用光“聽”出山那邊的動靜

　　一根頭發絲粗細的光纖，可以變身順風耳?將光纖一路鋪去，就能將沿途動靜實時傳遞回來?如果可以做到，那綿延山區的邊境線、遍布全國的高鐵網絡，就都能輕而易舉地做到實時監控了。

　　中科院上海光機所的科學家找到了一種獨門秘技，將這個誘人的“如果”變成了現實。目前，“分布式光纖振動傳感技術”已通過與公司合作，實現產業化，并在中國石油西氣東輸天然氣管道東段、金溫高鐵、國家電網舟山海底電纜安全監測等工程上得到了應用。日前，該技術獲得了上海市技術發明一等獎。

　　納米級光波振動中解讀災變隱患

　　時速超過200公里，為確保飛速運行中的高鐵安全，必須及時發現鐵軌附近的山體滑坡、人為施工破壞等潛在危險。利用光纖振動傳感技術，將會是一個很好的選擇。

　　“簡單說，我們可以讓光纖像人體的神經系統一樣，延伸到哪里，就感知到哪里的動靜。”該項目負責人、上海光機所研究員蔡海文說，一般光纖傳感器只能聽到外界“有無動靜”，而他們的光纖卻可以對外界擾動進行精確感知和精準定位，即使相隔幾百上千公里，也可以實時知曉。

　　這獨門技術是怎么做到的?

　　上海光機所對于激光的研究，有著幾十年的深厚積累。外界的溫度、振動等變化，會引起光散射相位和頻率的細微改變。“這種改變只有光波長的百萬分之一，只要可以測量出來，就能從中解讀出更精確的信息。”蔡海文說，憑借深厚的技術積累，課題組發展出了穩定可靠的探測技術。

　　在實驗室里，記者看到，只要輕輕拍動桌面，光纖就會把振動傳回信息中樞，在監視屏上顯示出或強或弱的振動曲線。“即使輕輕說句話，或是風吹過，也能探測到信號。”項目骨干成員、上海光機所副研究員葉青說，該技術還可以用來還原語音，“在戶外監測中，只要建立合適模型，就能排除落葉、風吹的干擾。”

　　現在，課題組已經嘗試了海底電纜、高鐵沿線、輸油管線，以及國境線安檢防護等模式，未來還將進一步提高探測精度，爭取可以用在海嘯、地震的預警上。

　　讓安全監測隨光纖延伸到海底邊疆

　　由于現在的大型工程都有光纜隨行鋪就，所以只要利用其中的一根光纖，就能應用這種技術，實現全天候、無間隔、實時監控。

　　目前，這一技術的定位精度已經可以準確到1米以下，振動探測毫秒一次，溫度和應力變化分鐘可探測一次。葉青說，通過大數據分析，這套系統就可以對一些危險進行預警。比如，某處溫度在短時間內持續升高，那極有可能發生了故障或火警。

　　去年夏天一次臺風襲來，有一處發生泥石流。系統收到異常振動信號報警后，鐵路局派人查看發現，果然發生了泥石流。“那次泥石流被防護網兜阻攔，但如果萬一阻塞了鐵路，這及時的報警信息就為排除險情贏得了寶貴的時間。”葉青介紹，團隊近年來大力開拓該技術在鐵路安全上的應用，與上海鐵路局合作，承擔了淮南線、金溫高鐵沿線光纖綜合安全監測的工程示范試驗系統的研究任務。在試運行期間，系統已經準確預警了多次安全事件。

　　讓好技術從實驗室走到需要它的地方。科研團隊和上海波匯科技股份有限公司展開了緊密的合作，共同成立了物聯網光纖傳感技術聯合研發中心，并簽訂了戰略合作協議和產研轉化合同，共同實施項目技術的產品化。如今，他們已發展出了商業化產品，實現單機雙通道80公里的安全監測，如果每一米等效一個傳感器，相當于一根光纖集成了80000個傳感器。近三年，該技術共取得直接經濟效益1.17億元，并成功進入國際市場。在鐵路安全應用領域，團隊與南京派光信息技術有限公司開展合作，共同實施技術在鐵路復雜工況條件下的實用化和應用推廣。