项目负责人：万波

项目参加人员：钟年丙、黄建、刘扬、刘宇飞、徐丽、徐刚、张力、刘良勇、汤斌、赵明富、罗彬彬、解泉华、宋涛、王建旭、石胜辉、贺媛媛、邹雪、胡蓉、武惠华、翟清依、宋少雄、许长源、陈鹏宇、孔凌楠

一、项目概述

本项目针对碑刻风化病害过程参数原位在线检测技术落后的问题，以三苏祠清何绍基《谒三苏祠诗碑》为研究对象，提出“光纤智能感知新理论体系建立—感知器件及系统构建—碑刻病害机理与规律解析”研究思路：①研究碑刻病害过程“碑刻表面温湿度与酸碱度”、“碑刻周围环境二氧化浓度”、“碑刻本体微应变”在线准分布检测新原理及新方法，研制传感器及传感器阵列，构建检测系统及装备；②研究由空间离散准分布式温湿度、酸碱度、二氧化碳浓度、微应变数据反演其连续场分布的重构算法，实时显示碑刻病害过程参数场分布变化信息，揭示碑刻病害机理与规律。通过本课题的研究形成了碑刻风化病害过程参数光纤在线准分布检测系统新产品1个、成果示范性应用1个、申请发明专利6项、发表论文13篇、培养研究生5名，本项目研究工作的开展助推三苏祠建成了国家一级博物馆。本项目课题组完成了项目任务书中约定的各项考核指标。研究成果提升了我国文物保护和科技创新能力，为传承弘扬东坡文化保驾护航提供了重要支撑。

二、主要研究内容

1.碑刻风化病害过程碑刻表面温湿度与酸碱度、碑刻周围环境二氧化浓度、碑刻本体微应变在线准分布检测原理及方法、传感器及传感器阵列、装置及系统

（1）表征碑刻本体微观形貌、物质成分、孔隙结构、渗透率及吸水率，研究碑刻本体三维图像重构算法；

（2）研究碑刻表面温湿度与酸碱度、碑刻周围环境二氧化浓度、碑刻本体微应变在线准分布检测原理及方法；

（3）研发准确感知碑刻表面温湿度与酸碱度、选择性感知碑刻周围环境二氧化浓度、高灵敏感知碑刻本体微应变的光纤Bragg光栅传感器，构建准分布式传感器阵列、测量装置及系统。

2.碑刻病害过程由空间离散准分布式温湿度、酸碱度、二氧化碳浓度、微应变数据反演其连续场分布图像重构算法、文物微生物分化过程机理及规律解析

（1）构建由空间离散准分布式温湿度、酸碱度、二氧化碳浓度、微应变实验数据反演连续动态变化信息的二维/三维重构算法，实时显示碑刻风化病变过程多参数场分布动态变化信息；

（2）研究碑刻表面温湿度与酸碱度及碑刻周围环境二氧化浓度对碑刻本体微应变产生的影响，明晰碑刻保存环境参数与碑刻剥蚀间的相互关系，解析馆藏碑刻分化病害机理与规律。

三、技术关键

1.碑刻表面温湿度二元参数同时测量、具有温度补偿功能酸碱度测量的光纤Bragg光栅传感单元研究及设计方法，碑刻周围环境二氧化浓度选择性感知的光纤Bragg光栅传感单元研究及设计方法，碑刻本体微应变高灵敏度光纤Bragg光栅传感单元研究及设计方法；

