70年代末,我国高层建筑刚刚兴起,其规范一直是沿用香港、前苏联的高层建筑规范。至上世纪80年代初,只有广州建有33层高的白云宾馆是当时国内少有的高层建筑。在一次有几十家单位参与的高层建筑风荷载测试中,台风来袭,由于电磁干扰特别大,仪器不能正常运行。姜德生研制的光纤风压计在台风的强电磁干扰中仍能正常工作,并获取了宝贵的测试数据。后来这个风压计获得了部级科技奖。经历过这件事后,要做可以抗电磁干扰的仪表就在姜德生心中生根了。

一次是在70年代末,美国贝尔实验室在一篇论文中率先提出了光纤传感的概念,即在光通讯中受温度影响的缺陷可以被用来做光纤传感器,那时起,他立志着手做可以抗电磁干扰、在恶劣环境下工作的光纤传感器。他在分析市场以后,认为光纤传感器可以在电力和石化行业大有作为。电力行业为什么有作为呢?因为光纤不怕电磁干扰,可以在几十万伏高压下照常工作。石油行业为什么有作为呢?因为石油化工是易燃易爆集中的行业,光纤是电绝缘体,不会因电火花引起爆炸。

通过这两件事,姜德生把自己的研究领域转向光纤研究。

但要真正开始创业的时候,却遇到了重重困难。

首先遇到了科研资金瓶颈。这个项目始于1982年,当时国家项目一般都是批给国内知名的学府和科研机构,以姜德生当时的资历和成就,是争取不到的。为此他们与企业相结合,由企业给项目,企业有什么要求,他们坚决落实。因此只要设计开发的产品在试验中稍有疏漏,他们就迅速推倒重来,直到符合企业的标准。姜德生在回顾这段创业的经历时说,那时走的是与企业结合的路子,虽然在科研方面吃了很多苦,但因早早地进入了市场,所以在后来市场经济全面放开后,他们都能运用自如。

其次是环境艰苦。他们起步研究光纤传感产品时,仅仅只有3个人,一个人要做几个人的事,特别是当时条件差,几个人蜗居在一个十来平方米的简陋办公室里,尽管如此,但他们没有叫一句苦,心里想的就是怎样完成当日、当月、当年的计划。他们有了不达目的誓不休的勇气,战胜了艰难困苦,终于一步一步走到了今天。1997年国家计委批准在武汉理工大学建设国内唯一的“光纤传感技术国家重点工业性试验基地”,2000年该基地通过国家验收;2000年,国家计委又批准了承担以实现产业化大规模生产为目标的“光纤传感器国家高技术产业化示范工程”,该工程于2004年通过国家验收。

再就是国际竞争异常激烈。为了始终瞄准光纤传感前沿领域,姜德生在开展了高性能的光纤传感器的研究与开发后,又将敏感材料的研究与光纤传感器的研究相结合,不断改进敏感材料的性能,并研究开发新的敏感材料,极大地提高了光纤传感器的性能……他的研究成果目前已得到国际、国内同行专家的公认:1999年美国光学学会(OSA)邀请姜德生加入其学会;他多次担任国际光学工程学会有关国际会议的组织委员和2000年SPIE先进传感器与控制技术的国际会议的主席。

今年4月,中科院的几位院士在参观了武汉理工大学“光纤传感器国家高新技术产业化示范工程”后,称姜德生院士开发的光纤传感产品带来了监测领域里的一场革命,过去是没办法监测,现在是各行各业需要这个监测。听了同行的话,面对纷繁的市场需求,姜德生感到自己肩头的责任更重了,他表示将不遗余力,在科技创新的道路上不断超越自我,把更多、更好的光纤传感产品献给日益繁荣昌盛的祖国!


资料链接

姜德生,男,生于1949年3月,武汉理工大学首席教授、博士生导师,享受国务院津贴专家。武汉理工大学光纤传感技术研究中心主任、光纤传感技术与信息处理教育重点实验室主任。

作为武汉理工大学的学科带头人,姜德生始终把培养人才作为第一要务。

任教以来,他共指导培养出了百余名博士、硕士、研究生,并多次受到了各级党政部门的表彰,2001年被评为全国优秀教师,2002年湖北省授予他“五一”劳动奖章,2005年被授予“全国先进工作者”称号,2007年当选中国工程院院士。目前他仍指导着80多名博士生和硕士生进行科研和学习。

近30年来,一直从事光纤传感材料与传感技术研发工作,主持完成国家863、国家自然科学基金等科研项目30余项。通过多学科交叉研究,取得多项创新成果,打破国外封锁与垄断,形成了从材料、器件、传感系统到产品批量生产直到大规模工程应用的我国自主知识产权的光纤传感成套技术与装备,并在多个领域的大型工程长期安全监测中得到推广应用,为我国光纤传感技术的发展做出了突出贡献。荣获国家技术发明二等奖一项、国家科技进步二等奖两项、国家科技进步三等奖一项,省部级一等奖三项、二等奖三项、三等奖五项。

出版专著一部,发表论文180余篇,其中SCI收录42篇、EI收录140余篇。以第一发明人申请发明专利16项,已授权5项。