做大传感“小装备” 敢啃科研“硬骨头”

中北大学极端环境特种传感与测试创新研究团队成员正在围绕近期发射任务进行产品研发。受访单位供图

【创新团队】

◎本报记者 韩 荣 实习生 冯皓钦

“5、4、3、2、1，点火！”10月30日，随着倒数声落下，神舟十九号载人飞船成功发射。在观看电视直播时，中北大学教授、仪器科学与技术学科团队骨干成员刘文怡激动不已。

“每一次‘神箭’出征，都有我们团队研制的成果参与任务，这次也不例外。”刘文怡骄傲地说。

日前，第28届“中国青年五四奖章”评选揭晓，中北大学极端环境特种传感与测试创新研究团队获“中国青年五四奖章集体”荣誉称号。

接力攻克测试技术难题

作为一个小众学科，我国存储测试技术学科随着新中国发展而成长。

我国存储测试技术奠基人、中北大学教授祖静回忆，新中国成立后，我国武器系统的研制受限于传统方法，设计画图、试验样机加工、靶场实射检验设计准确性不高。针对这些瓶颈，20世纪80年代初，祖静提出采用先进的电子技术和微处理机技术，研制微型存储测试装置，并将其直接放置到被测体内或被测环境中。在被测对象运动的过程中，该装置能实时准确测取并存储动态参数。这项技术被定义为“存储测试技术”。

1980年，祖静主持创立了我国第一个兵器测试技术专业。此后，兵器测试技术方面的科学研究不断深入，学科也开枝散叶。

我国航天事业不断发展，一些亟须攻克的技术难题也随之出现。在大型仪器设备的测试方面，我国与国际水平存在差距，高性能测试仪器大部分依赖进口，无法满足航空航天等尖端领域的最新测试需求。因此，新技术攻关迫在眉睫。

刘文怡介绍，火箭上类型众多的传感器对于保障火箭安全运行至关重要，它们犹如人的眼睛和鼻子，时刻监测各项指标的变化。

尽管团队积累了大量火炮传感存储测试经验，但刘文怡坦言，火箭的技术难度更大、系统更复杂，对传感器和测试仪器的要求也更高。

“航天器部件一旦投入使用，就没有办法修复，所以要在零缺陷基础上配合火箭系统传输尽可能多的测量数据，为火箭飞行试验节约成本、提高效率。”刘文怡告诉记者，针对这个问题，团队成员刻苦钻研10余年，最终研制出数据压缩装置，在国际上首次采用无损压缩技术，极大丰富了有限时间内可传输的测量数据量，将获取的飞行数据从原本的2到3路提高至10余路。

在研制过程中，团队成员多次遇到数据传输不稳定、数据存在误码和丢失等问题，他们本着归零精神屡败屡战，最终实现了数据压缩装置的稳定工作。该装置近10年数十次圆满完成了飞行任务。

“高精尖”飞入寻常百姓家

曾经，传感器是人们日常生活中很难接触到的“高精尖”产品。而如今，可穿戴传感器、烟雾传感器、数字诊疗传感器等的应用，让这种“高精尖”产品飞入寻常百姓家。

团队骨干成员、中北大学教授张国军介绍，2016年，团队开始尝试将传感器技术应用到生活中，取得了不错成绩。例如，团队研制的MEMS心音心电原位同步无创冠心病检测仪、中医舌面脉问信息采集分析系统、超声CT乳腺癌早期检测仪等，可实现心血管疾病、乳腺疾病的早期筛查，对促进我国数字诊疗设备的快速发展有重要意义。

2022年北京冬奥会，中北大学传感器设备的相关技术成果还为运动员备赛训练提供了科技支撑。团队骨干成员、中北大学教授丑修建带领团队多次赴黑龙江八一雪场冬训基地进行测试。基地海拔1245米，冬季积雪厚达80厘米，最低温为零下45摄氏度。尽管雪场的极端环境为测试工作带来了不小挑战，但丑修建和团队成员丝毫没有退缩。

“高山滑雪海拔高、落差大、速度快、动作复杂，教练员无法直观捕捉运动员转弯的技术细节，这给教练员精准辅导增加了难度。”丑修建介绍，为解决这个问题，科研团队设计了一套传感测试设备。只需让运动员佩戴好可穿戴设备，同步使用多点摄像、无人机跟踪拍摄等技术手段，运动员从静止状态加速到指定速度、调节姿态、入弯等各个动作的数据便一览无余。团队开发的程序运用精准定位算法与轨迹系统，让传感器“说”出“所见所闻”。同时，程序还能整合分析反馈运动员生理参数、运动学数据、视频数据，为教练员指导训练、优化技术提供支撑。

丑修建说，在竞技体育追求“更快、更高、更强”的过程中，传感器这种科技“小装备”扮演了重要角色。从运动员训练到康复治疗，每个环节都离不开科技支撑。运用新科技助力运动员提升成绩，已成为运动科技赛道的焦点之一。

朝着量子测试领域进发

随着服务领域不断扩展，中北大学极端环境特种传感与测试创新研究团队持续加大研发力度，在传感测试仪器耐高温高压、抗腐蚀等性能提升上狠下功夫。

团队骨干成员唐军介绍，目前团队已能够测量高达20万个重力加速度的力学量，处于国际领先水平。不仅如此，团队研发的传感器和精密测量仪器能在上千摄氏度的高温环境中正常工作，攻克了“黑障区”动态测试技术“测不了、测不准、活不了”等科学难题。

“目前团队研制的系列产品成功应用于航天领域30多个运载工程，相关技术已成为我国飞船逃逸、潜射出水以及高速侵彻等‘黑障区’极端条件下唯一的测试手段。”唐军说。

尽管取得了诸多成就，但团队并未就此止步。目前，团队开始向量子测试领域进发，利用量子技术等新兴技术，实现在极端环境中对信号的捕捉。

“量子技术等的引入，将为传感器技术带来革命性突破。”唐军说，具有极高灵敏度和精确度的量子传感器，能够捕捉到传统传感器难以捕捉的微弱信号，为科学研究打开全新视角。这种技术融合与创新，将极大提升我国在高端传感器领域的核心竞争力，满足国家对于高精度、高可靠性传感器的迫切需求。

“一代人有一代人的使命，一代人有一代人的奋斗，但爱党爱国始终是科学家的灵魂。”在唐军看来，做科研最重要的是能坐得住冷板凳、耐得住寂寞，敢啃“硬骨头”。

“职业生涯中能做一两件国家用得上的东西，为国家服务，就是做科研的意义所在。”唐军说。