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橋接未來，路通四方：揭秘波蘭土木工程與島津的高科技防護策略
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橋梁、鐵路和公路是一個國家的動脈，它們是關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，使貨物之血暢通無阻地在全國流動。這些設(shè)施的喪失將會導(dǎo)致一個城鎮(zhèn)的停滯。就像我們?nèi)梭w的動脈設(shè)計能持續(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的使用壽命。然而，從它們離開制造現(xiàn)場的第一刻起就已經(jīng)遭受了裂縫和缺陷的困擾，并且隨著時間的推移，這些問題只會因人口增長帶來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檢測并關(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的使用壽命，這一品質(zhì)通過島津儀器得到了驗證和發(fā)展。
民用工程結(jié)構(gòu)的監(jiān)測傳統(tǒng)上依賴于點式傳感器。這些傳感器被部署在結(jié)構(gòu)沿線的多個位置，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、日本和許多歐洲國家。
01
新型結(jié)構(gòu)安全技術(shù)
SHM System成立于2012年，一直致力于開發(fā)監(jiān)測工程結(jié)構(gòu)安全的技術(shù)。然而，DFOS最初并不在其計劃之中。
“大約八年前，我們接觸到DFOS，發(fā)現(xiàn)其巨大的潛力和市場空白。于是我們成立了自己的研發(fā)部門，針對這一領(lǐng)域的新解決方案進行研究。”SHM System的工程師Dr. Tomasz Howiacki說。
DFOS技術(shù)最初在1960年代開發(fā)，但是當(dāng)NASA將其應(yīng)用于監(jiān)測航天器時，才鞏固了這項技術(shù)在測量應(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，這也是為什么市場上幾乎沒有可靠的商業(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，但三年后他們擁有了首個DFOS產(chǎn)品，其中最令人印象深刻的莫過于其整體式傳感器。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)計非常適合保護光纖免受外部應(yīng)力，同時確保更高的準確度。
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，這樣傳感器既對結(jié)構(gòu)功能有所貢獻，又充當(dāng)檢測器。對于較老的結(jié)構(gòu)，傳感器可以外貼。無論哪種情況，傳感器都能檢測微小事件，從而避免結(jié)構(gòu)失效可能導(dǎo)致的重大事件發(fā)生，并延長它們所測量結(jié)構(gòu)的使用壽命。
然而，在產(chǎn)品投放市場前，需要進行多項測試。
“我們需要不僅需要測試傳感器本身，還需要測試其組件，如測試環(huán)氧樹脂的延伸率、楊氏模量。SHM的材料專家Kamil Badura解釋說：島津設(shè)備參與了整個過程：從材料的開發(fā)、測試到傳感器的制造和最終傳感器的質(zhì)量。”。
02
一個伙伴，一個實驗室
對于沒有自己設(shè)備的公司來說，這些測試是繁重的。
“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，”Howiacki說道。
這種情況在SHM System于 2020年購入第一臺島津儀器后發(fā)生了改變?，F(xiàn)在，該公司使用三臺島津儀器進行測試分析：AGS-X和AGX-V系列儀器用于測量應(yīng)力和應(yīng)變，以及一臺EHF-U系列的疲勞試驗機。
03
效率的飛躍
結(jié)果就是原本需要數(shù)周的測試現(xiàn)在一天就能完成。
“這簡化了物流。現(xiàn)在我們只需從架子上取下設(shè)備進行測試，”Howiacki說。
能夠?qū)⑺袦y試整合到一個地點對于一家小公司來說是一個巨大的優(yōu)勢。島津產(chǎn)品正是放置在其最初的實驗室中。
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)的島津儀器上免費測試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。
有時，這些會議會引導(dǎo)出新的解決方案，因為第三方擁有支持SHM System的DFOS傳感器的技術(shù)。這是SHM System用來驗證傳感器準確性的數(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。
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，以前的同事也一致推薦島津。
“我們正在開發(fā)我們的整體式傳感器，需要提高熱導(dǎo)率，同時測試應(yīng)變。我們正在尋找萬能試驗機。我的同事們說[島津]有非常好的機器，他們讓我與島津取得了聯(lián)系?，F(xiàn)在，當(dāng)我們需要特定測試時，我們就去找島津，”他說。
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的合作是我們在進入不同國家市場的典型方式。我們尋求與大學(xué)和小型公司建立關(guān)系——那些開展專業(yè)項目的組織——因為我們也希望創(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說道。
05
共同進步
SHM System與島津的合作展示了如何通過共享專業(yè)知識和技術(shù)，將創(chuàng)新理念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實世界的應(yīng)用，共同推進科技前沿，保障基礎(chǔ)設(shè)施的安全與持久。
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