崎岖科研路 国家需要就是方向
1956年,“三好”学生邓铁六以优等成绩毕业于武汉大学物理系,随即留校攻读基本粒子物理副博士学位。由于反右运动和家庭原因,1958年,被提前毕业分到山东新建工科院校教物理,1963年调入山东煤矿学院。这段时间,他没有因为不能再从事基本粒子物理研究而消沉,而是从自已所处环境、从国家工业自动化需要出发,选定电子测试技术作为新的学习研究方向,从安装调试晶体管收音机入手,并且理论联系实际,深入煤矿、冶金矿山培训人员,帮助搞自动化项目,从1971年干到1974年,颇受欢迎,小有名气。
开发振弦式矿压仪器大获成功
1978年,学院领导为支持宋振骐所长完成煤炭部任务,将邓铁六从基础部物理教研室调到采矿系矿压研究室,后任矿压所副所长,配合宋所长主持矿压仪表的研究开发、生产和推广应用。由于邓铁六拥有坚实的理论物理基础,善于从物理原理入手分析,又比较熟悉电子测试技术,深入煤矿调研从实际出发,所以他能果断选定当时岩土工程界很不成熟的双线圈振弦式传感器和配套电子仪器为主攻方向,保证了项目的圆满成功。矿压所接近十年不休暑假,寒假仅休十天,他经常工作到深夜,带领多学科仪表人才和矿压老师一起团结奋斗,完成国家“六五”“七五”科技攻关项目各1项、煤炭部项目多项,研究开发成功顶板动态和支柱载荷两大系列,便携式、有线遥测型和多点多参数煤矿顶板来压计算机监测预报系统三代产品。传感器实现了振弦化,输出频率信号抗干扰、可接长电缆、可远传、易数字化,不怕潮湿,准确度较高(误差1%FS左右)、坚固耐用,工作可靠。技术创新达到国际先进水平。
矿压老师在宋所长传递岩梁矿压理论的指导下,应用矿压仪表监测实现了多种难采工作面的安全开采。煤炭部召开会议给予肯定,在全国煤矿开展矿压观测,推广应用矿压所经验,大幅度降低顶板事故,促进了煤矿安全生产。该项研究成果获国家科技进步二等奖和煤炭部科技进步一等奖,宋振骐和邓铁六被国家人事部授予“有突出贡献的中青年专家”称号,被煤炭部授予“全国煤炭工业劳动模范”称号,享受国务院政府特殊津贴。后来,宋振骐还被选为中科院院士(煤炭行业唯一的中科院院士)。
在研究开发振弦式矿压仪表的过程中,“邓氏振弦传感技术”的基础已逐步建立。
创建仪器仪表研究所 科研和人才培养双推进
1992年,邓铁六创建仪器仪表研究所,在原有基础之上大力开发多种振弦传感器,研制成功多种新仪器:
l 完成煤炭部项目“综采支架压力地面实时监测系统”,研制成功本安型横式振弦压力传感器,被鉴定评为国际先进。
l 研究成功单体液压支柱密封质量微机检测仪并完善了测力传感器,采用油缸-活塞(力-液压转换装置)与竖弦压力传感器组合,解决了底垫板不平整及底梁窄引起的测不准问题。可自动定量确定支柱整体密封性能是否合格,属国际首创。
l 发明了大活塞-油脂-小活塞(力变换装置)与小力横式振弦传感器组合成的测力称重传感器,获发明专利。应用它研制成功“箕斗煤量称重仪”,经科技部审定为国家重点新产品。
l 发明了单线圈电流型振弦传感器和激发器,获发明专利。
同时,仪表所与机电系合作,牵头申请到煤炭部和山东省第一个“测试计量技术及仪器”硕士授权点。邓教授为首届学科带头人,他共培养硕士11名,其中7名到重点大学攻读博士,大多晋升教授,成为教学科研骨干。最小的一位去名牌大学读博士后到上海中科院微卫星系统研究院工作,是神七释放的卫星项目负责人,获国家科技进步二等奖,破格晋升研究员,后又研制成功我国第一颗炭卫星,是该卫星的总设计师。
