太赫茲 | 貴州計量敲開計量變革的“未來之門”

在科技高速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)日益全球化的今天，計量被賦予新的內(nèi)涵和使命，成為國家核心競爭力的重要標(biāo)志之一。從衣食住行到經(jīng)濟(jì)建設(shè)，乃至國防外交，計量不僅是控制質(zhì)量、提升質(zhì)量、創(chuàng)造更高質(zhì)量的基礎(chǔ)，也是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、社會發(fā)展的保障。

黨的十八大以來，貴州省計量測試院（以下簡稱貴州省計量院）作為該省最大的計量技術(shù)機(jī)構(gòu)，認(rèn)真貫徹落實貴州省委、省政府人才強(qiáng)省和科教興省戰(zhàn)略，以國務(wù)院《2013-2020計量發(fā)展規(guī)劃》為指導(dǎo)，始終聚焦前沿、發(fā)力前沿、突破前沿，為該省經(jīng)濟(jì)發(fā)展跑出加速度作出了積極貢獻(xiàn)。

科研人員進(jìn)行可見光通信技術(shù)實驗

加強(qiáng)軟硬件建設(shè) 優(yōu)化人才結(jié)構(gòu)

為了持續(xù)提升計量檢校能力，貴州省計量院不斷加大軟硬件的投入力度，2016年以來，該院新購置設(shè)備280臺/套，投入資金1979.7萬元。與此同時，該院還將優(yōu)化人才結(jié)構(gòu)作為重要的發(fā)展戰(zhàn)略。在重視科技隊伍建設(shè)的同時，一方面廣泛開展科技人員上崗培訓(xùn)，另一方面借助外腦，邀請國際著名量子計量專家、中國工程院院士高潔及國家計量院專家到院指導(dǎo)，并與高潔院士簽訂院士特聘協(xié)議，經(jīng)貴州省科技廳和組織部批準(zhǔn)建立了院士工作站。去年，該院院士工作站已順利通過貴州省科技廳的驗收。

此外，該院還引進(jìn)兩名貴州省科技進(jìn)步二等獎獲得者、兩名博士、數(shù)名碩士研究生組建了一支實力強(qiáng)勁的科研隊伍，以充分發(fā)揮科研團(tuán)隊的創(chuàng)新能力。目前，該院107名在冊職工中，有正高職稱6人、副高職稱32人、中級職稱37人，博士兩人、碩士研究生18人、本科生72人。近3年，又引進(jìn)供熱、供燃?xì)馔L(fēng)及空調(diào)工程等專業(yè)的碩士研究生6人。

該院積極舉辦學(xué)成歸來的年輕科技人員計量科技講座等活動，在全院營造學(xué)好計量、熱愛計量、探索計量的學(xué)術(shù)氛圍，培養(yǎng)了科技人員鉆研計量、奉獻(xiàn)計量的科學(xué)精神，全面提升科技人員的眼界、素質(zhì)和能力。

高潔院士（右一）蒞臨貴州省計量測試院指導(dǎo)工作

加大投入力度 提升核心競爭力

近年來，貴州省計量院為了不斷提升核心競爭力，通過各種途徑持續(xù)加大研發(fā)投入力度。據(jù)統(tǒng)計，近年來，該院在科研方面投入經(jīng)費(fèi)近1300萬元，其中自籌資金近1100萬元，承擔(dān)了國家級、省部級、省局等部門的科研項目20個。今年承擔(dān)貴州省科技廳項目兩個，爭取到該廳科研經(jīng)費(fèi)150萬元，自籌經(jīng)費(fèi)316.5萬元。該院重點圍繞貴州省能源資源、裝備制造、生態(tài)環(huán)境、特色食品醫(yī)藥以及工程質(zhì)量、太赫茲技術(shù)應(yīng)用、時頻授時應(yīng)用等行業(yè)和領(lǐng)域的需求開展科技研發(fā)，尤其是在太赫茲光譜技術(shù)和可見光通信技術(shù)上取得了前所未有的成績，為該院科研成果的轉(zhuǎn)化樹立了典范。

當(dāng)前，國內(nèi)太赫茲研究方興未艾，貴州省計量院與時俱進(jìn)，準(zhǔn)確把握精密測量技術(shù)科技發(fā)展趨勢，確定了太赫茲時域光譜檢測技術(shù)這一前沿科學(xué)研究方向。如何快速開展太赫茲光譜測量技術(shù)的研究，并且能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)學(xué)研的緊密結(jié)合，成為擺在該院科研人員面前的首要難題。對此，該院研究人員通過大量的前期調(diào)研，針對貴州省的地方經(jīng)濟(jì)特色，結(jié)合該院的技術(shù)能力，將白酒、茶葉和中藥材質(zhì)量控制中太赫茲光譜技術(shù)的應(yīng)用作為切入點。

