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【八五芳华•团队】北京市传感器重点实验室:钻坚研微结硕果 守正创新谋发展

2022-09-12

  【编者按】科研创新要做强,团队是关键。“十三五”以来,学校以信息特色为引领,聚焦关键核心技术攻关和国防科技创新体系建设需要,努力凝练科研方向、培育重大科研项目,不断提高和加强科研团队建设。在前期工作的基础上,经过近十年的努力,学校出现了一批研究方向明确而有特色、研究队伍合理而又稳定、研究成果突出而有影响的优秀科研团队,其中就包括北京市传感器重点实验室科研团队。

  历时4个月,中间经过8轮反复论证和修改,正文共132页5万余字的《惯性与声学传感技术北京市工程研究中心建设项目申请书》终于付梓,并于2021年底正式获北京市发改委批复。该研究中心依托我校智能感知优势科研领域北京 市传感器重点实验室,开展惯性与声学传感器领域高精度、高可靠关键共性技术联合攻关和成果推广应用,进一步促进我国传感器领域长足发展。这是学校北京市传感器重点实验室发展历程上的又一重要建设成果。

 

耕耘37载,硕果累累

  谈及北京市传感器重点实验室(以下简称:实验室),我们将目光锁定在1985年。那时,国内压电学领域领军专家张福学教授受四机部(电子工业部)安排,到北京信息工程学院组建传感技术研究中心,研究新型惯性器件,实验室由此正式成立。据团队负责人介绍,在众多研究领域中,压电(惯性)传感方向一直是团队的科研优势和传统方向。从1995年开始,团队就致力于研究压电石英加速度计和水平姿态传感器,并于2007年及2008年分别获国家科技进步二等奖和国家技术发明二等奖。目前,在高国伟教授的带领下,倾角传感器产品已经在红旗、红箭系列导弹上得到列装,并多次参加阅兵。

  张福学教授、王丽坤教授是团队的两代负责人,他们编写的著作《压电学》《现代压电学》也先后获得第四届全国优秀科技图书奖和中国电子学会电子信息科学技术奖。两本著作出版后,被国内多所高校和科研单位用作研究生教材,培养了大批国内压电领域高端人才。此外,研制的相关产品还在多种型号工程上得到应用。目前,团队正在向着高性能压电换能器及水下无线声充电技术进军。

  除了惯性传感、压电传感领域外,团队还在水声传感、光纤声传感、钙钛矿电池、电化学及生物传感方向砥砺深耕,并在一代代传感器人的努力下取得了骄人的成绩。团队的研究成果先后获国家技术发明二、三等奖各2项,国家科技进步二等奖1项;获军工、北京市、电子学会等部委级奖30余项;获得授权国家发明专利100余项;在国内外发表论文被SCI、EI收录500余篇,等等。

  此外,团队还为传感器领域培养输送了大批人才。截止到目前,团队共培养硕士200余人,博士18人,其中3位博士被评为“中国有突出贡献的博士学位获得者”,1人荣获“跨世纪优秀人才特等奖”。团队培养的博士大多在国内科研院所、高等学校就职,并且大部分已经在各自的工作岗位上发挥出重要作用。未来,团队将继续秉持“复杂的事情简单做,简单的事情重复做,重复的事情用心做,第一次就把事情做好”的理念,不断加强研究队伍建设,引进高层次人才,培养一群业务能力突出,有责任担当的科研人。

突破瓶颈,解决科研难题

  10月的舟山,恰似北京的盛夏炎阳炙人。去年的这一时节,团队就来到舟山海试基地完成海水中无线充电实验。无线充电测试距离为10米,实验时需要在海试船的甲板上组装测试工装。然而,甲板上的空间有限,几百公斤的测试工装,在甲板上需要花费了几个小时。在烈日的灼烤下,实验者们的衣服不一会儿就湿透了。测试时,团队还需要用吊机把安装好的测试工装放到海水下七、八米深的地方。下水前,工装前后两端都绑上绳子,大家在船员的指挥下一人拉着一根。入水前,随着吊机缓缓放绳,团队成员基本不用出力。待工装没入海水时,它便顺着海水流动的方向被冲走。此时的测试工装就像陷入泥潭的一头老牛难以拉拽。在多人努力下,才被拉回到船弦边。在实验过程中,测试工装就这样被反复放入海水,再吊起,这些环节整整持续了两天。在这一期间,基地还曾突降大雨,大家冒雨实验,一刻不停,也不能停。等到实验圆满完成的那一刻,每个人都已经筋疲力尽。

