光联万物

China Campus - - Contents - 文/段丽罗亦杨(华中科技大学) 责任编辑:陈晓丽

华夏科技大学光学与电子信息学院的办公楼下,挂着各种下一代互联网接入系统国家实验室的牌子,这就是我们的实验室。我们就是和“透明的头发丝”——光纤打交道。光纤直径百微米量级,比头发丝还细。VR(虚拟现实技术)、4k视频、大数据……无一离得开光纤。在实验室里,我们用光传递信息,感知世界,连接万物。

光纤,可成为感知外界敏感环境的传感器,常用于航空航天、土木工程、复合材料、石油化工等领域。1993年,加拿大卡尔加里附近的Beddington Trail大桥使用了光纤传感器,16个光纤传感器埋进了混凝土中,长期监测桥梁结构,在这以前,这么先进的技术被认为不可能。之后,德累斯顿大学学者也将传感器埋入桥的混凝土中。2003年6月,同济大学桥梁系老师,在主持的卢浦大桥健康检测项目中,采用了光纤传感器,检测大桥在各种情况下的应力应变和温度变化情况。这些都在证明,光纤传感器已具备超级用武之地。

目前,我们正从互联网时代向物联网时代转变。物联网由光纤传感器组合成网络。

比如,城市管线的安全检测,在管线的众多位置,光纤传感器检测变电设备故障、土壤污染、下水道水位预警、有害气体等。当这些光纤传感器被组织起来,一个大规模的安全网便形成了。当某一处出现险情时,光纤传感器可以快速感知,并向数据中心传送信息,精确定位可疑位置和事故类型。

我们的实验室已经研发了监测温度、湿度、压力等光纤传感器,还创新性地利用微纳光纤传感器,检测大分子化合物。

我们实验室的一项研究是光纤水听技术,通过在海洋布置光纤传感器,实现海洋监测和海岸线监控,还 可用于海洋石油天然气勘探、海洋地震波检测、水质检测等。海洋深处储存着大量天然气资源,但勘探和开发海洋天然气难度重重。开采时,会产生大量的烷氢气体,并产生硫化氢、二氧化硫等有毒气体,一旦气体泄漏,极易引起爆炸、中毒事故。光纤结合气体敏感物质,可开发光纤气体传感器,时时监测这些气体。

除了陆地和海洋,光纤传感器在空中也有用武之地,它可以让战斗机、民用飞机裹上一层“皮肤”,不但能敏锐感知外界环境,还能减少暴露于雷达之下的机身面积。

而与我们息息相关的日常生活,光纤传感器更是无处不在。

基于光纤传感技术,我们的实验室开发了智能穿戴设备、医疗设备,监测患者的呼吸、脉搏、睡眠等,并结合网络技术,构建远程医疗系统。如独居老人出现摔倒、病情加重等情况时,通常无法及时通知家人或是前往医院救助,而光纤传感技术制备的光纤呼吸、脉搏监测仪,可实时监测老人的生命体征并报警。在床垫中植入光纤传感器,并与睡眠质量监测仪无线连接,可监测独居老人在睡眠中是否定期翻身,是否入睡。一旦监测到较长时间内不翻身,就马上向其子女或医生的智能设备发送报警信息。

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