（上接第1版）响应慢、误报率高，或采用人工巡查的方式，效率低且易漏检。1992年来，我国火电厂电缆火灾140多次，损失100多亿元；2001年306国道马道岭隧道火灾，死亡12人；2010年大连输油管道火灾，燃烧15小时，海域严重污染……高性能的预警监测迫在眉睫。

    与传统测温方法相比，分布式光纤温度传感系统可以在易燃、易爆的环境下同时测量几万个点，甚至还可以在高压电缆上实现带电监测。

    “激光脉冲在光纤中传输时，会产生背向斯托克斯、反斯托克斯两种拉曼散射光，而后者对温度的反应很灵敏。”项目组成员余向东教授介绍说。

    根据这个原理，他们发明了由脉冲激光器、双向耦合器、传感光纤、波分复用器、光电接受模块、信号处理模块组成的光纤拉曼温度传感系统。“我们要做的就是捕捉到这两个光信号，破译它们，获得温度信息，并通过背向光回波的时间间隔，对温度测量点进行定位。”

填补我国光纤拉曼测温的空白

    要建立起这么一个温度和位置的精确坐标图，并不容易。

    分布光纤温度传感系统最早是在1981年由英国南安普敦大学提出，1985年，英国科研人员用半导体激光器作为光源研制了分布光纤温度传感器实验装置，并在上世纪80年代末90年代初推出了2公里分布光纤温度传感器。当时，我省曾想引进英国的技术，但英方认为中国消化不了这种新传感方法的先进技术，只卖机器不卖技术。

    “不能一直受制于人，我们要有属于自己的分布光纤温度传感系统。”1992年，张在宣、金尚忠教授等人开始了这方面的探索与研究。

    光信号非常弱，我们平时的通信信号强度是它的105倍。如何在微弱的信号海洋中，找到有用的信号，进行滤波、提取、接收，项目组动足了脑筋。

    为了解决大功率单脉冲在光纤中产生的非线性效应问题，项目组利用多个激光序列编码脉冲作为发射源。经过编码后，激光信号是相关的，噪声是无关的，在接收端进行相关运算，可以消除噪声，信噪比提高了8倍。他们还发明了信号高速分段累加的高效方法，以及具有温度补偿电路的宽带低噪声前置放大器。如今，他们研发的光纤拉曼温度传感器能在短短10秒内完成16公里长度内的全程测量，定位精度达到1米，技术居国际先进水平。

把光纤触角伸向更远

    从2公里、10公里到30公里……光纤的触角越伸越远，但同时，光信号也在随着距离的增加而不断衰减。怎么办？

    这时，项目组承担的另外一个通信领域项目进入了成员们视野。光通信信号可以通过拉曼放大技术放大，光传感信号是不是也可以呢？在这个灵感启发下，他们发明了集成拉曼放大器的分布式光纤温度传感器，有效抑制了长距离光纤传输的信号衰减。该发明使30公里光纤温度传感器的测温不确定度降为0.6摄氏度，空间分辨率提高到了2米。

    监测距离越长，精度要求越高，随之而来的问题也越来越多。在实验中，成员们发现：背向斯托克斯、反斯托克斯这两种拉曼散射光的传播速度是不同的。在中短距离中，这种差别并不明显，但是一旦距离变长，这种因为速度和损耗不同而产生的“失步”现象，就会造成传感器的空间分辨能力下降。为此，他们在国际上首次提出了双波长自校正技术，发明了双激光器结构的光纤温度传感系统，成功地消除了因色散、损耗同所产生的误差。

    国际著名光纤传感专家、加拿大皇家科学院院士鲍晓毅教授这样评价：“这些成果将拉曼温度传感器的应用提高到一个新水平。”

科研是个慢活需要耐心

    王剑锋2000年研究生一毕业就加入了项目组，“一开始条件很艰苦，缺少高级的实验仪器设备。没有宽带示波器，高频信号根本测不到。”

    实验用的光纤都是裸纤，直径只有125微米，像头发丝那么细，一不小心就会碰断。现在遇到这样的情况很容易解决，有专门的熔接光纤器，液晶显示，全自动熔接。“我们2000年才有第一台熔接光纤器，在这之前都要靠手工熔接，全凭手感，一旦熔接得不好就会产生损耗，甚至断点。整个项目组只有张在宣老师有这‘手艺’。”王剑锋回忆道。

    “光学实验需要耐心。”面对枯燥而繁琐的实验，很多时候结果不如意，但又找不到方向的时候，只能慢慢摸索。由于平时还有教学任务，要做实验就要向晚上、周末要时间。王剑锋说，这多年的习惯已经成了他们项目组全体成员的自然状态，“周六是最‘出活’的时候，因为大家都在，一旦遇到问题就讨论解决。”

    “关键要静得下心来，耐得住寂寞。”在王剑锋看来，光学研究想要一两年就出成果是不太可能的事情。多年来，他们获授权中国发明专利15项，授权软件著作权6项，授权实用新型27项；申请国际发明专利4项；发表SCI、EI收录论文70余篇。在这些耀眼数字的背后，是项目组二十年如一日的默默耕耘与付出。

精确可靠的工程安全卫士

    在项目组的不懈努力下，一根细细的光纤变成了“千里眼”、“顺风耳”，光纤传感的触角愈加灵敏，而且向着智能化迈进。“平时，传感器对全程实时监测。一旦发现温度变化，系统就会自动对变化点进行重点监测，从而节约相应时间，及时报警甚至提前预警。”

    2008年8月，在我国重要物资输运港口——日照港的装卸设备上，传感器监测到大型运煤翻车机电机过热进行报警，成功避免了火灾，挽回经济损失1200万元。

    2009年6月，上海长江隧桥220kV高压电缆监测到电缆温度超限，及时报警，避免了重大损失。

    如今，项目产品已经成功应用于上海地铁9号线隧道、上海世博会国家电网馆、中铁达成云顶隧道等全国20多个省、市、自治区的600多个隧道、煤矿、电力电缆、输油管道等重大工程的温度监测、载流量监测和火情预警，保障了重大工程及设备的高效安全运行。

    “这次获奖是对我们现阶段成果的一个肯定和鼓励。提高温度感知、空间分辨的能力，追求更远、更快、更精确始终是我们不变的目标。接下来，我们还要进一步扩大产品的推广和应用，使之能更好地服务社会。”大家对项目前景充满了希望。