一项艰巨的任务
2006年末，我在所里读博士将满一年，这期间导师于海斌给的任务是论证电机节能的空间和可行的方案。但令我没想到的是，他突然跟我讲：要给你安排更艰巨的任务。
2007年初，导师拿了一份美国能源部2005年的一个项目研究报告，中文题目是“铝、玻璃、钢工业熔融化学成分的在线、实时测量”，他说这可能是一项对我国工业发展非常有用的技术，让我好好研究一下。报告中采用的技术叫Laser-induced breakdown spectroscopy，简称LIBS，中文翻译叫激光诱导击穿光谱技术。LIBS技术涉及的基础理论更多的是原子光谱物理和分析化学相关的知识，对一个自动化专业出身的学生来说，真有些望而生畏。几天后，导师找到了剑桥大学刚刚出版的一本介绍LIBS的合集，专门组织了一个研究小组每周讨论学习这本书，并由他亲自带队，小组成员包括杨志家副主任、郭前进师兄、丛智博和我，每周会安排一个人讲解其中一章的内容。经过大概两个月的集中学习后，我们都对LIBS技术有了初步认识，就进入了大家各自独立悟道的阶段了。LIBS被国际上著名的分析化学家誉为是实时探测元素组成的一项新技术，比传统的方法具有更广泛的应用领域，是在线分析的理想选择。
我们满怀着期待，开展基础研究，建立实验平台，做试验，分析数据，总结试验现象。随着研究的深入，我们也逐渐认识到，LIBS技术并不像表面上那么简单。工业环境下面临着很多不确定条件，这使得LIBS高精度在线分析面临巨大的挑战，包括信号分析处理和工程实施的诸多方面。
挑战钢水成分在线分析
很幸运，我们在2008年底成功申请到国家“863”计划项目的支持，项目目标是基于LIBS技术开发面向冶金生产过程的在线分析装置，由杨志家主任担任项目负责人，我担任技术负责人。
那时以至今日，我国为全球第一大粗钢生产国，然而与这一成绩并存的却是我国钢铁工业的高能耗。实现炼钢过程钢水成分在线检测被钢铁企业誉为是一项改变炼钢生产模式的革命性技术。在这样的背景下，LIBS在线分析技术和装备开发就从钢水成分在线分析开始了，我们挑了冶金行业中大概是最难实现的一个过程，但这是国家的需求，是国民经济发展的需要，再难我们也应该去做。
当时项目的核心成员只有三名，丛智博、辛勇和我，都是刚刚毕业的学生，没有什么经验，只能依靠查阅文献慢慢摸索。第一版样机出来后，面对的大困难是钢水熔炼试验，一个30千克的电感炉我们没人会操作，由于我们不懂熔炼工艺，实际操作中表面看起来没有熔化，但实际已经发生了结壳，导致内部温度过高炉底烧穿，1600度以上的高温钢水从炉底流了出来，整个D楼全是烟尘，还好我们提前把防护措施准备得很到位，最终并没有造成任何损失。后来在东北大学冶金学院聘请了一位有经验的老师傅，为我们完成熔炼任务。
实验室完成可行性验证后，2010年底开始工厂试验。工厂的合作伙伴是抚顺新钢铁公司，炼钢厂的李勇厂长非常关注我们这项技术，对工厂试验给予了很大的支持。为了尽可能多地获得数据，我们连续几天都工作得很晚。钢厂的环境很恶劣，而且我们的设备就安装在转炉炉后，1600度以上的钢水就离我们几米的距离，刚开始看到时需要克服心理上的恐惧。一天下来，即便戴着口罩，面部和鼻孔也都是黑色的。钢厂一线没有女职工，因此也没有女厕所，试验过程中如果有需要我就得去办公楼那边，所以要尽量少喝水。
在工厂的大力配合下，我们的试验很顺利，成功获得了液态钢水的分析数据，验证了装备和技术的可行性。值得欣慰的是，经过短短4年时间，我们从零开始，做到了工厂的应用验证，这也是国内LIBS技术首次在工厂生产中获得了液态钢水的分析数据，我们的“863”项目也顺利通过了验收。
研制钢水成分在线分析仪
