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我国钢弦式振弦传感技术的开拓者 邓铁六教授


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邓铁六,男,1935年6月生,湖南永州(零陵)人。1945年,四川乐山县东山小学毕业,值抗日胜利,随母回到老家,住在柳子庙旁,那是纪念柳宗元的庙,柳曾在永州任知府,政绩受后人敬仰。初中就读苹州中学,1949年解放,苹中并入湖南省立七中,也在零陵,七中初中毕业后,升入高中部。虽然家庭出身不好,但受新中国社会主义美好前途的感召和激励,加之党的政策好,给他乙等助学金,因此他努力学习、追求进步,三年级时被选为副班长。他受苏联书《一个飞机构造家的自述》、电影《俄罗斯航空之父》以及火箭专家《齐奥尔阔夫斯基》的影响,对航空很感兴趣,在墙报上发表了读书心得《螺旋桨式飞机为什么不能飞得比声音更快》,这是他的处女作,16岁的他,已经懂得“音障”,只有喷气发动机才能突破音障,才能飞到没有空气的地方,才能飞出地球。他到永州文化馆借读了许多科普书籍,很受启发和激励,一心想当科学家、发明家,为新中国社会主义建设作贡献。

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1952年,由于需要他和同学们提前半年高中毕业,考入湖南大学物理系。那时伙食免费还给他乙等助学金,他很努力学习并追求进步。一年级期末物理考试,任课老师葛旭初教授是湖南物理学会理事长,他出了十道题,邓作了近两小时才做完,年龄最小(17岁)却考了97分最高分,受到大家关注,受到葛教授器重,后当物理课代表,从此结下一生缘份:葛老师每发表一篇论文出一本书,都要寄一份给他的这个学生;葛老师96岁于合肥去世,他的这个学生去参加了追悼会。1953年,由于他的进步,被批准加入新民主主义青年团。随后院系调整,并入武汉大学物理系。当时仿苏实行班三角制度,邓被系领导任命为乙班班长,连年被评为“三好”学生。1956年夏,以“成绩优等”毕业,随即被留美归来的张承修教授选中,留校攻读基本粒子副博士研究生。1958年,正以全优成绩通过基础课程考试,不料向科学进军张教授被调去中科院(后任中科院武汉数理研究所所长),邓则因政治运动、家庭原因,被提前分配到山东济南新建院校,后调入山东矿业学院(今山东科技大学)。他明白:从此再不能去研究基本粒子物理了,该怎么办?他认为自已在党的温暖感召和教育下成长,是热爱社会主义、走又红又专道路的,运动中虽有点错误(注:后来已平反),但是是拥护党的。今后,第一,要劳动化,成为劳动人民的一员,淡薄名利,更好地为人民服务,首先教好课为社会主义建设培养人才;第二,决心改变专业方向,余业自学电子应用技术。因为工业自动化是国家发展方向,自动化需要电子应用技术。文革后期,复课闹革命时,他与两位同事合作,研制成功多种波形信号发生器,提供给选煤自动化课题组用于检测逻缉元件的性能;随后应邀去煤矿和多个冶金矿山邦助培训工人和开展小型自动化项目,受到欢迎,小有名气。

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1978年,山东矿院领导决定将他调采矿系矿压研究室,从事矿压仪表的研究开发。后任矿压所副所长,协助宋所长主持矿压仪表的研究开发和生产。他带领助手和研究生,侧重研究开发钢弦式振弦传感器和配套二次仪表,并与多位老师合作,到1990年,完成了国家“六五”“七五”科技攻关项目各一项,煤炭部项目多项,研制成功顶板动态和支柱载荷两大系列,普及型(便携式)、遥测型和计算机顶板来压监测预报系统三代矿压产品,将我国矿压仪表推进到国际先进水平。普及型矿压仪表煤炭部在全国推广应用,邦助全国煤矿开展矿压观测;遥测矿压仪则用于难采工作面的安全开采。大量实践活动促进了宋所长矿压理论的完善,在其指导下顶板大面积来压预报及安全控制取得成功,煤炭部委托宋所长组织编写了《煤矿顶板事故的防治》专著,指导各方通力合作对顶板进行科学管理,大幅度降低了顶板事故死亡人数,促进了安全生产。矿压所科研项目荣获国家科技进步二等奖、煤炭部一等奖,宋所长和邓副所长被评为全国煤炭工业劳动模范、国家有突出贡献的中青年专家,享受国务院政府特殊津贴。后来宋所长还被选为中科院院士。

 


