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

  • 西康高铁全线铺轨完成

  • 色彩里的春运:每一抹颜色,都是归途的暖意

独家策划

推荐阅读
近日,国家管网集团西部管道公司成功完成所辖新疆段天然气、原油、成品油管道输送全生命周期碳足迹核算,获得中国质量认证中心颁发的“产品碳足迹证书”。
2026-02-06 09:18
近日,中国农业科学院蔬菜花卉研究所蔬菜分子设计育种创新团队研发出新型植物基因研究工具——对目标DNA序列的邻近空间蛋白标记系统。
2026-02-06 09:38
因为像了解自己的孩子一样了解黑土地,韩晓增有个外号——“黑土地的营养搭配师”。他带领团队精心配制出一套营养搭配的“秘方”。
2026-02-06 09:33
蚊种与病毒之间存在高度匹配关系。1901年,公共卫生与热带医学领域先驱沃尔特·里德证明,蚊子是传播黄热病的元凶。科学界传统观点认为,病毒以颗粒形式在蚊子体内传播,却始终不知道真正的“病毒受体”是什么。
2026-02-06 09:31
科技创新和产业创新的深度融合,不仅是构建现代化产业体系的战略举措,更是贯彻新发展理念、推动高质量发展、加快构建新发展格局的重要抓手。
2026-02-06 09:13
2025年我国人均粮食占有量达到508.9公斤,远超国际公认的400公斤的安全线,粮食等重要农产品供给丰富、市场平稳、储备充足。
2026-02-05 10:15
一代代南来北往的科研“候鸟”安心在三亚当起了“留鸟”,南繁热土上,他们用坚守加速农业科研进程,守护着国家粮食安全的希望。
2026-02-05 10:06
工业和信息化部等八部门近日联合印发《汽车数据出境安全指引(2026版)》,推动建立高效便利安全的汽车数据跨境流动机制,提升汽车数据出境便利化水平。
2026-02-05 10:03
月球表面的年龄是揭示其演化奥秘的基础。对于月球上未采样的区域,科学家主要依靠统计撞击坑的密度来估算年龄:区域越古老,撞击坑通常越密集。
2026-02-06 09:14
近日,内蒙古大学化学化工学院刘健教授、王艳琴副教授团队在节能制绿氢联产高附加值化学品领域取得重大突破,在《自然》子刊发表研究成果。
2026-02-05 10:01
近日,四川达州宣汉县深层海相钾盐资源分采分运攻关实验配套装置顺利完成试车,成功提取出高纯度氯化钾产品。
2026-02-05 10:01
我国互联网事业的蓬勃发展,既为“十四五”收官交出了亮眼答卷,也为“十五五”布局奠定了坚实基础。
2026-02-05 10:12
L5点位于地球的“后方”,位于该点的人造探测器无需消耗太多燃料就可以稳定长期驻留,因此“羲和二号”的设计寿命将长达7年。
2026-02-04 09:13
《月令七十二候集解》记载:“立,建始也”,“立”即“开始”之意。那么,立春的“立”,意味着怎样的开始?
2026-02-04 09:34
寒冬腊月,新春的氛围已在市井烟火中渐渐浓厚。进入寒假的第7天,在位于青岛的山东科技大学土木工程与建筑学院办公室里,教授李为腾和研究生杨光辉正在讨论工作。
2026-02-04 09:27
进藏工作10余年,那曲市农牧业(草业)科技研究推广中心畜牧师何世丞感慨颇深:“保护这片广袤而脆弱的草原,挑战不小,但我们一直在行动。”
2026-02-04 09:32
桥式起重机的轰响打破宁静,长十余米、重数十吨的火箭芯一级被缓缓吊离托座。操作手董磊手持控制设备,眼睛紧盯箭体,每一个动作都专注、沉稳。
2026-02-04 09:20
在人工智能(AI)和大数据时代背景下,高性能计算的战略地位已可与高能望远镜、同步辐射光源和粒子加速器等重大科研基础设施相提并论
2026-02-03 14:09
2月1日,农业农村部发布的《农产品质量安全承诺达标合格证管理办法》(以下简称《办法》)正式施行,我国农产品全面启用新版“身份证”——农产品质量安全承诺达标合格证。
2026-02-03 09:48
近日,记者从中国科学院空天信息创新研究院(以下简称空天院)获悉,该院成功开展超百G星地激光通信业务化应用实验,通信速率达到120吉比特每秒(Gbps)。”
2026-02-03 09:40
加载更多