点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:“冰立方”用上光纤温度计
首页> 科普频道> 科普头条 > 正文

“冰立方”用上光纤温度计

来源:中国科学报2022-02-28 09:50

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  冬奥会不仅是一场运动员在赛场上的竞争,也是一场最新科技成果的“大比拼”。

  冬奥会期间,由中国科学技术大学教授陈旸、赵东锋团队与该校教授王宝善团队自主研制的高精度光纤温度监测系统,全程参与冰壶赛事保障。

  全空间实时精确测温

  冬奥赛事中冰雪温度至关重要。“冰立方”是冬奥会历史上体量最大的冰壶场馆,也是世界上唯一在泳池上架设冰壶赛道的“双奥”场馆,它实现了水冰之间自由转换。

  “冰壶场馆对温度的要求极高,整个冰体的温度差异要控制在0.5摄氏度内。”中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心特任副研究员张强介绍,而场馆湿度、空气温度、场馆形状,以及运动员比赛过程中摩擦产生的热量,都会导致冰体温度发生变化。“这时,全空间实时监测冰体温度,提供科学数据,对于保障赛事举行至关重要。”

  传统测温手段主要采用电学温度计和红外测温仪,但这些测温方式往往是单点测量,无法全面及时反映温度在空间上的分布以及随时间的变化。“像红外测温仪一般只能在赛前或赛后对赛道进行测温。”张强说。

  分布式光纤温度传感系统(DTS)很好地解决了这一难题。在冬奥会开幕前,中国科学技术大学研究团队在冰壶赛场冰面下方铺设约200米通信光纤,这相当于布设了500个传统温度计,并部署2套分布式光纤温度传感设备,对赛道的冰体温度进行空间和时间上的连续监测,及时了解冰体温度的微小变化,精确度可达0.1摄氏度。

  监测结果表明,冰壶比赛场地冰体温度(冰面下5厘米)较为稳定(在零下9摄氏度至零下10摄氏度之间),场地的不同区域温度存在微弱差异(约0.2摄氏度),比赛后冰体温度略有升高(不超过0.8摄氏度)。系统监测数据实时推送至“冰立方”场馆环境监控系统,全程保障冬奥会冰壶赛事的顺利进行。

  通信光纤变“神经”

  近些年来,中国科学技术大学研究团队一直致力于光纤传感应用领域的研究。2021年8月,研究团队研制出具有自主知识产权的分布式光纤声波/振动传感系统(DAS),利用现有通信光缆进行地震监测和地下空间探测等工作。该研究成果得到中国地震局认可。

  2021年9月,在接到冬奥会任务后,研究团队与中国地震局地震预测研究所密切合作,组建联合攻关团队,研发分布式光纤温度监测系统,应用于冬奥会冰雪温度监测。针对冰壶场馆对冰雪温度全空间实时监测的需求,研究团队对专用激光光源系统、高精度信号解调算法、高速数据处理系统等关键技术进行攻关,研制了具有自主知识产权的分布式光纤温度传感系统。

  提及该系统的技术原理,张强作了一个形象的比喻,“蝙蝠作为夜间活动的动物,飞行时会发出超声波,超声波在接触到物体之后反射回来,蝙蝠听到声音后大脑会及时做出处理。分布式光纤温度传感系统的原理与之类似,同样属于回波探测和感知,但利用的是在光纤中传播的光波。”

  激光在光纤中有3种散射,即瑞利散射、布里渊散射、拉曼散射。瑞利散射对振动极其敏感,可以用来测量振动。而拉曼散射对温度极其敏感,可以用来测量温度。“分布式光纤温度传感系统就是利用拉曼散射。光波在被散射后频率会变化,通过设备主机解调这种光就能测温,将遍布地下的通信光纤变身感知环境的神经。”张强解释。

  为了确保设备在冬奥会更好地应用,研究团队在中国地震局大院内铺设光缆,进行了连续两个月的系统性能测试。最终经过测试,系统显示出超强的稳定性。

  陈旸介绍,分布式光纤传感系统具有广泛应用前景,可以监测温度、振动,在激光自然资源的普查与调查、实现碳达峰碳中和等方面作出贡献。此外,它还可以应用于自然灾害的预防和监测,进一步降低自然灾害造成的损失。下一步,研究团队将继续攻关分布式光纤传感系统建设。(见习记者 王敏)

[ 责编:赵宇豪 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 粤港澳大湾区2025年经济总量预计突破15万亿

