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橋梁、鐵路和公路是一個(gè)國(guó)家的動(dòng)脈，它們是關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，使貨物之血暢通無(wú)阻地在全國(guó)流動(dòng)。這些設(shè)施的喪失將會(huì)導(dǎo)致一個(gè)城鎮(zhèn)的停滯。就像我們?nèi)梭w的動(dòng)脈設(shè)計(jì)能持續(xù)數(shù)十年一樣，橋梁、鐵路和公路的結(jié)構(gòu)也必須具備同樣甚至更長(zhǎng)的使用壽命。然而，從它們離開(kāi)制造現(xiàn)場(chǎng)的第一刻起就已經(jīng)遭受了裂縫和缺陷的困擾，并且隨著時(shí)間的推移，這些問(wèn)題只會(huì)因人口增長(zhǎng)帶來(lái)的交通增加或氣候變化導(dǎo)致的極端溫度而加劇。因此，城市將監(jiān)測(cè)民用工程結(jié)構(gòu)的任務(wù)外包給土木工程公司，這些公司部署傳感器來(lái)檢測(cè)并關(guān)注早期異常情況。在這一領(lǐng)域展現(xiàn)出非凡創(chuàng)新力的來(lái)自波蘭克拉科夫的一家公司：SHM System，這家擁有30名員工的公司開(kāi)發(fā)了分布式光纖傳感（DFOS）技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合了更高的分辨率和更長(zhǎng)的使用壽命，這一品質(zhì)通過(guò)島津儀器得到了驗(yàn)證和發(fā)展。

民用工程結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)傳統(tǒng)上依賴于點(diǎn)式傳感器。這些傳感器被部署在結(jié)構(gòu)沿線的多個(gè)位置，但在它們之間不收集數(shù)據(jù)，從而形成了盲區(qū)。相比之下，DFOS是市場(chǎng)上非常接近連續(xù)系統(tǒng)的產(chǎn)品，SHM System現(xiàn)在將其傳感器銷售到全球，以及美國(guó)、日本和許多歐洲國(guó)家。

01

新型結(jié)構(gòu)安全技術(shù)

SHM System成立于2012年，一直致力于開(kāi)發(fā)監(jiān)測(cè)工程結(jié)構(gòu)安全的技術(shù)。然而，DFOS最初并不在其計(jì)劃之中。

“大約八年前，我們接觸到DFOS，發(fā)現(xiàn)其巨大的潛力和市場(chǎng)空白。于是我們成立了自己的研發(fā)部門，針對(duì)這一領(lǐng)域的新解決方案進(jìn)行研究。”SHM System的工程師Dr. Tomasz Howiacki說(shuō)。

DFOS技術(shù)最初在1960年代開(kāi)發(fā)，但是當(dāng)NASA將其應(yīng)用于監(jiān)測(cè)航天器時(shí)，才鞏固了這項(xiàng)技術(shù)在測(cè)量應(yīng)變和溫度方面的潛力。然而，將DFOS技術(shù)應(yīng)用于民用工程結(jié)構(gòu)并不容易，這也是為什么市場(chǎng)上幾乎沒(méi)有可靠的商業(yè)DFOS傳感器的原因。

隨著方向的轉(zhuǎn)變，SHM System承擔(dān)了巨大風(fēng)險(xiǎn)，但三年后他們擁有了首個(gè)DFOS產(chǎn)品，其中最令人印象深刻的莫過(guò)于其整體式傳感器。在這些設(shè)備中，DFOS光纖嵌入到復(fù)合整體核心內(nèi)部。這種設(shè)計(jì)非常適合保護(hù)光纖免受外部應(yīng)力，同時(shí)確保更高的準(zhǔn)確度。

其整體式傳感器的美妙之處在于，它們可以嵌入新結(jié)構(gòu)中，這樣傳感器既對(duì)結(jié)構(gòu)功能有所貢獻(xiàn)，又充當(dāng)檢測(cè)器。對(duì)于較老的結(jié)構(gòu)，傳感器可以外貼。無(wú)論哪種情況，傳感器都能檢測(cè)微小事件，從而避免結(jié)構(gòu)失效可能導(dǎo)致的重大事件發(fā)生，并延長(zhǎng)它們所測(cè)量結(jié)構(gòu)的使用壽命。