2012年我们又获得了第二个“863”项目的滚动支持，继续完成钢水成分在线分析仪的研制。与此同时，我们也获得了多个项目的支持，我们的研发团队也在逐渐壮大。这一期的项目目标是研制一套真正无需取样的在线分析装备，我们要解决等离子体远距离激发、信号远距离传输、厚厚炉渣层阻碍、1600度以上高温防护等问题，技术难度非常大。这一次，我们采用了双脉冲激发与望远镜相结合的技术，实现5米以上距离的探测。
项目组在试验现场（2015.1.1）
样机通过实验室测试后，2014年开展了第二次工厂试验。但是，这次的工厂试验没有那么顺利，前端探头虽然通过了实验室小感应炉的测试，但实际生产过程中钢水上面厚厚的炉渣层使得探头很容易碎裂。经过几个月，尝试了将近10种类型的探头，终于在一家耐火材料厂定制了一批合适的探头。探头成功以后，我们开始了真正的在线测量试验。转炉钢水转到钢包里面后，要在钢包里面调合金并吹氩气搅拌，搅拌均匀后取样化验分析，分析过程钢包要静等结果出来，等待时间通常是3~5分钟。我们的设备就在这个等待过程开始测量，1分钟之内给出结果，再跟他们的分析结果比对。连续几天比对之后，数据的一致性不仅令我们很满意，也使工厂的工人很惊讶。
2015年1月1日元旦那天，我们圆满完成了工厂试验任务。这不仅实现了我国钢水成分在线检测零的突破，也在国际上首次实现了40吨级钢包的钢水成分在线检测。李厂长也很兴奋，他说“没想到你们几个小孩竟然把这事做成了，尤其是你这个看起来很斯文的女同志带队！”这一天，我们一起留下了一张非常有纪念意义的合影。
这个阶段性成果获得了所里的认可，也赢得了“863”项目验收专家的好评。但是我很清楚，装备如果要满足工业大生产长期可靠运行的需求，还有很多工作需要继续完善。从那以后，我们一直致力于将这项技术实用化，并向其他应用领域推广。我们开展了小型化、可靠性、环境适应性等多方面的研究和试验，并向着铝合金、铜合金、选矿等行业应用拓展。令人头疼的是，工况千差万别，每一个领域都有特殊的问题需要解决，应用推广的道路非常不平坦。这些年走过来，我深刻体会到一项技术从可行性验证到实用化应用，是一段漫长而曲折的道路。尽管曾经有值得庆贺的成绩，但更多的是道路上默默的行进！
学术界的认可
这些年凭借我们不懈的努力和所获的成绩，已经在学术界获得了高度的认可。基于LIBS的冶金在线分析方面，我们在国内具有绝对的领先地位，在国际上也具有一定的知名度。“厉害”、“了不起的工作”是我们时常收到的同行评价。2016年，在新成立的中国光学工程学会LIBS专业委员会中，我兼任第一届常务委员，也是其中最年轻的常委。2017年，我入选为国际LIBS科学委员会成员，其中亚洲仅入选8人。
更让我信心满满的是，我们拥有一支吃苦耐劳、能担重任的研发团队！从当初刚走出校园的几个学生，相关知识薄弱，没有工作经验，然后一步一步摸索走来，慢慢打造成有着丰富专门知识的、齐心合力的十几个人的团队。有了这样一支团队，更大的成功将指日可待！
研究所的支持
一个新方向能够成长，离不开所领导的远见和所里宽容的科研环境。
我的导师于海斌在我犹豫不决的时候鼓励我说，“如果你认为这件事情有一半以上的把握，那么你就应该按照100%可能去做，这样你最终也就真的会做成，既然你现在做得已经很好了，为什么还那么没有自信呢？”
研究室主任曾鹏在我需要扩充团队的时候毫不犹豫地支持我，在我遇到困难使得任务计划不断延后的时候，他跟我说，“这都是正常的，技术成果的转化哪有那么容易！”
在我们经费不足的时候，科技处、财务处等管理部门的领导都会给我们提供帮助。给我们提供帮助的人，还有许多许多……
自己很庆幸来到沈阳自动化所，宽容的科研环境、单纯友善的人际关系，让我们能够专心于科研，让这个方向能够坚持走过十多年，并且包容我们继续前行。十余个春秋，我们的LIBS方向仅仅是起步，我有决心也有信心让这项技术在未来开花结果，能够为国家、为国民经济贡献力量，为我们研究所的辉煌，谱写她新的篇章！
作者简介：
孙兰香，女，1980年8月出生。2006年3月至今在沈阳自动化研究所学习和工作，研究员。