貴州省計量院利用太赫茲時域光譜這一新技術(shù)開展茶葉、白酒的質(zhì)量檢測技術(shù)研究，很快獲得貴州省科技廳的支持，并被列為該廳社會發(fā)展公關(guān)重點項目——太赫茲新技術(shù)應(yīng)用于快速檢測白酒、茶葉質(zhì)量安全光譜儀器的研制，獲得50萬元研發(fā)資金。

貴州省計量院研發(fā)中心宋茂江博士告訴記者，經(jīng)過幾年的潛心研究，該院已成功研制出太赫茲時域光譜儀樣機(jī)兩套。研究成果已在貴州金沙窖酒酒業(yè)有限公司建立了示范基地，用于檢測白酒產(chǎn)品的質(zhì)量安全，并在國家酒類及加工食品質(zhì)檢中心和國家茶及茶制品質(zhì)檢中心進(jìn)行應(yīng)用示范。在茶葉質(zhì)量安全的應(yīng)用方面，樣機(jī)能夠準(zhǔn)確、快速、無損、無需接觸地對影響茶葉質(zhì)量安全的成分實現(xiàn)定性定量檢測，檢測結(jié)果與質(zhì)譜儀的檢測結(jié)果相符。該研究成果的使用，對提高茶葉、白酒質(zhì)量安全的檢測效率、降低檢測成本有很大的促進(jìn)作用。

此外，由該院自主研發(fā)的太赫茲光譜儀建立了貴州省不同產(chǎn)地的天麻、杜仲的太赫茲光譜庫，為地理標(biāo)志產(chǎn)品大方天麻和遵義杜仲的質(zhì)量控制提供了新的檢測技術(shù)。在研制太赫茲光譜儀樣機(jī)的過程中，該院還研發(fā)了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的鎖相放大器GZJL鎖相放大器。該產(chǎn)品性能與國際同類產(chǎn)品相當(dāng)，集成了信號放大功能和信號采集功能，體積只有同類儀器的1/10，成本卻只有國外儀器的1/5，不僅實現(xiàn)了太赫茲光譜儀的便攜式、小型化和集成化，同時還大幅降低了設(shè)備費(fèi)用。

基礎(chǔ)研究是科技創(chuàng)新的源頭。貴州省計量院的科研人員在進(jìn)行應(yīng)用研究的同時，還堅持不懈地從事太赫茲光譜分析技術(shù)的基礎(chǔ)性研究。為了揭示太赫茲光譜測量白酒中塑化劑含量的檢測原理，科研人員深入研究了乙醇-水-塑化劑溶液中酒精與塑化劑形的水合作用形式，及高濃度下酒精塑化劑與水合溶液的相互作用機(jī)制，為進(jìn)一步研究多組分溶質(zhì)水溶液的水合作用機(jī)理研究及組分濃度與水合作用關(guān)系的研究打下了基礎(chǔ)。該項目獲得國家自然科學(xué)基金青年基金項目《基于THz時域光譜技術(shù)的多溶質(zhì)水溶液水合作用的研究》的資金支持。在此基礎(chǔ)上，該院成功研究出塑化劑定量檢測技術(shù)及光譜數(shù)據(jù)處理算法，初步實現(xiàn)了白酒中塑化劑含量的快速判別。與此同時，在茶葉和中藥材的太赫茲光譜基礎(chǔ)研究中取得了重要進(jìn)展，在國際上首次獲得了塑兒茶素、多種農(nóng)殘的特征指紋譜，并采用相關(guān)理論研究對實驗結(jié)果進(jìn)行了驗證。

太赫茲光譜技術(shù)若要在食品檢測領(lǐng)域得到實際應(yīng)用，提高樣品的檢測限是前提，但痕量樣品的準(zhǔn)確檢測卻是一個世界性的難題。面對這道難題，貴州計量人以敢于碰硬的精神，迎難而上，提出了將微流體分析技術(shù)與太赫茲光譜技術(shù)相結(jié)合的檢測技術(shù)作為新的攻關(guān)課題。該院系統(tǒng)研究太赫茲光譜薄膜傳感的測量理論和光譜數(shù)據(jù)處理方法，建立痕量液體樣品的定量分析模型，使得太赫茲光譜技術(shù)能夠真正成為一種快速、準(zhǔn)確可靠的分析方法。

目前，通過該院科研人員堅持不懈的努力，在太赫茲研究方面該院共獲得國家級科研項目3項，省部級科研項目3項；共發(fā)表論文20余篇，其中SCI論文11篇，EI論文3篇，中文核心期刊論文5篇；獲得發(fā)明專利1件、實用新型專利3件，軟件著作權(quán)3件。

貴州省計量院在可見光通信技術(shù)方面的研發(fā)也取得了可喜的成績。該項技術(shù)是指采用可見光作為信息載體，在空氣中直接傳輸光信號的通信方式。它利用發(fā)光二極管等可見光光源發(fā)出的肉眼察覺不到的變化來傳輸信息。在提供照明的同時無線傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)綠色照明和通信的雙重功能。由于可見光通信（VLC）既不受射頻干擾又不會對測量儀器產(chǎn)生干擾，且信息安全性和生物安全性高，因此計量測試自動化領(lǐng)域是VLC技術(shù)理想的應(yīng)用場合之一。

