發布日期：2022-10-09 點擊率：80
1、前言
“你可別小看這根不起眼的光導纖維，我們利用它研發的傳感器不但填補了國內光纖傳感技術在礦山安全監測應用方面的空白，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，開創了國內外大規模產業化的先河，5年內的市場規模預計將達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測。但這種傳統方式由于是帶電運行，存在較大的安全隱患，在惡劣環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、智能化的監測系統，成為擺在相關科研機構和企業面前的急迫課題 。全光纖綜合監測系統的成功研發和推廣，無疑使這一難題應刃而解。
2、光纖傳感PK電子傳感
“與采用電纜的傳統電子傳感器相比，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，光纖傳感器比傳統的傳感器在組網和傳輸距離方面更具優勢，特別是通過波分復用技術可以在一根光纖上串聯多個相同或不同類型的傳感器，實現多點、多參數監測。
由于光纖傳感器具有上述諸多優勢，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測預警需求，研究開發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礦山災害、智能油井、電力系統監測技術，建立了國內首個全光纖煤礦瓦斯、頂板、微震、水位、機電安全綜合監測監控系統。
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頂板位移、微震、水害、尾礦庫壩綜合監測系統；在石油領域，開發了油井極端環境下的溫度、壓力在線監測系統；在電力領域，開發了變壓器油溫、高壓電纜、開關柜溫度等參數的在線綜合監測系統。
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項獲得國家發明專利，2項列入國家“863”計劃，在國際上也產生了較大影響。
3、產業化前景可期
據介紹，上述研發成果目前已在兗礦、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，開創了國內外光纖傳感網絡在礦山安全綜合監測預警應用的研究及大規模產業化先河；在國家電網、南方電網及主要發電集團、勝利油田、中海油、遼河油田等大型企業，也成功地開展了40余個光纖傳感器智能系統工程示范。
“在能源領域及其他領域，全光纖綜合監測系統的市場前景非常廣闊，一旦全面產業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測、災害預警系統估算，5年內如果有10%的礦山使用該系統，潛在市場規模將達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測系統，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，市場規模達16億元。
另據了解，我國擁有20多萬個變電站和發電廠、數十萬公里的高壓輸電線路，目前變電站和發電廠的線纜、開關柜等電力設備的安全監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電廠光纖安全監測設備投資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，全光纖綜合監測系統在國防、鐵路、化工、環境監測等許多領域也有廣闊的市場前景。
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