“你可別小看這根不起眼的光導纖維，我們利用它研發(fā)的傳感器不但填補了國內光纖傳感技術在礦山安全監(jiān)測應用方面的空白，而且已在國內礦山、油田、電力等領域的100多個大項目中率先進行了示范性應用，開創(chuàng)了國內外大規(guī)模產業(yè)化的先河，5年內的市場規(guī)模預計將達1100余億元。”經濟導報記者在山東省科學院激光研究所進行采訪時，該所副所長王昌博士指著展覽室中琳瑯滿目的各種光纖傳感器說。

提起礦山安全，許多人首先會想起我國經常發(fā)生的煤礦瓦斯和透水事故。通常情況下，一般是采用電子傳感器對各種危險因素進行監(jiān)測。但這種傳統(tǒng)方式由于是帶電運行，存在較大的安全隱患，在惡劣環(huán)境中的使用壽命也是一大“短板”。因此，如何建立一種安全高效、智能化的監(jiān)測系統(tǒng)，成為擺在相關科研機構和企業(yè)面前的急迫課題 。全光纖綜合監(jiān)測系統(tǒng)的成功研發(fā)和推廣，無疑使這一難題應刃而解。

光纖傳感PK電子傳感

“與采用電纜的傳統(tǒng)電子傳感器相比，光纖傳感器使用光導纖維作為傳感器件或信號傳輸媒介，可以解決傳統(tǒng)傳感器無法解決的許多測量與傳輸問題，具有無可替代的重要作用。”在實驗室中，王昌拿出一段透明的玻璃導線介紹說，光導纖維（光纖）是一種透明的玻璃纖維絲，直徑只有125微米左右。它由內芯和外套兩層組成，內芯的折射率大于外套的折射率，光由一端進入，在內芯和外套的界面上經多次全反射，從另一端射出。因為光纖的基本成分是石英，只傳光，不導電，不受電磁場的作用，故光纖傳感安全可靠，對電磁干擾、工業(yè)干擾也有很強的抵御能力。

同時，光纖傳感器還具有重量輕、體積小、絕緣、耐高溫、耐腐蝕等獨特優(yōu)點，很適合在易燃易爆、高溫、高壓、潮濕、強電磁場、強腐蝕性等極端惡劣條件下應用，能夠對氣體、溫度、應變、壓力等各種參數(shù)進行精確測量。此外，由于光纖傳輸損耗低、頻帶寬，光纖傳感器比傳統(tǒng)的傳感器在組網和傳輸距離方面更具優(yōu)勢，特別是通過波分復用技術可以在一根光纖上串聯(lián)多個相同或不同類型的傳感器，實現(xiàn)多點、多參數(shù)監(jiān)測。

由于光纖傳感器具有上述諸多優(yōu)勢，近年來國際上開始探索利用其對礦山和油田進行安全監(jiān)測和災害預警的可行性，但一直沒有形成一個完整的應用體系。鑒于此，山東省科學院激光研究所利用多年來從事煤礦、非煤礦山、尾礦庫、油井、電力安全監(jiān)測技術和光纖工程技術研究所取得的成果，針對能源領域智能監(jiān)測預警需求，研究開發(fā)了基于光纖傳感器的在線智能有害氣體、應變、溫度、水壓和礦震等多參數(shù)礦山災害、智能油井、電力系統(tǒng)監(jiān)測技術，建立了國內首個全光纖煤礦瓦斯、頂板、微震、水位、機電安全綜合監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。

不僅如此，該所還在非煤礦山領域，研制出了金屬礦山采空區(qū)頂板位移、微震、水害、尾礦庫壩綜合監(jiān)測系統(tǒng)；在石油領域，開發(fā)了油井極端環(huán)境下的溫度、壓力在線監(jiān)測系統(tǒng)；在電力領域，開發(fā)了變壓器油溫、高壓電纜、開關柜溫度等參數(shù)的在線綜合監(jiān)測系統(tǒng)。

經國家權威部門鑒定，這些成果均達到了國際領先水平，其中，有10項獲得國家發(fā)明專利，2項列入國家“863”計劃，在國際上也產生了較大影響。

產業(yè)化前景可期

據(jù)介紹，上述研發(fā)成果目前已在兗礦、淄礦、新礦、棗礦、中煤、北京首云鐵礦、萊蕪鐵礦等100余座煤礦和金屬礦山成功地進行了示范性應用，開創(chuàng)了國內外光纖傳感網絡在礦山安全綜合監(jiān)測預警應用的研究及大規(guī)模產業(yè)化先河；在國家電網、南方電網及主要發(fā)電集團、勝利油田、中海油、遼河油田等大型企業(yè)，也成功地開展了40余個光纖傳感器智能系統(tǒng)工程示范。

“在能源領域及其他領域，全光纖綜合監(jiān)測系統(tǒng)的市場前景非常廣闊，一旦全面產業(yè)化將帶來巨大的經濟效益和社會效益 。”王昌說，我國有1萬多座煤礦、近10萬座非煤礦山，以平均每座礦山投入100萬元建設光纖安全監(jiān)測、災害預警系統(tǒng)估算，5年內如果有10%的礦山使用該系統(tǒng)，潛在市場規(guī)模將達100余億元。目前，國內高產油井對智能油井技術需求迫切，建設一套智能油井監(jiān)測系統(tǒng)，預計油田要投入約80 萬元，5 年內預計將有2000口油、氣井安裝光纖智能油井系統(tǒng)，市場規(guī)模達16億元。

另據(jù)了解，我國擁有20多萬個變電站和發(fā)電廠、數(shù)十萬公里的高壓輸電線路，目前變電站和發(fā)電廠的線纜、開關柜等電力設備的安全監(jiān)測主要采用紅外線手持測溫儀或紅外熱成像儀。王昌預測，如果以每個變電站和發(fā)電廠光纖安全監(jiān)測設備投資100萬元計，5年內按照裝備10萬個電廠、變電站計算，電力安全市場將達1000余億元。除此以外，全光纖綜合監(jiān)測系統(tǒng)在國防、鐵路、化工、環(huán)境監(jiān)測等許多領域也有廣闊的市場前景。