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推荐2016年度国家技术发明奖公示

项目名称:结构区域分布光纤传感及其健康监测关键技术创新

推荐单位:江苏省

主要完 :吴智深(东南大学),孙安(东南大学),张建(东南大学),李素贞(同济大学),张宇峰(江苏省交通科学技术研究院),张浩(石家庄铁道大学)

学科评审组:土木建筑专业

项目简介:

发达国家基础设施退化问题严重,养护管理费用缺额巨大.我国基础设施体量更大,加上结构短命问题严重,其养护管理压力愈发严重.为此,利用结构健康监测技术,早期发现结构损伤及隐患,以实现结构治小病防大病的预防性养护管理被寄予厚望.然而国内外普遍认为建立的各类结构监测系统还无法实现对结构健康的监测,通过各种大量的传感器所得的海量数据却难以分析结构损伤和性能,同时其耐久性,可靠性,经济性还满足不了实际需要.对此,依据提出的结构区域分布传感理念,本项目历经10余年,在区域分布传感方法,技术,装置及区域分布应变动力分析原理方法等方面进行了核心发明,建立了仅利用单种区域分布传感技术进行结构全面长期评估的综合成套技术与理论及健康监测系统,全面打开了导致现有健康监测技术还无法实现结构"健康"监测的

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;各类瓶颈.


本篇论文来源 http://www.svfree.net/xie/070858680.html

主要发明点包括:

1,结构区域分布传感方法与区域分布光纤传感技术

针对应变片等局部传感技术与加速度计等整体传感技术均难以发现和分析结构早期损伤这一难题,通过开发长标距传感单元并串联形成传感网,发明了适宜于结构微观和宏观监测相结合的长标距分布式传感方法(核心发明ZL200610097290.1).围绕核心发明,(1)基于结构损伤可通过对各关键区域的分布响应进行多层次分析发现,创新性地提出了基于结构脆弱性分析的结构关键区域分布传感理念和方法.其核心是通过一专多能的区域分布传感技术,实现结构状态参数,损伤状况与荷载的全面识别与结构性能的直接评估与预测,(2)针对土木工程结构区域分布方法对传感技术的需求,发明了两类光纤区域分布传感技术.通过长标距化高耐久纤维增强,温度自补偿增敏,低负荷长寿命光纤锚固,和直接刻栅技术研制出适合区域分布传感的高性能长寿命光纤光栅传感单元,率先揭示了芯线微滑移及标距内应变不均匀性对传感精度和空间分辨率影响机理,通过无滑移长标距及增敏封装研制出适合区域传感的布里渊光纤传感单元,两类光纤传感技术皆达到超长寿命≥20年的耐久性指标.

2,高性能光纤解调装置技术

针对现有传感系统种类多,性能差,成本高,区域覆盖能力差等系列难题,发明了光纤光栅与光纤布里渊散射多功能传感一体化技术(核心发明ZL201610069430.5),实现单一系统,单根光纤覆盖大范围结构群的区域分布传感监测.围绕该核心发明,针对现有光纤光栅解调技术分辨率与精度低,长期稳定性差等局限性,突破了体全息光栅光谱分析和弱光电信号数模混合自适应滤波与噪声抵消系列核心技术,研制出高性能光纤光栅动态解调系统,在大幅降低系统成本同时,实现了高速测量频率下对光纤光栅传感器波长测量的高解析度,高精度与低噪声.所开发系列化高性能光纤光栅动态解调系统技术指标远超国际公认最先进产品且成本降50%,形成规模产业化并在国内外得到推广应用.该装置获第16届中国国际工业博览会银奖.同时围绕核心发明,针对布里渊散射传感系统测速慢,无法实时监测的实用化难题,发明了高频微波捷变频解调技术,将系统测速大幅提高,达到实用化水平,在此基础上成功开发出布里渊散射特征频率识别扫描技术,将系统测速进一步提升至高速动态水平,实现光纤布里渊散射传感的高速动态监测.

3,基于区域分布传感的结构健康监测综合成套技术和理论

揭示了区域分布应变能够同时反映结构宏观和微观信息的原理,发明了区域分布应变分析原理方法(核心发明ZL200710305342.4),解决了点式应变仅能反应结构局部信息而加速度等太宏观无法揭示结构损伤和局部信息的缺陷.围绕核心发明,(1)创造性的建立了基于区域分布应变的模态分析理论,全面代替基于加速度体系,从根本上解决了基于加速度的动力分析不能精确反映局部的局限.所建立的区域分布损伤指标解决了国内外耗时30年无法取得进展的微小损伤识别难题,比如应变模态比值法成功识别日本铁路桥柱脚微裂纹现象,并在美国Wayne桥现场测试中被证明是唯一能识别支座转动变化的有效技术,(2)建立了由区域分布数据反演结构构件层次的变形,转角,裂缝,钢筋腐蚀和刚度退化等显式计算方法,不产生累计误差,实用性强.同时建立了用于复杂结构的大规模非线性有限元反演理论,结合所建立动力学新理论,实现了结构参数,损伤及交通荷载的全面识别,(3)针对各类结构特点分别建立了异常分析,性能评估和预测的三层次评估方法,实现了应用反演结果直接评估的突破.进而建立了全自动化软件系统,并开发了各类结构群的区域分布传感监测系统的搭建方法.

