——记武汉理工大学光纤传感技术与网络国家工程研究中心童杏林教授
智能制造，宛如现代工业长河中奔腾不息的巨流，是推动产业升级、提升国家竞争力的必由之路。在石油化工和介入医疗等高技术行业，高端有效的原位在线监测技术却如同稀缺珍宝，成为制约现代工业智能化与数字化发展的痛点与瓶颈。石油化工恶劣的生产工况、关键工艺与重要装备急需先进的在线原位监测技术;国内介入医疗领域，如激光消融等主要依赖国外进口产品。攻克这些技术难题并实现国产化，对于促进传感器技术进步，提升国家经济发展与安全意义重大。
光纤传感技术在光导纤维和光通讯技术的蓬勃发展下应运而生，光纤既能作为信息传输的介质，又能充当传感单元。当外界参量变化时，光纤内传输光的特征参数也会相应改变，通过解调算法分析采集到的光谱信号，就能获得待测参量的大小。近年来，随着光纤制造、光学检测、信号处理等相关技术的飞速发展，光纤传感技术在测量精度、可靠性、集成度等方面取得了长足进步，成为传感领域的研究热点。
武汉理工大学光纤传感技术与网络国家工程研究中心童杏林教授，就在这一领域深耕20余年，致力于恶劣环境监测的光纤传感技术关键技术与难点的研究，他就如一位执着的探险家，在石油化工、介入医疗和航空航天等行业通过多学科交叉融合，披荆斩棘，取得了多项标志性的科技成果。多项技术在国际国内实现零的突破并得以推广应用，让国内技术有望实现弯道超车，从跟跑迈向领跑，为我国石油化工与介入医疗等行业智能化、数字化、绿色化和安全化发展提供了强有力的技术支撑。
石化先锋：探索新型工业化之路
童杏林的科研之路，始于对光学的痴迷与对现实的叩问，他充满求知渴望与奋斗激情。他凭借着对知识的执着追求和对科研的无限热忱，在学术的道路上不断攀登。2004年童杏林从华中科技大学激光技术国家重点实验室物理电子学专业博士毕业，从师从中国工程院院士姜德生，开展光纤传感领域的博士后研究工作起，他便与光纤传感技术结下不解之缘，自此踏上了长达二十余年的感知技术科研征程。
在石油化工领域，童杏林是一位新型工业化的勇敢探索者。石油化工生产环境高温、高压、易燃易爆，电信号的传输和处理面临重重挑战，难以满足现代石化新型工业化发展智能优化控制的需求。他敏锐地察觉到这一问题，带领研究团队毅然踏上了技术攻关的艰难征程。
现有国内外石油石化企业智能制造的工业控制网络主要由全光互联网络通信系统、各类电学传感构成的感知系统及电类执行系统三部分组成。由于石化生产处于易燃易爆的环境，化学反应多为高温、高压过程，整个生产工况需监测的部位众多，数据海量，这使得监测工作面临极大的困难。电类传感器和执行器均需要采用防爆处理，易受电磁干扰影响，高温环境使用受限，无法测量一些狭小空间核心部件、且检测参量较单一，测量点位少，组网困难，安全性、准确性、经济性一般，无法适应新型工业化所需的大数据测量和人工智能优化控制的要求。
针对这些问题，童杏林团队经过无数个日夜的钻研与实践，取得了一系列原创性成果。他们首次提出了全光感知、全光通信和全光执行的石油化工智能控制网络构建方法。在现有石化工业网络基础上，攻克了系列适应恶劣工况的石油化工全光纤感知与全光纤驱动执行关键技术，解决了装备和工艺这样一个多因素相互作用的复杂过程的信号安全提取、传输与驱动执行的安全、快速和可靠问题。为实现了石油石化行业全流程控制由“电”向“光”的跨越性转换提供了关键技术方法。这一技术突破，就像一盏明灯，不仅可能提高系统的安全性和可靠性，还将大大增强了数据分析、智能识别、故障诊断和智能控制的多维能力，对石油化工等智能控制行业而言，无疑是一项颠覆性的技术创新。
成果闪耀：创新引领产业变革
童杏林带领的研究团队围绕国家重大发展需求，以光纤传感技术、嵌入式信息处理系统技术及新型光电子器件的研究与开发为核心，通过物联网技术与人工智能技术的融合，对信息、光、机、电、材料、生物医疗等学科进行交叉研究，在光纤传感技术方面开展了卓有成效的研究。他们的研究成果涉及石油化工、生物医疗、航空航天、电力、交通等多个领域，多项研究成果达到国际领先水平。研发的光栅传感解调系统的核心关键器件打破了国外个别企业的技术与产品垄断，避免了国外企业的“卡脖子”可能。这些优秀的科研成果，犹如一颗颗璀璨的明珠，在石油化工等重要工程领域闪耀着夺目的光芒。这些成果具有卓越的创新之处，其中多项获得工程应用，产生了较大的社会效益和经济效益。
