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刘统玉:小光纤护航大安全

发表日期:2016/10/21


  
       三十年磨一剑,霜刃照出两鬓华:作为山东省科学院光纤传感技术研究平台的创建人之一,从在国内读书时的学习开始,到后来远渡重洋继续深造,再到携妻儿幼子毅然回国进行光纤产业的转移转化,他的每一步,都举步维艰,每一步,都义无反顾——他就是山东省科学院激光研究所首席专家刘统玉。 
光纤传感技术研究转化的跋涉者 
      从无到有,从弱变强,山东省光纤传感工程技术研究中心和山东省光纤传感技术重点实验室先后建成,一批高层次领军专家和五十余位博士、硕士为骨干的光纤传感技术研发团队凝聚到位。 
十年中,刘统玉带领着团队,以建设数字化矿山,解决煤矿和非煤矿山安全监测监控技术,提升电力设备安全预警、保护等关键问题为目标,以光纤传感器、智能系统为研究方向,在煤矿、非煤矿山、电力等领域开展一系列国内外领先的技术基础及应用研究,先后研制出光纤光栅温度传感器、分布式测温系统、光纤压力传感器等多项科研成果,在国内外电力、煤矿和化工行业得到广泛的推广和应用。 
      他们先后主持和完成了10余项“863”、科技支撑和国际科技合作项目、近百项省市级科技攻关课题,研发出一系列煤矿安全光纤传感器产品系列,取得发明专利40余项,多项科研成果填补国内空白,达到国际领先水平,并先后获得中国煤炭工业科学技术奖一等奖,山东省科技进步奖二等奖、三等奖及济宁市科学技术奖一等奖。 
归国源自一种情结  
      1990年起赴英国BRUNEL大学留学,获得材料学博士学位,留学14年间,一直从事光纤传感技术研究工作,先后在英国KENT大学等各大院校进行教学和研究工作,并在BOOKHAM TECHNOLOGY PLC、LUMEN PHOTONICS LTD等知名光电子实验室和高科技公司从事科研工作,成功地主持完成多项英国EPSRC、DTI LINK和欧共体第5框架大型科研项目,在光纤白光干涉仪、光纤光栅和光纤气体检测的研究等方面取得大量研究成果,在国际光纤传感器领域具有一定的影响力。 
“归国源自一种情结。到国外学习的根本目的,不就是利用学到的东西为祖国服务吗?在国外学习的过程也是一个等待机遇的过程,那些年我一直在寻找机会将自己学习和研究的东西做成产业,这是我的夙愿。”2004 年,在海外漂泊学习了14年的刘统玉最终等来了机会,接过了山东省科学院抛来的橄榄枝。随即,刘统玉被聘为省科学院激光研究所首席专家、研究员,并出任激光所副所长、省光纤传感工程技术研究中心主任。 
然而,现实往往比理想骨感。满怀一腔热血,携着一家老幼回国的刘统玉很快发现,现实比想象的还具挑战: 
      作为省科学院光纤传感技术研究平台的创建人之一,刘统玉面临着无兵可用、好兵难招的难题。光纤传感的研究虽在国内早已开展,但却仍停留在实验室阶段,离产业化距离遥远;成熟的科研人才较少。一切,都要从头开始。 
“搞一项产品很困难,想要做一个产业的引领者更难。平台组建之初配套设备和人才都跟不上,创业阶段非常辛苦。好在科学院给我们提供了非常好的物质条件和人才支持,毫无保留地相信我们。并且科技厅也在政策上给予了我们很多优惠。可以说,没有这些支持,无论是激光所还是我本人,都走不到今天。” 
为安全点一盏明灯 
      “你有过在浓雾的高速路上开车的经历吗?采煤机在煤井中采煤,也像在迷雾中开车。矿井中未知的因素太多,稍有不慎,就容易出现安全事故。”刘统玉告诉记者,2004年、2005年是煤矿安全事故发生的最频繁时期,频繁的瓦斯爆炸事故让“带血的煤炭”成为笼罩在矿井上的阴影。 