  • 我国全超导用户磁体取得重大突破

独家策划

推荐阅读
水稻耐不耐旱,和叶子的厚实程度相关,这是由什么因素决定的?日前,中国农业科学院作物科学研究所水稻分子设计技术与应用创新团队发现,水稻基因组中的三个耐旱基因可以“团队作战”,
2026-01-27 02:50
年轻人享受便利的同时,关注新的变化:智能穿戴设备是否正在塑造一个充满数据和规定的生活方式?“贴身伙伴”的出现改变了生活,人们同自己身体、同生活本身的关系,是不是也在变?
2026-01-27 03:15
商业航天是培育新质生产力、建设航天强国的重要力量。面对全球商业航天竞争日趋激烈的态势,中国商业航天亟须推动产业从“政策驱动”转向“市场驱动”。
2026-01-27 09:18
云南大学研究团队日前在国际学术期刊《自然》发表了关于早期脊椎动物视觉系统演化的研究成果,首次揭示了早期脊椎动物具有4只相机型眼,
2026-01-27 02:50
印度东部西孟加拉邦近期出现尼帕病毒感染病例,目前已报告5例确诊病例,其中一名患者病情危重。泰国、尼泊尔等国已在机场和边境口岸加强防疫检测。尼帕病毒是一种新出现病毒吗?它有哪些特点?为何印度暴发的尼帕病毒疫情引起多国高度关注?
2026-01-27 03:15
科学家精神在我国科技发展事业中萌芽、生成、丰富、完善,成为兼具历史传承性、文化包容性与民族独特性的精神标识,不仅教育引导各类人才矢志爱国奋斗、锐意开拓创新,更是拔尖创新人才成长的精神旗帜与动力源泉。
2026-01-27 03:15
1月26日,将迎来腊八。一些细心的公众发现,相较于前些年,今年腊八来得有些晚。
2026-01-26 09:59
据农业农村部最新发布的数据,2025年全国粮食产量达到14298亿斤,增产168亿斤,连续两年稳定在1.4万亿斤以上。
2026-01-26 09:56
试验将收集锋面不同高度、不同位置的气象数据,为深化云贵准静止锋研究、提升预报服务能力提供更全面的支撑。
2026-01-26 09:51
中国科学家在国际学术期刊《细胞》发表论文,首次系统揭示了埃博拉病毒在2018—2020年大规模流行期间的一个关键“优势”突变。
2026-01-26 09:49
这一问题在当代科技哲学与美学的交叉前沿领域日益成为争论的焦点。
2026-01-26 09:48
我国结核病防治虽成效显著,疫情持续下降,但当前形势依然严峻,防治工作任重道远。作为一名从业30多年的结核科医生,我一直专注于结核病的临床诊治与防控,从未想过自己会与结核病防治历史结缘——直到十余年前。
2026-01-23 10:13
每到冬天,许多人都会感到手脚冰凉,即使穿得很厚,也难以真正暖和起来。为什么会有这种现象?该如何有效改善?
2026-01-23 10:06
“设立教育基金是我多年的心愿,希望为学校年轻人的培养作一点贡献。”
2026-01-23 10:01
1月22日,中科宇航将微重力金属增材制造返回式科学实验载荷交付于中国科学院力学研究所。这台由力学所自主研制的载荷,搭载于中科宇航力鸿一号遥一飞行器,于1月12日成功开展我国首次太空金属增材制造(即“3D打印”)实验。据悉,这是我国首次基于火箭平台实施太空金属增材制造返回式科学实验。
2026-01-23 09:48
团队所制备的“纤维芯片”中,电子元件(如晶体管)集成密度达10万个/厘米,通过晶体管高效互连,可实现数字、模拟电路运算等功能。而在虚拟现实领域,基于“纤维芯片”所构建的智能触觉手套适用于远程手术组织硬度感知、虚拟道具交互等场景,有望极大提升用户与虚拟环境的交互体验。
2026-01-23 09:48
扎实推进科普智库各项建设工作,为实现2035年“终结结核病流行”目标注入强劲的思想动力与坚实的行动支撑。
2026-01-22 18:44
国家能源局21日发布的数据显示,截至2025年12月底,我国电动汽车充电设施数量达2009.2万个,突破2000万大关。方案提出,到2027年底,将在全国范围内建成2800万个充电设施,提供超3亿千瓦的公共充电容量,满足超过8000万辆电动汽车充电需求,实现充电服务能力的翻倍增长。
2026-01-22 09:31
正因如此,团队创新性转向了模拟计算这一新兴赛道,成功研制出基于阻变存储器的非负矩阵分解模拟计算求解器。“这项工作为非负矩阵分解这类约束优化问题的实时求解开辟了新路径,展现了模拟计算处理现实复杂数据的巨大潜力。
2026-01-22 09:28
对于成千上万的心脏病患者来说,植入心脏起搏器是维持生命节律的重要方式。该起搏器设计极度微型化,生物相容性优异,可通过微创导管经股静脉植入心脏内部,大大降低了手术创伤。
2026-01-22 09:27
加载更多