与企业合作,将钢弦技术推进到高准确度和低频动态领域
邓教授于1999年退休,但他退而不休,与多个企业合作继续发展“邓氏振弦传感技术”,为企业开发新产品。
2001年,受聘于洛赛尔传感技术公司任总工,为柳州欧维姆建筑公司开发了力-液压转换式带中孔的锚索测力传感器,抗偏载,误差≤0.5%FS,性能优良,获发明专利。经该公司推荐,为上海建筑科学研究院研制8套锚索测力仪,其中两套4000kN的锚索测力仪经北京计量科学研究院标定,进程误差分别为0.05%FS和0.08%FS,进入高准确度领域,作为标准器用于上海磁悬浮列车轨道梁后加预应力设备的标定,中德两国监理认可;其他几套用于轨道梁加工现场,发挥了重要作用。
为北京石油装备公司开发了单线圈振弦传感器扫频激励振弦频率仪,实现石油钻井5000米深的油压油温测量,准确度0.1%FS。
2001年,洛赛尔公司还与山东交润交通科技公司合作承担由省公路局牵头的山东省交通厅项目,邓教授为技术负责人,到2004年研制成功振弦式动态汽车称重仪,采样频率100~400Hz,用于高速公路计重收费,共用约400套,治理超限运输发挥重要作用,获山东省科技进步二等奖,经检索属国际首创。所用称重传感器均为力-液压转换式振弦传感器,最后性能达到额定载荷20t,综合误差0.04%FS,进入高准确度称重领域。
至此,在大量程、高准确度,以及适用于低频动态测力称重两个方面突破了钢弦传感器的传统技术框架,技术指标领先于国内外同类产品。为了批量生产时准确度一致、温度系数小,能用于静态衡器,邓教授与科达振远公司及北京高登衡器公司、宁波柯力传感科技公司合作攻关,历时3年,优选琴纲丝作弦、改进结构和开发智能测量仪,于2017年8月取得成功,突破了产业化瓶颈。
“邓氏振弦传感技术”概要
邓教授牵头开发的各种振弦式传感器和配套仪器均应用了他所创建的“邓氏振弦传感技术”。该技术的核心如下:
l 提出振弦传感器通用精确数学模型,组织开发了最小二乘法拟合的数据处理软件,较国际现用模型
拟合精度提高近一个数量级,还具有调零去皮、隐含零点温漂修正功能。
l 研制成功高性能钢弦激发电路(获发明专利),提出“弱激发原理”:只激发基频振动,无倍频成分,使传感器输出频率稳定(波动<0.05Hz)、显著提高分辨率,电路可互换,双绞电缆长可1000m。
l 利用引液端横向胀力引起的“超前”抵消“滞后”,研制成功高准确度振弦压力传感器,获发明专利。2017年找到一种新结构,只需改动一个参数就可减小综合误差,两只样品综合误差0.03%FS。可保批量生产有高合格率。
l 找到一种琴钢丝作振弦,与合金钢弦架热胀性能匹配,使传感器温度系数≤0.05Hz/℃,温度稳定性好,加载稳定性亦好。
l 研制成功微摩擦阻力力-液压转换装置(实用新型专利),与高准确度振弦压力传感器组合成测力称重传感器,解决了大量程、高准确度系列化振弦测力称重传感器的批量生产问题。油脂厚度仅几毫米,可用于低频动态测力称重。
l 研制成功振弦频率快速准确采集电路,采样频率100~400Hz,测频误差<0.1Hz,解决了低频动态测力称重问题,使“邓氏振弦传感技术”既可用于静态,也可用于低频动态,具有较广应用范围。
l 开发成功振弦智能称重仪,实现传感器半自动标定和智能称重。
应用这套技术,不仅可制造大量程、高准确度、低温度系数测力称重振弦传感器,而且可制造静态衡器,并适用于低频动态测力称重。这是现年83岁的邓铁六教授对测试技术的重要贡献。