国家自然科学奖推荐书.doc

【项目名称】土木工程结构区域分布光纤传感与健康监测关键技术
【推荐奖种】2017年度国家技术发明奖一等奖
【项目简介】
我国各类基础设施体量大病害多寿命短,利用结构健康监测技术有望实现土木工程结构安全与长寿命服役这一重大国家需求。本项目历经10余年,通过光纤实现结构关键区域分布传感的原理、技术、装置等核心发明,建立了重大工程结构区域分布传感与健康监测的成套技术理论及技术装备,在形成自主知识产权产品打破国际垄断的同时,突破了国内外现有技术无法进行结构“健康”评估的瓶颈。主要发明点包括:
1、发明了高性能长寿命光纤区域分布传感技术
率先研发了一专多能并具有损伤覆盖能力的长标距光纤传感单元,通过长标距化设计、刚度加强增敏等核心技术开发,实现了从传统点式传感到长标距-串联成网-区域分布宏微观监测的技术突破;通过玄武岩纤维封装、光纤滑移机理揭示、锚固端变刚度防滑移防脆断设计等发明,创新开发设计寿命为50年的光纤传感器技术与产品,经疲劳蠕变等各类耐久性试验显示其长期性能变化<%,现场自然老化试验已证明其使用寿命>20年。
2、发明了光纤传感网络一体化解调技术及相关高性能装备技术
首创光纤光栅与光纤布里渊散射传感相互融合的一体化解调技术,通过放大器前置化与光源复用等关键技术突破,实现了大型结构区域分布传感网络的多种光纤传感系统实时共线监测,从根本上解决了现有光纤传感装置功能单一、兼容性差难题;所发明的光纤光栅解调技术与装置,通过体全息光栅光谱分析、温度自校准与误差自补偿技术实现了高解析度与低成本化,经鉴定较国际最先进产品分辨率提高10倍、成本降低50%;通过微波扫描鉴频等原创性技术开发的光纤布里渊散射解调装置,测速提高300倍,达到土木工程实用化水平。
3、原创性建立了结构健康监测与结构群协同评估成套技术和理论
创造性建立了基于区域分布应变的结构动力分析新理论体系,基于所发明长标距传感能够揭示结构宏微观信息的独特优势,实现了结构各类型参数及荷载的全面识别,特别是结构宏观损伤(明显裂纹、支座变化)与微小损伤(、钢筋腐蚀)的精准探测,从根本上解决了传统局部与整体传感技术均难以识别大型结构微小损伤的难题;首次提出基于区域分布传感的结构群协同监测与评估理念与方法,发明了结构群监测协同组网与系统构建等创新应用技术;被评价为
“取得了里程碑式的成果,具有开拓性影响”。
成果包括:授权发明专利30项,国际PCT专利2项,软件著作权3项,中英文专著各1部,发表论文150篇(SCI论文56篇),主编地方和行业标准3部,相关成果被写入日美指南规程。成果创新应用于苏通大桥、无锡地铁、美国高速公路桥、日本新干线铁路桥等30余处重要土建交通工程,建成世界最大规模的长江流域9桥1隧监测群,形成全国首个结构群监测数据中心,。获江苏省科技进步一等奖、公路学会科技进步一等奖并获国家优秀专利奖、国际工业展览会银奖(全国仅4所高校获奖)、国际健康监测人物奖等。领域权威专家组鉴定在区域分布传感方法、理论、技术与装置等方面的成果均达到国际领先水平。
【推广应用情况】
研究成果广泛推广应用于苏通大桥、九江长江大桥、南京机场T2航站楼、无锡地铁、马鞍山大桥、北京四惠立交桥群、美国Wayne桥、日本妙高大桥等国内外30余处