领域权威专家组鉴定结果表明该项目在传感技术与装置,解析方法与理论和系统构建等方面的成果均达到国际领先水平.研究成果包括:授权发明专利15项,软件着作权3项,发表论文150篇(SCI论文56篇),完成专着1本,主编江苏省和协会标准,相关成果被写入日美土木工程学会权威报告及相关指南.

推广应用情况

曾获科技奖励情况

结构健康监测理论和系统创新2016江苏省科学技术进步奖一等江苏省人民政府

主要知识产权证明目录:


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知识产权类别知识产权具体名称国家

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(地区)授权号授权

日期证书编号权利人发明人发明专利有效状态发明专利分布式长标距光纤布拉格光栅应变传感器及其制造方法中国ZL200610097290.12016.09.10427184东南大学吴智深

李素贞有效发明专利用于工程结构整体与局部应变同时监测的分布式光纤传感器中国ZL201610069430.52016.12.251325022东南大学孙安

吴智深有效发明专利基于分布式应变动态测试的结构健康监测方法中国ZL200710305342.42016.08.11657269吴智深,李素贞李素贞

吴智深有效发明专利分布式无滑移光纤应变传感器及其制造方法中国ZL201610025330.02016.11.02857994东南大学,北京特希达技术研发有限公司吴智深

张浩有效发明专利一种基于光纤长啁啾光栅频域反射技术的用于土木工程结构裂纹的检测方法及传感器中国ZL201610069429.22016.10.241067936东南大学孙安

吴智深有效发明专利一种用于结构振动检测的分布式光纤振动传感器中国ZL201620077026.82016.03.28东南大学孙安

吴智深有效发明专利一种在窄频范围内分析动力信号预测结构变形的方法中国ZL201610306294.72016.10.081494019东南大学张建有效发明专利一种基于分块冲击振动测试的中小型桥梁快速检测方法中国ZL201610307658.32016.09.261323234东南大学张建有效发明专利一种位移测点的布置方法ZL201610035949.42016.08.03818277江苏省交通科学研究院股份有限公司张宇峰

承宇

徐剑

马志国

戴云峰有效发明专利一种桥梁承载能力快速荷载试验方法ZL201610030761.02016.08.03818833江苏省交通科学研究院股份有限公司张宇峰

马志国

段鸿杰

徐剑

徐文平有效

主要完 及学术贡献:

1.姓名:吴智深

技术职称:正高级

工作单位:东南大学

个人排名:1

曾获国家奖情况:2016年,排名第,科技进步等奖,证书号:2016-J-221-2-05-R01.

.1,2,3均有主要贡献.获授权发明专利件,其中第1发明人件,专着部,发表SCI收录论文篇0%.

2.姓名:孙安

技术职称:正高级

工作单位:东南大学

个人排名:2

对本项目主要贡献:发明了光纤光栅与光纤布里渊散射多功能传感一体化技术,研发出国际领先的核心自主产权高性能化光纤光栅解调仪技术与装置,建立了高测速光纤布里渊散射传感装置并达到实用化水平.对发明点1和2贡献.获授权发明专利3件,其中第1发明人件,发表SCI收录论文篇.0%.

3.姓名:张建

技术职称:正高级

工作单位:东南大学

个人排名:3

对本项目主要贡献:主要负责基于区域分布光纤传感技术的结构健康监测理论研究及其应用.提出了实现区域分布传感理念的传感器优化布置算法,建立了完整的基于区域分布传感的长标距应变模态理论,实现了由区域应变到结构各类型参数的全面识别,并推广应用于多个大型工程结构.对发明点1和3做出贡献.获授权发明专利2件其中第1发明人件发表SCI收录论文0%.

4.姓名:李素贞

技术职称:副高级

工作单位:同济大学

个人排名:4

对本项目主要贡献:设计研发了分布式长标距FBG传感器,基于此率先发展了利用分布平均应变动力响应的振动模态分析理论及振动模态测试技术,建立了基于相对平均应变模态向量统计的无模型损伤识别及多阶段损伤识别方法,改善了既有的结构损伤识别技术精度低,受温度与噪音影响大的现状.对点3做出贡献获授权发明专利2件,其中第1发明人1件,发表SCI收录论文7篇.0%.

5.姓名:张宇峰

技术职称:正高级

工作单位:江苏省交通科学研究院股份有限公司

个人排名:5

曾获国家奖情况:2016年科技进步等奖,

对本项目主要贡献:发.对发明点3贡献.获授权发明专利件,其中第1发明人件0%.

6.姓名:张浩

技术职称:副高级

工作单位:石家庄铁道大学

个人排名:6

对本项目主要贡献:研发了无滑移分布式光纤传感器,研发了高速公路用耐高温双向长标距光纤光栅传感器,提出了一种基于长标距光纤光栅传感技术的建筑物沉降缝二维变形长期监测方法,并将长标距光纤光栅传感技术应用于地铁施工时临近建筑裂缝的监测,推动了区域分布式光纤传感技术在地铁监测中的应用.对点贡献获授权发明专利2件,发表SCI收录论文篇.0%.

参考文献:

中日小学教育对比

农艺师职评审江苏,江苏省高级农艺师资格条件

职对文的要求湖南

2016年职评聘文件

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