然而，在產(chǎn)品投放市場(chǎng)前，需要進(jìn)行多項(xiàng)測(cè)試。

“我們需要不僅需要測(cè)試傳感器本身，還需要測(cè)試其組件，如測(cè)試環(huán)氧樹(shù)脂的延伸率、楊氏模量。SHM的材料專家Kamil Badura解釋說(shuō)：島津設(shè)備參與了整個(gè)過(guò)程：從材料的開(kāi)發(fā)、測(cè)試到傳感器的制造和最終傳感器的質(zhì)量。”。

02

一個(gè)伙伴，一個(gè)實(shí)驗(yàn)室

對(duì)于沒(méi)有自己設(shè)備的公司來(lái)說(shuō)，這些測(cè)試是繁重的。

“我們依賴于幾所擁有自己設(shè)備的大學(xué)，帶上我們的樣品和非常特定的設(shè)備，這些設(shè)備需要用大學(xué)的設(shè)備校準(zhǔn)，”Howiacki說(shuō)道。

這種情況在SHM System于 2020年購(gòu)入第一臺(tái)島津儀器后發(fā)生了改變?，F(xiàn)在，該公司使用三臺(tái)島津儀器進(jìn)行測(cè)試分析：AGS-X和AGX-V系列儀器用于測(cè)量應(yīng)力和應(yīng)變，以及一臺(tái)EHF-U系列的疲勞試驗(yàn)機(jī)。

03

效率的飛躍

結(jié)果就是原本需要數(shù)周的測(cè)試現(xiàn)在一天就能完成。

“這簡(jiǎn)化了物流?，F(xiàn)在我們只需從架子上取下設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，”Howiacki說(shuō)。

能夠?qū)⑺袦y(cè)試整合到一個(gè)地點(diǎn)對(duì)于一家小公司來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。島津產(chǎn)品正是放置在其最初的實(shí)驗(yàn)室中。

除了使工作流程更加高效之外，島津還讓SHM System聯(lián)系上了其他關(guān)鍵合作伙伴，這讓這家小公司變得更加高效。

"我們一直在與SHM System和其他合作伙伴合作，不僅提供聯(lián)系方式，還安排在其他客戶處更專業(yè)的島津儀器上免費(fèi)測(cè)試DFOS傳感器的服務(wù)，"位于波蘭的島津戰(zhàn)略合作伙伴SHIM-POL的科學(xué)代表Dawid Pijocha說(shuō)。

有時(shí)，這些會(huì)議會(huì)引導(dǎo)出新的解決方案，因?yàn)榈谌綋碛兄С?/span>SHM System的DFOS傳感器的技術(shù)。這是SHM System用來(lái)驗(yàn)證傳感器準(zhǔn)確性的數(shù)據(jù)記錄儀的情況。數(shù)據(jù)記錄儀連接到參考箔式應(yīng)變片，這是SHM System工作流程中展示其產(chǎn)品*性的必要步驟。

“我們自己測(cè)試了很多設(shè)備，但找不到符合我們需求的。島津介紹給我們的數(shù)據(jù)記錄儀具有更高的可靠性和卓越的質(zhì)量，”Badura說(shuō)。

04

合作與創(chuàng)新

Badura是將島津引入SHM System的人。他在學(xué)習(xí)期間接觸到了島津儀器，當(dāng)他尋求建議時(shí)，以前的同事也一致推薦島津。

“我們正在開(kāi)發(fā)我們的整體式傳感器，需要提高熱導(dǎo)率，同時(shí)測(cè)試應(yīng)變。我們正在尋找萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。我的同事們說(shuō)[島津]有非常好的機(jī)器，他們讓我與島津取得了聯(lián)系?，F(xiàn)在，當(dāng)我們需要特定測(cè)試時(shí)，我們就去找島津，”他說(shuō)。

這種關(guān)系體現(xiàn)了島津的戰(zhàn)略。島津?qū)で髶碛谐錾珓?chuàng)意但需要優(yōu)秀設(shè)備將這些創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為商業(yè)解決方案的合作伙伴。

“我們與SHM System的合作是我們?cè)谶M(jìn)入不同國(guó)家市場(chǎng)的典型方式。我們尋求與大學(xué)和小型公司建立關(guān)系——那些開(kāi)展專業(yè)項(xiàng)目的組織——因?yàn)槲覀円蚕Ｍ麆?chuàng)新，”在波蘭的島津戰(zhàn)略合作伙伴SHIM-POL公司工作的科學(xué)代表Dawid Pijocha說(shuō)道。

05

共同進(jìn)步

SHM System與島津的合作展示了如何通過(guò)共享專業(yè)知識(shí)和技術(shù)，將創(chuàng)新理念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用，共同推進(jìn)科技前沿，保障基礎(chǔ)設(shè)施的安全與持久。

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