2.碑刻表面温湿度与酸碱度、碑刻周围环境二氧化浓度、碑刻本体微应变传感阵列设计及其在碑刻测量区的固定安装方法，光纤检测系统装备构建；

3.由碑刻风化病害过程空间离散准分布式温湿度、酸碱度、二氧化碳浓度、微应变数据反演其连续场分布重构算法的构建。

四、技术路线和创新性

1.技术路线

本申请以三苏祠清何绍基《谒三苏祠诗碑》为研究对象，围绕馆藏碑刻物理化学风化病害过程，构建“光纤智能感知新理论体系建立—感知器件及系统构建与研发—碑刻病害机理与规律解析—成果应用”的研究思路，建立碑刻表面温湿度与酸碱度、碑刻周围环境二氧化浓度、碑刻本体微应变在线准分布检测原理及方法，构建光纤传感器与传感器阵列、检测仪器与装置及场分布图像重构算法，解析文物微生物分化过程机理及规律。成果应用于三苏祠清何绍基《谒三苏祠诗碑》风化病害过程检测，并逐步向三苏祠其它碑刻以及乐山大佛、重庆自然博物馆等的石质文物、古建筑、恐龙化石标本等风化过程在线监测领域进行推广应用。技术路线如图1所示。

2.创新性

本申请通过深入研究文物本体材质与保存环境的关联与多参数场的耦合，拟解决碑刻本体材质风化病害过程“碑刻表面物化参数→碑刻保存环境气相参数→碑刻本体病变参数”在线原位监测及碑刻病害机理与规律解析世界性难题，发现“气-液-固”三相界面温湿度与酸碱度、碑刻保存环境二氧化碳浓度、碑刻本体病害微应变在线原位监测新原理及新方法，解析馆藏碑刻物理化学风化病害机理与规律，开拓碑刻预防性学科保护前沿交叉新领域，提升三苏祠文物保护与科技创新能力，推进三苏祠建成国家一级博物馆，为东坡文化传承保驾护航做出贡献。

（1）理论创新。本申请针对馆藏碑刻物理化学风化病害在线原位监测及碑刻病害机理与规律解析世界性难题，提出“基于新型光纤智能感知的馆藏碑刻风化病害过程机理解析”新思想：①构建碑刻本体材质风化病害过程“碑刻表面物化环境→碑刻保存环境气相环境→碑刻本体病变”关键参数在线原位无损监测新原理及新方法；②明晰馆藏碑刻物理化学风化病害机理与规律。

（2）应用创新。通过国内外知识产权调研发现，关于碑刻病害过程信息“光纤在线智能感知与识别关键技术”首次在三苏祠碑刻中进行示范应用，将在我国及全世界起到应用示范作用，提升三苏祠文物保护与科技创新能力，推进三苏祠建成国家一级博物馆，为传承三苏文脉、弘扬东坡文化提供重要支撑。

（3）技术创新。构建馆藏碑刻风化病害过程碑刻表面温湿度与酸碱度、碑刻周围环境二氧化浓度、碑刻本体微应变在线准分布检测原理及方法、传感器及传感器阵列、装置及系统、三维重构：① 构建准确检测碑刻表面温湿度与酸碱度二元参数的光纤传感器及传感阵列，② 构建选择性准确检测碑刻周围环境二氧化浓度的光纤传感器及传感阵列，③ 构建高灵敏检测碑刻本体微应变的光纤传感器及传感阵列，④构建准确检测温湿度、酸碱度、二氧化浓度及微应变的光纤光栅检测系统及装备，⑤构建由空间离散准分布式温湿度、酸碱度、二氧化碳浓度、微应变数据反演其连续场分布图像重构算法。

图1. 技术路线图

五、应用情况

本申请工作的开展研制了碑刻风化病害过程参数光纤在线准分布检测系统新产品1个、成果（构建三苏祠清何绍基《谒三苏祠诗碑》风化病害过程在线检测与显示系统示范装置）示范性应用1个、申请发明专利6项、发表论文13篇、培养研究生5名。

成果应用于三苏祠清何绍基《谒三苏祠诗碑》风化病害过程在线检测，并在重庆中国三峡博物馆、重庆自然博物馆等的石质文物、古建筑、恐龙化石标本等风化过程在线监测领域进行推广应用；提升三苏祠文物保护与科技创新能力，助力三苏祠成功创建国家一级博物馆，为传承三苏文脉、弘扬东坡文化提供了重要支撑，促进了我国文物预防保护科学技术发展，具有重要的社会效益。