      济宁煤炭资源丰富,作为一个地道的济宁人,刘统玉对矿井安全更多了一份揪心与痛心。为了学以致用,刘统玉萌生了利用光纤技术检测瓦斯浓度指数的想法。 
“光纤的基本成分是石英,只传光,不导电,不受电磁场的作用,故光纤传感非常安全可靠,对电磁干扰、工业干扰也有很强的抵御能力。同时,光纤传感还具有重量轻、体积小、绝缘、耐高温、耐腐蚀等许多独特优点,很适合在易燃易爆、高温、高压、潮湿、强电磁场、强腐蚀性等极端恶劣条件下应用,能够对气体、温度、应变、压力、振动等各种参数进行精确测量。此外,由于光纤传输损耗低、频带宽,光纤传感器比传统的传感器在组网和传输距离方面更具优势,特别是可以在一根光纤上串联多个相同或不同类型的传感器,实现多点监测。因此与一般电子传感器采用的电缆相比,光纤传感器使用光导纤维作为传感器件或信号传输媒介,可以解决传统传感器无法解决的许多测量问题,具有无可替代的重要作用。”  然而在他意料之外,这个想法一经提出,却遭到了周围的一片反对之声。 “在我们之前,很多大学都进行了光纤技术检测瓦斯浓度的研究,有些研究甚至断断续续持续了十几年,理论研究丰富,但产品寥寥,进入试验阶段的更少。但由于矿井环境高温高湿并且极其复杂,动辄一试就可能付出极大的代价。因此这些研究都停留在试验阶段。” 
       正是考虑到科研成果转化难问题,在归国打造团队之初,刘统玉即与英国ISS公司联合成立了中外合资企业“山东微感光电子有限公司”,形成了产、学、研、用的完整体系,为产品的实验成功打下了坚实的基础。 
2007年,在无人维护的前提下,光纤传感器在淄博岭子矿成功运行3个月(传统电子传感器只能运行2周),同年召开的产品鉴定会上,光纤传感器得到了评委的一致认可。 
      在此后不断的技术改进中,为进一步加速科技产品的产业化进程,刘统玉先后组织建立了两个子公司:2011年在济宁建立了济宁安然智能科技有限公司,2014年在辽宁省丹东市建立了丹东中科智安光电科技有限公司,开创了国内外光纤传感网络在矿山安全综合监测预警应用的研究及产业化。其领军研发的光纤传感器填补了国内外光纤传感在矿山安全监测应用方面的空白,达到了国际领先水平,多项研发成果目前已在兖矿、淄矿、新矿、枣矿、临沂、中煤、北京首云铁矿、莱芜铁矿等100余座煤矿和金属矿山成功地进行了示范性应用。并在电力等领域取得了光纤传感安全监测技术的突破性成果,目前已经在国家电网、南方电网及国内等大型企业成功地建立了40余个光纤传感器智能系统工程示范,推动了智能电力系统的升级。 
       “煤炭行业技术出口的很少,但我们的瓦斯监测产品成功推广应用到英国垃圾发电厂,创造直接经济效益上亿元”。在刘统玉看来,依托公司已形成的产学研体系,随着产品开发进程的不断完善,会有越来越多的产品能够出口国外,在世界范围内掌握光纤传感器的话语权。 
       “矿井下有太多的未知,我们无法消除浓雾,但是可以在雾中点一盏灯,在最大范围内排除危险隐患。这个过程每一步都很难,尤其是产品在煤矿上进行推广,更是难上加难,不出错则以,出错就容易形成灾难性的事故。但如果是变革性的技术,即便是会失败,也要尝试一下。正是有这些领导在背后支持,我们的成果,才能顺利地应用推广。” 
       采访最后,提起归国时的夙愿,刘统玉感慨万千:“回国创业,知道会很难,但没想到这么难。技术人员创业,不能和科研机构脱节,也要保持企业运行的机制灵活,我们围绕矿山安全光纤检测进行了十年的持续研发,为光纤传感器产业化奠定了一定的技术基础,形成了比较坚实的创新能力,再有三五年的时间,该项技术将为提升煤矿安全水平、提升矿山安全智慧系统产业链规模发挥更加显著的作用。”

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