针对现有传感器物理机制瓶颈问题，童杏林和团队巧妙地将MEMS技术与光纤传感技术相结合。他们研究解决了可用于石化反应器等高温工艺过程中压力/温度复合在线原位监测技术，突破了1000℃以上超高温环境的压力和温度原位复合测量的国际技术难题。同时，还解决了传感器在焦炭塔等常温到500℃快速交变大温度梯度的安装、长期稳定工作，和塔内除焦声信号提取与处理等技术难题。这一系列的突破，为石油化工生产过程中的精准监测提供了有力保障，大大提高了生产的安全性和效率。
针对石化生产易燃易爆气液化学品原位在线监测技术瓶颈问题，童杏林团队发明了具有本征安全的氢气和杂质含量在线监测光纤传感技术。解决了从0.1%～100%大范围多组分气液成分和浓度在线精密测量的技术难题，建立了多重信号中特征信号准确识别的理论准则，实现了国内高浓度氢气等多组分气体在线监测技术零的突破。这一技术的应用，为石化生产中的安全监控提供了可靠的手段，有效预防了安全事故的发生。
在往复压缩机与机泵群等重要装备在线监测方面，童杏林团队攻克了轴系运动部件内部高温原位测量、光纤传感信号无线传输、传感探头微型柔性封装与安装等国际难题。通过建立具有自主知识产权的技术体系，团队的研究成果实现了多项技术从0到1的突破。在石油石化全光智能控制基础与应用方面开发的有关研究成果，不仅服务于产业升级，更是推动我国由制造大国向制造强国转变的生动实践，对提升国家核心竞争力具有重要战略意义。
介入医疗：让光纤传感普照杏林
近年来，随着光纤传感技术在医疗领域的应用取得了长足进步，童杏林联合国内多家医疗机构组成的研究团队，针对临床医学诊断与治疗过程中的关键需求，在介入精准诊疗光纤复合探针与系统方面取得了一系列创新成果。
他带领团队发明了冷激光消融与光纤OCT成像、热层析、声发射、压力等物理与生理参量多模态一体化集成系统技术。他们开发了一种集成光纤传感多参量测量的OCT成像复合探针及系统，实现了激光能量与消融标的物的三维图像和温度场的协同。团队攻克了血管斑块三维消融过程中空域光-热-声等信息的监测与消融的关键技术，开发出高灵敏度和高分辨率的OCT、热层析和声信号的多模态实时成像系统，可实现激光三维消融过程的实时精准感知，保证诊断和手术的精准和安全。
结合微创诊疗提出的需求，童杏林团队发明了用于微创诊疗的光纤温度/压力复合传感探针及系统技术。他们将MEMS技术和光纤传感技术相结合，开发出压力和温度一体化原位测量的微型光纤F-P复合传感技术。该探针灵敏度高、测量精确、响应速率快，易于批量生产，成本低，微米尺度，可与介入导管匹配使用，可应用于激光微创和去结石等手术温度与压力同时监测。
基于激光介入消融手术有关需要，团队还发明了用于激光消融介入手术的智能复合柔性导管和基于阵列偏芯光纤和多芯光纤传感的智能介入导丝，该导管通过拓扑结构将激光消融、热层析、OCT成像与声学传感光纤集成于同一导管，并采用人体相容涂层，实现导管与导丝的智能化与多功能集成。
这些创新技术为实现介入诊疗过程中“看得清、测得准、传得快、控得住、医得好”的精准诊疗目标提供了重要技术支撑。
展望未来，童杏林教授朴实而坚定地说：“我出生在农村，是国家的培养和的大发展时代将我变成为一名科技工作者，光纤传感技是一种相对较新的交叉技术，没有具体专业，但很多专业又需要它，我就是为其它行业打酱油的，国家的需要就是我们研究的方向。”然而，就是这个自认为“打酱油”的科学家，用光纤串联起了工业与生命的脉搏，用自己的智慧和汗水，为我国石油化工领域全光自动控制智能系统和介入医疗做出了重大贡献。
正如他办公室悬挂的那幅字——“柔纤承千钧，微光济苍生”，这或许正是中国智造最诗意的注脚：在最坚硬的工业堡垒与最脆弱的生命禁区，用柔软的光，织就自主创新的天罗地网，在科研道路上书写着精彩篇章。(文/李杰)
