天津大學(xué)光纖傳感監(jiān)測等4項(xiàng)成果榮獲國家科技獎(jiǎng)

  2017年1月9日，國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在北京人民大會(huì)堂舉行。天津大學(xué)光纖傳感監(jiān)測等4項(xiàng)成果獲2016年國家科技獎(jiǎng)。

  其中由天津大學(xué)作為第一完成單位獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)，參與完成的兩項(xiàng)成果均獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。這也是近年來天津大學(xué)首次以第一完成單位身份，在同一年度獲得兩項(xiàng)國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)。

 突破國外技術(shù)封鎖 自主創(chuàng)新水下滑翔機(jī)“海燕”領(lǐng)先國際
 (國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)獲得者王樹新教授)
  混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)“海燕”是天津大學(xué)自主研發(fā)的一種新型水下滑翔機(jī)，由天津大學(xué)教授、海洋國家實(shí)驗(yàn)室海洋觀測與探測聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室首席科學(xué)家王樹新帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)十余年研制成功。
  擁有國際先進(jìn)的水下滑翔機(jī)一直是建成世界海洋強(qiáng)國重要的標(biāo)志性成果之一，因此美國等國家對該技術(shù)一直采取嚴(yán)密封鎖。“海燕”的成功研制打破了國外對中國技術(shù)封鎖的壁壘，扭轉(zhuǎn)了中國在某些關(guān)鍵技術(shù)上受制于人的局面。
  去年12月，中國海軍一艘救生船在南海有關(guān)海域捕獲一架美國無人潛航器。后經(jīng)中美雙方友好協(xié)商，于12月20日中午在南海有關(guān)海域順利完成美無人潛航器的移交工作。
  據(jù)了解，無論在續(xù)航里程、下潛深度以及穩(wěn)定性等諸多方面，美軍潛航器都無法與“海燕”相比，海燕采用了最新的混合推進(jìn)技術(shù)，以浮力驅(qū)動(dòng)為核心并融合其他驅(qū)動(dòng)方式，具有體積小、重量輕(小于100kg)、航程遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
  早在2014年，“海燕”在南海北部水深大于1500米海域通過測試，創(chuàng)造了中國水下滑翔機(jī)無故障航程最遠(yuǎn)、時(shí)間最長、剖面運(yùn)動(dòng)最多、工作深度最大等諸多紀(jì)錄。
  “海燕”最大下潛深度1514.2m，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜海洋環(huán)境下大深度平穩(wěn)滑翔運(yùn)動(dòng);推進(jìn)速度最大可達(dá)1.69m/s，1108.4公里實(shí)測航點(diǎn)位置平均偏差小于2km;連續(xù)航程超過1100km，實(shí)現(xiàn)水下滑翔機(jī)航程從百公里級提升至千公里級的突破。
　“海燕”的研制成功不僅解決了我國相關(guān)技術(shù)的“有”“無”問題，而且引領(lǐng)了新型水下滑翔機(jī)技術(shù)發(fā)展。在“大深度”、“長航程”、“高精度”三方面取得了創(chuàng)新性成果。
   由于混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)結(jié)合了自主水下航行器(AUV)操縱性好、軌跡精度高與傳統(tǒng)水下滑翔機(jī)性好、續(xù)航能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，“海燕”在海洋環(huán)境監(jiān)測、海洋資源探測及海洋安全領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
  混合式光纖傳感技術(shù) 引領(lǐng)光纖傳感安全監(jiān)測科技前沿
  (國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)獲得者劉鐵根教授)
   傳感器技術(shù)是基礎(chǔ)設(shè)施安全監(jiān)測必不可少的核心技術(shù)之一。光纖傳感技術(shù)作為傳感器技術(shù)的發(fā)展前沿，是國內(nèi)外發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。由于缺乏高效的傳感器技術(shù)，很多工程事故未能做到“防患于未然”，因而發(fā)明一種高效、穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)的新型傳感技術(shù)成為國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需要。
  由天津大學(xué)劉鐵根教授所在的團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的混合式光纖傳感技術(shù)解決了當(dāng)下光纖傳感領(lǐng)域的諸多難題，為保障重大工程項(xiàng)目安全提供了可靠的監(jiān)測保障。
  據(jù)了解，不同的工業(yè)產(chǎn)業(yè)對傳感器有著不同的需求。在電力應(yīng)用中，傳感器需要抗強(qiáng)電磁干擾、電絕緣;在石油化工應(yīng)用中，傳感器需要本身不帶電；在航空航天、土木工程應(yīng)用中，傳感器則需要在惡劣環(huán)境下長期工作。與常規(guī)電測傳感器技術(shù)相比，光纖傳感技術(shù)能夠從根本上適應(yīng)上述各類應(yīng)用環(huán)境和工程需求。
  然而，光纖傳感技術(shù)要真正投入應(yīng)用，還必須要解決信號解調(diào)中的方法單一、長期漂移和響應(yīng)慢，傳感器封裝中的交叉敏感、膠粘老化失效和傳感靈敏度低，傳感組網(wǎng)融合困難等難點(diǎn)問題。
  面對難題，劉鐵根教授團(tuán)隊(duì)選擇迎難而上，終于通過深入研究，實(shí)現(xiàn)一系列光纖傳感領(lǐng)域的技術(shù)突破。高精度、高穩(wěn)定混合式光纖傳感解調(diào)技術(shù)，惡劣環(huán)境下高可靠性光纖多傳感器封裝技術(shù)，多波段混疊式光纖多氣體傳感技術(shù)以及混合式光纖傳感組網(wǎng)融合技術(shù)。這些技術(shù)突破引領(lǐng)了光纖傳感安全監(jiān)測領(lǐng)域技術(shù)探索的前沿。