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关于矿压仪表研发,邓提出以钢弦式为主攻方向:为提高准确度,提出邓氏抛物线模型;为提高稳定性和分辨率提出单向弱激发原理,设计了性能优异的钢弦激发电路;设计成功多种钢弦式传感器和配套仪表,这些仪表工作可靠、性能优良。最典型的是“七五”国家科技攻关项目《煤矿顶板预报与计算机监测系统》,共32个频道,矿压方面传感器全部钢弦化,其中作顶板监测预报用的钢弦式顶板动态仪,与二次仪表结合,分辨力达到0.01mm(分辨率0.01%FS),超过机械式动态仪。保证了工业性试验期间顶板动态数据精确,大面积顶板来压预报全部准确。该项目鉴定评为国际先进。从1978年到1990年,邓不休暑假,每天工作到深夜,带领团队理论联系实际开发钢弦式传感器和配套仪表的过程中,逐步创立《邓氏实用振弦传感技术》基础:包括:钢弦式传感器结构设计某些创新;振弦式传感器通用精确数学模型QQ图片20191121192716.png高性能钢弦自激激发电路、弱激发原理;单片机多周期快速准确测频电路以及GSJ-2电脑检测仪等。



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1992~1999年,创建仪器仪表研究所任所长期间,在原有基础上,研发力-液压转换间接测力称重技术,进一步向较大量程(500kN)、较高准确度(0.5%FS)测力称重和综采支架压力(60MPa)监测方向发展。研制成功量程60MPa的活塞传压横式弦压力传感器,邦助煤炭部项目ZJ-1型综采支架工况监测系统取得成功,鉴定评为国际先进水平;研制成功量程30t的活塞-油缸和竖弦压力传感器组成的测力传感器,邦助DK-2A型单体液压支柱密封质量检测仪测支柱载荷准确,实现了计算机对多棵支柱保压曲线的自动检测并对支柱密封性能作出判断,合格者方可下井使用,提高效率10倍以上,促进了煤矿安全生产,进入煤炭部100项推广项目,一直用到现在;研制成功量程50t的大活塞-油脂-小活塞力变换装置与小力传感器组成的称重传感器,邦助KBG4型箕斗煤量称重仪取得成功,经科技审定为国家重点新产品。这些创新充实了《邓氏实用振弦传感技术》,为它进一步走向大量程、高准确度铺平了道路。同时,牵头申请到煤炭部、山东省首个《测试计量技术及仪器》硕士点,成为第一届学科带头人。以身作则带领学生每人干一个项目,精心培养硕士11名,多数读完博士晋升教授、高工成为教学科研骨干。其中一名成长为神七释放卫星的项目负责人,后又成功发射炭卫星,任总设计师。青出于兰而胜于兰。这位学子很感谢老师把他从计算机软件本科生引导到工业自动化方向去读博士,而获得今天的成就。


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1999年,邓从山东科技大学退休,但他退而不休,先后与多家企业合作,邦助企业研发新型钢弦传感器和配套仪表。主要是开发大量程(5000kN)、高准确度(0.5~0.04%FS)、低温度系数(0.05Hz/℃)的力-液压转换式间接测力称重传感器和配套仪表。在防潮、抗干扰可接长电缆、易数字化、量程大易系列化等方面优于传统电阻应变式传感器。例如山东科大校办工厂为上海建筑科学研究院制造的两套4000kN锚索测力仪,进程误差仅为0.05%FS及0.08%FS,用于上海磁悬浮列车轨道梁后加预应力张拉设备的标定,作为标准得到中国德国监理认可。为山东交润交通科技公司制造数千只量程20t的力-液压转换式称重传感器用于公路计重收费动态汽车称重仪,采样频率达400Hz,不仅可用于动态汽车称重,还可监测频率200Hz以下的动态力。在大量程高准确度和低频动态力测量这两个方面取得了突破,属国际创新。2010年与泰安科达振远仪器仪表公司合作开发竖弦压力传感器,发现引液盖中高压液体横向胀力引起传感器回程出现“超前”,用适当的“超前”抵消“滞后”,可使回程曲线与进程曲线趋于重合,大大减小综合拟合曲线的误差,提高准确度。制作的16只竖弦压力传感器,综合误差最大0.2%FS,最小0.02%FS(注:标准器误差0.05%FS),为走向高准确度找到了一条新路,获发明专利。2015年,与北京高登衡器公司和宁波柯力传感科技股份公司合作进行钢弦称重传感器产业化技术攻关,到2017年8月,关键技术取得突破,两只40MPa竖弦压力传感器综合误差达到0.03%FS,温度系数≤0.05Hz/℃。但由于称重行业产能过剩突显,市场不景气,企业面临经济困难,只好停了下来。



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总之,从1978到2017年8月,四十年如一日,邓教授将主要精力用于钢弦传感器和配套二次仪表的研究开发,创建了《邓氏实用振弦传感技术》,并应用于生产实践,解决了不少技术难题,共获专利20项,其中发明专利7项,发表论文37篇,与学生合写专著《谐振式传感器理论及测试技术》,正在编写专著《邓氏实用振弦传感技术》。该技术为中国理论物理研究生在实践中独创,居钢弦传感技术的国际领先水平,正处在发展完善阶段。因此,他希望这项新技术能够传承下去,后继有人,并能发扬光大,逐步实现产业化,对国家作出更有益的贡献。

 

 

 

 

 

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