貴州省計量院早在2013年就對可見光通信技術(shù)開展應(yīng)用研究，同年以可見光通信（VLC）在計量測試無線數(shù)據(jù)采集上的應(yīng)用研究向原質(zhì)檢總局申報科技計劃項目并立項。2015年通過驗收。項目通過對可見光通信技術(shù)（VLC）的應(yīng)用研究，結(jié)合計量測試數(shù)據(jù)采集的特點，成功實現(xiàn)了對計量測試儀器數(shù)據(jù)的VLC無線數(shù)據(jù)采集，并在該院研發(fā)中心實驗室利用多只普通LED柵格照明燈搭建了試驗研究系統(tǒng)。項目從先進(jìn)性、可靠性和實用性的方向出發(fā)，在可見光通信信號的調(diào)制解調(diào)、分配傳輸、發(fā)射接收和儀器數(shù)據(jù)采集技術(shù)等方面進(jìn)行了大量的研究實驗和技術(shù)創(chuàng)新，達(dá)到了預(yù)期目的。

與此同時，為更好地滿足實際應(yīng)用需求，提高系統(tǒng)的通用性和靈活性，該院研發(fā)中心對可見光通信技術(shù)進(jìn)行了升級改造。在進(jìn)一步提高可見光通信速率的基礎(chǔ)上，將可見光通信技術(shù)與以太網(wǎng)通信技術(shù)進(jìn)行有機(jī)整合，完成了VLC網(wǎng)絡(luò)接口、新型高速驅(qū)動、高靈敏度均衡接收等電路研制，解決了時延、同步、閃爍等諸多技術(shù)關(guān)鍵問題。該技術(shù)無線數(shù)據(jù)采集、傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的易用性和可擴(kuò)展性。系統(tǒng)除可采集計量測試數(shù)據(jù)外，還可實現(xiàn)音頻、視頻數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)文件等的傳輸，能滿足多種條件下計量測試數(shù)據(jù)的無線自動采集需求。可見光通信技術(shù)與以太網(wǎng)通信技術(shù)的深度融合，充分利用了兩者的技術(shù)優(yōu)勢，在空間無線傳輸上，采用的可見光通信技術(shù)具有傳統(tǒng)射頻通信技術(shù)無法取代的優(yōu)異的電磁兼容特性、生物安全性和信息安全性。在有線傳輸方面，采用已廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)通信技術(shù)，使得系統(tǒng)的構(gòu)建更加快捷、高效。此系統(tǒng)具有技術(shù)先進(jìn)、實用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活性和擴(kuò)展性好的特點，在計量測試、工業(yè)、商業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)、射頻輻射敏感和信息安全等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前該院在可見光通信技術(shù)上的研究已申請實用新型專利5件、發(fā)明專利3件。

發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢 不斷創(chuàng)新發(fā)展

2019年世界計量日的主題是“國際單位制——根本性飛躍”。從更廣泛的角度來看，計量學(xué)作為一門測量科學(xué)，在科學(xué)發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新、工業(yè)制造和國際貿(mào)易，改善生活質(zhì)量，以及保護(hù)全球環(huán)境等方面都將發(fā)揮著核心的作用。在過去的40年，貴州省計量院肩負(fù)著社會公用計量標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋了幾何量、溫度、光學(xué)、無線電、力學(xué)、電學(xué)、時間頻率、理化、電離輻射、聲學(xué)十大類計量專業(yè)，以及授權(quán)開展計量檢定、計量校準(zhǔn)，商品量/商品包裝計量檢驗，CNAS認(rèn)可的校準(zhǔn)，參數(shù)計量認(rèn)證項目等繁重的任務(wù)，創(chuàng)造了一個又一個的奇跡。今天，作為貴州省計量工作的主力軍，該院將適應(yīng)新形勢、搶抓新機(jī)遇，打好“技術(shù)牌”、念好“服務(wù)經(jīng)”，切實幫助百姓和企業(yè)解決計量問題，用計量助推創(chuàng)新發(fā)展、綠色發(fā)展、質(zhì)量發(fā)展、民生發(fā)展，推動計量在服務(wù)高質(zhì)量發(fā)展、創(chuàng)造高品質(zhì)生活中發(fā)揮更大的作用。同時該院還將不斷提升計量科技創(chuàng)新能力，大膽探索計量發(fā)展改革路徑，切實做好計量工作，加快構(gòu)建“大計量”工作格局，積極融入計量量子化變革潮流，努力為貴州省計量事業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)智慧和心血。

“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索”。秉持科學(xué)探索無止境的理念，貴州計量人必將在新的歷史時期行穩(wěn)致遠(yuǎn)，以求實、務(wù)實的作風(fēng)去敲開計量變革的“未來之門”。