  在研究过程中,这样的事例还有很多。团队成员们始终以解决国家重大需求为己任,夜以继日、刻苦钻研,在各自领域取得了显著的成绩。

  1989年,张福学在国际上首次发现“气体摆”现象,并建立了相应理论,发明了气体摆式惯性器件。经过十余年的潜心研究,该器件形成了系列产品,且在舰船、兵器和机器人等领域广泛应用,同时获得2001年国家技术发明二等奖。日本和美国在国际会议上见到张福学关于气体摆传感器的报道后立即仿制,美国1995年亦申请了专利,但内容几乎和张福学的专利一样,而时间晚了三年。如今,气体摆惯性传感器已形成一门新学科分支,这都是张福学潜心开展科研攻关的结果。

  王丽坤、秦雷突破了现有的技术瓶颈,实现了压电复合材料的机电耦合系数指标,超过了国外同类产品,宽带指标达到国际先进水平。共形压电复合材料更是打破了国外对高频大波束开角换能器技术的垄断。我国高新技术企业实现了自主创新,进而推动了超声、水声领域的技术进步,全面实现领域内高精尖传感器以及设备的自主可控,避免了国外技术封锁带来的严重后果。该研究在水下探测、工业超声无损检测、高性能压电惯性器件、医疗超声等领域得到了大量应用,成果获北京市科学技术进步奖二等奖、三等奖各一项,国防科技进步奖二等奖一项、电子学会科技进步二等奖一项。

  现实验室主任高国伟教授瞄准了倾角传感器零位偏差、时间漂移和零位温度漂移的世界性难题,研发出“膜电位倾角传感器和水平传感器”“高精度倾角传感器”“动态水平传感器”“MEMS倾角传感器”“抗震型倾角传感器”等多种倾角传感器。2009年,在国庆六十周年阅兵中,有四个武器方阵采用了膜电位倾角传感器和水平传感器;2015年,在纪念反法西斯胜利70周年阅兵式中,有三个武器方阵采用了高精度倾角传感器和水平传感器;2019年,在国庆七十周年阅兵中,有二个武器方阵采用了高精度倾角传感器和动态水平传感器,目前有五个武器装备已经列装。

顺应发展,瞄准前沿继续探索

  在新时期,团队依旧瞄准国际学术前沿,立足服务国家重大需求,聚焦首都核心功能定位,通过建设实验室和工程研究中心,聚合资源、搭建平台,围绕惯性技术、压电材料与器件、声学和生化传感器领域开展创新性研究,力争形成自主的设计和制造核心技术,建设国内一流的惯性与声学传感领域共性关键技术开发、测试、验证及中试平台,大力发展高精尖科技创新中心,助力构建北京高精尖经济结构,服务首都科技创新中心建设。同时,团队还积极践行“中国制造2025计划”“海洋战略”,支持国内科研院所、企业实现科技创新。其科研成果也在中科院声学所,中船重工集团第七一五研究所、第七二六研究所、第七五零试验场和第七六零研究所,中电科技集团公司第三研究所等多家单位得到了应用。此外,早在2007年,团队就开始建立军工质量体系及保密体系,自此成体系地承担国防军工科研任务,并在同年获得二级保密资质、国军标质量管理体系认证证书。到了2013年,团队则正式获得装备承制单位资格、获得武器装备生产许可证,团队在新时代的发展又迈上新台阶。

  团队也因此得到了北京的大力支持,2001年被北京市教委和科委联合评定为首批北京市重点实验室,并每年提供数百万元资金用于团队的软硬件建设;2014年被中关村科技园区管理委员批准挂牌为中关村开放实验室,通过中关村管委会支持实验室进行设备共享,并开展合作研究;2020年和2021年,两次获得中关村概念验证项目资金支持;2021年,在学校党委的关心和支持下,在团队带头人高国伟教授的带领下,获得北京市发改委批准,正式筹建“惯性与声学传感技术北京市工程研究中心”,项目投资达1.3亿元,其中发改委支持3900万元。该中心以解决国家传感器领域重大需求为核心,在国家自然科学基金重点项目及装发重点项目的支持下,依托我校智能感知优势科研领域北京市传感器重点实验室,开展惯性与声学传感器领域高精度、高可靠关键共性技术联合攻关和成果推广应用,进一步促进我国传感器领域长足发展。

  优良科研传统薪火相传;立足既有优势不断开拓创新。在三十七年的精进不休、接力传承中,实验室发展依然蒸蒸日上,捷报频传。这里凝结了一代又一代“传感人”的心血,更是大家共同热爱与守护的家园。(供稿/图片:理学院 秦雷 党委宣传部 张帆 编辑:张帆 审核:杨静)

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