桥接未来，路通四方：揭秘波兰土木工程与岛津的高科技防护策略

桥梁、铁路和公路是一个国家的动脉，它们是关键基础设施，使货物之血畅通无阻地在全国流动。这些设施的丧失将会导致一个城镇的停滞。就像我们人体的动脉设计能持续数十年一样，桥梁、铁路和公路的结构也必须具备同样甚至更长的使用寿命。然而，从它们离开制造现场的第一刻起就已经遭受了裂缝和缺陷的困扰，并且随着时间的推移，这些问题只会因人口增长带来的交通增加或气候变化导致的极端温度而加剧。因此，城市将监测民用工程结构的任务外包给土木工程公司，这些公司部署传感器来检测并关注早期异常情况。在这一领域展现出非凡创新力的来自波兰克拉科夫的一家公司：SHM System，这家拥有30名员工的公司开发了分布式光纤传感（DFOS）技术，该技术结合了更高的分辨率和更长的使用寿命，这一品质通过岛津仪器得到了验证和发展。

民用工程结构的监测传统上依赖于点式传感器。这些传感器被部署在结构沿线的多个位置，但在它们之间不收集数据，从而形成了盲区。相比之下，DFOS是市场上非常接近连续系统的产品，SHM System现在将其传感器销售到全球，以及美国、日本和许多欧洲国家。

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新型结构安全技术

SHM System成立于2012年，一直致力于开发监测工程结构安全的技术。然而，DFOS最初并不在其计划之中。

“大约八年前，我们接触到DFOS，发现其巨大的潜力和市场空白。于是我们成立了自己的研发部门，针对这一领域的新解决方案进行研究。”SHM System的工程师Dr. Tomasz Howiacki说。

DFOS技术最初在1960年代 开发，但是当NASA将其应用于监测航天器时，才巩固了这项技术在测量应变和温度方面的潜力。然而，将DFOS技术应用于民用工程结构并不容易，这也是为什么市场上几乎没有可靠的商业DFOS传感器的原因。

随着方向的转变，SHM System承担了巨大风险，但三年后他们拥有了首个DFOS产品，其中最令人印象深刻的莫过于其整体式传感器。在这些设备中，DFOS光纤嵌入到复合整体核心内部。这种设计非常适合保护光纤免受外部应力，同时确保更高的准确度。

其整体式传感器的美妙之处在于，它们可以嵌入新结构中，这样传感器既对结构功能有所贡献，又充当检测器。对于较老的结构，传感器可以外贴。无论哪种情况，传感器都能检测微小事件，从而避免结构失效可能导致的重大事件发生，并延长它们所测量结构的使用寿命。

然而，在产品投放市场前，需要进行多项测试。

“我们需要不仅需要测试传感器本身，还需要测试其组件，如测试环氧树脂的延伸率、杨氏模量。SHM的材料专家Kamil Badura解释说：岛津设备参与了整个过程：从材料的开发、测试到传感器的制造和最终传感器的质量。”。

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一个伙伴，一个实验室

对于没有自己设备的公司来说，这些测试是繁重的。

“我们依赖于几所拥有自己设备的大学，带上我们的样品和非常特定的设备，这些设备需要用大学的设备校准，”Howiacki说道。

这种情况在SHM System于 2020年购入第一台岛津仪器后发生了改变。现在，该公司使用三台岛津仪器进行测试分析：AGS-X和AGX-V系列仪器用于测量应力和应变，以及一台EHF-U系列的疲劳试验机。

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效率的飞跃

结果就是原本需要数周的测试现在一天就能完成。

“这简化了物流。现在我们只需从架子上取下设备进行测试，”Howiacki说。

能够将所有测试整合到一个地点对于一家小公司来说是一个巨大的优势。岛津产品正是放置在其最初的实验室中。

除了使工作流程更加高效之外，岛津还让SHM System联系上了其他关键合作伙伴，这让这家小公司变得更加高效。

"我们一直在与SHM System和其他合作伙伴合作，不仅提供联系方式，还安排在其他客户处更专业的岛津仪器上免费测试DFOS传感器的服务，"位于波兰的岛津战略合作伙伴SHIM-POL的科学代表Dawid Pijocha说。

有时，这些会议会引导出新的解决方案，因为第三方拥有支持SHM System的DFOS传感器的技术。这是SHM System用来验证传感器准确性的数据记录仪的情况。数据记录仪连接到参考箔式应变片，这是SHM System工作流程中展示其产品优越性的必要步骤。

“我们自己测试了很多设备，但找不到符合我们需求的。岛津介绍给我们的数据记录仪具有更高的可靠性和卓越的质量，”Badura说。

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合作与创新

Badura是将岛津引入SHM System的人。他在学习期间接触到了岛津仪器，当他寻求建议时，以前的同事也一致推荐岛津。

“我们正在开发我们的整体式传感器，需要提高热导率，同时测试应变。我们正在寻找万能试验机。我的同事们说[岛津]有非常好的机器，他们让我与岛津取得了联系。现在，当我们需要特定测试时，我们就去找岛津，”他说。

这种关系体现了岛津的战略。岛津寻求拥有出色创意但需要优秀设备将这些创意转化为商业解决方案的合作伙伴。

“我们与SHM System的合作是我们在进入不同国家市场的典型方式。我们寻求与大学和小型公司建立关系——那些开展专业项目的组织——因为我们也希望创新，”在波兰的岛津战略合作伙伴SHIM-POL公司工作的科学代表Dawid Pijocha说道。

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共同进步

SHM System与岛津的合作展示了如何通过共享专业知识和技术，将创新理念转化为现实世界的应用，共同推进科技前沿，保障基础设施的安全与持久。

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