  混合式光纖傳感技術(shù)近10年來已應(yīng)用到28項(xiàng)國家航空航天試驗(yàn)及重大關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施工程的安全監(jiān)測。其在全國電力和石化行業(yè)分立式光纖傳感市場占有率超過30%，近三年共取得直接經(jīng)濟(jì)效益2.4億元。成功地對多起過熱異常進(jìn)行了預(yù)警。2012 年，該技術(shù)成功對獨(dú)山子石化分公司50萬方罐區(qū)溫度超過閾值進(jìn)行報(bào)警，將事故隱患消除在初始階段。
  目前，該項(xiàng)目已獲得授權(quán)發(fā)明專利56項(xiàng)，其中美國專利3項(xiàng)。制定國家軍用標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)。獲光纖傳感產(chǎn)品測試認(rèn)證38項(xiàng)。獲天津市、教育部和中國儀器儀表學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，獲中國發(fā)明專利優(yōu)秀獎(jiǎng)1項(xiàng)。發(fā)表學(xué)術(shù)論文216篇，SCI檢索 103篇，其中在國際頂級光學(xué)工程期刊上發(fā)表47篇。鑒定委員會(huì)認(rèn)為“該項(xiàng)研究成果在理論探索、技術(shù)研發(fā)和工程應(yīng)用中具有多項(xiàng)創(chuàng)新，總體技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平”。
 　聚焦國家需求 兩項(xiàng)成果獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)
 　在本次大會(huì)上，天津大學(xué)參與完成的兩項(xiàng)成果獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，其中包括王成山教授為第一完成人的“配電網(wǎng)高可靠性供電關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用”項(xiàng)目，以及練繼建教授作為第二完成人的“長距離輸水工程水力控制理論與關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目。兩項(xiàng)成果都與國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)緊密結(jié)合，特別注重解決國家重點(diǎn)領(lǐng)域、重要支柱產(chǎn)業(yè)的技術(shù)難題。
 　在世界范圍內(nèi)，持續(xù)快速發(fā)展的大規(guī)模配電網(wǎng)供電可靠性提升一直面臨四大難題：建設(shè)方案的經(jīng)濟(jì)性與可靠性協(xié)調(diào)困難;復(fù)雜故障辨識準(zhǔn)確率低;快速搶修技術(shù)尚未突破;電網(wǎng)側(cè)與用戶側(cè)一體化協(xié)調(diào)控制困難。
 　天津大學(xué)王成山教授團(tuán)隊(duì)與國網(wǎng)天津市電力公司、中國電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)浙江省電力公司、國電南瑞科技股份有限公司、天津天大求實(shí)電力新技術(shù)股份有限公司等單位經(jīng)過近10年的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)高可靠性供電關(guān)鍵技術(shù)的重大突破。創(chuàng)建了多電壓級網(wǎng)架協(xié)調(diào)規(guī)劃理論和分析方法，開發(fā)了配電網(wǎng)建設(shè)優(yōu)化決策系統(tǒng);提出了復(fù)雜故障辨識方法，突破了自適應(yīng)負(fù)荷轉(zhuǎn)供技術(shù)，研制了配電自動(dòng)化系統(tǒng)與關(guān)鍵裝備;提出了故障搶修效能動(dòng)態(tài)評估方法，突破了多源信息協(xié)同的搶修資源優(yōu)化調(diào)度技術(shù)，開發(fā)了配電網(wǎng)故障搶修平臺(tái);提出了電網(wǎng)側(cè)與用戶側(cè)多電源協(xié)調(diào)供電模式，開發(fā)了含分布式電源的配電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)，滿足了重要用戶供電保障需求。項(xiàng)目獲授權(quán)發(fā)明專利43項(xiàng)、軟件著作權(quán)8項(xiàng)，發(fā)表SCI/EI論文65篇。成果經(jīng)鑒定整體達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
 　長距離輸水工程是進(jìn)行水資源配置的關(guān)鍵手段，我國已建跨流域輸水工程達(dá)到31座，供水比例高達(dá)20%。長距離輸水工程水力控制系統(tǒng)具有強(qiáng)非線性、多流態(tài)和多約束等特點(diǎn)，調(diào)控參數(shù)多，不確定性大，累積效應(yīng)嚴(yán)重;用水需求多變，運(yùn)行調(diào)度復(fù)雜，調(diào)控難度大?？刂撇划?dāng)極易出現(xiàn)爆管、結(jié)構(gòu)物破壞、漫堤潰決和冰害等事故。長距離輸水工程的安全調(diào)度和運(yùn)行是保障國家水資源安全的關(guān)鍵。
 　天津大學(xué)練繼建教授課題組與中國水利水電科學(xué)研究院、清華大學(xué)、長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司、武漢大學(xué)、南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局等單位聯(lián)合攻關(guān)完成的“長距離輸水工程水力控制理論與關(guān)鍵技術(shù)”，在國家科技支撐計(jì)劃等40余項(xiàng)重大科研與咨詢項(xiàng)目支持下，歷經(jīng)20余年的工程實(shí)踐、理論探索和技術(shù)創(chuàng)新，建立了復(fù)雜長距離輸水系統(tǒng)水力仿真與控制理論方法;發(fā)明了分段低壓輸水新技術(shù)，揭示了其共振原理，提出了輸水單元水流振蕩方程及避免水力共振的設(shè)計(jì)方法，降低管道承壓70%-90%;提出了冰期輸水冰害防治的控制技術(shù)，提高冰期輸水能力0%-15%。研究成果已在我國19項(xiàng)大型輸水工程中得到應(yīng)用，惠及人口2.1億，工程節(jié)支增收逾18億元。