■本报记者 刘晓倩

传感所

破解MEMS传感器核心技术

传感器，好似神经元，可以感知机器的一举一动。微机电系统（MEMS）传感器则更微型、更智能。将压力传感器安装在机器人中，可以提高“碰撞事件”检测的精度；将加速传感器安装在智能手机中，可以让游戏体验更加敏感。作为目前最先进的传感器技术，MEMS传感器已成功应用于工业、农业、国防、环境等领域。

然而，这无处不在的MEMS传感器核心技术却被国外掌握。近日，甘肃省科学院传感技术研究所成功破解MEMS传感器核心技术，并自行设计了一条国际先进的MEMS传感器研发线。

美国硅谷专家加盟技术研发

MEMS传感器是个令人惊奇的小器件，大小仅为几平方毫米，通常包含两个芯片——一个是传感器芯片，用来提供运动或压力信息，另一个提供必要的信号处理功能，可将来自传感器的微弱的模拟信号转换为有用信息，并通过一些串行总线传递这些信息。

甘肃省科学院传感技术研究所所长韩根亮介绍，目前我国MEMS传感器专利申请量很大，但核心技术大多掌握在外国公司手中，国内公司和研究机构的专利技术单一且大多没有进入实用化阶段。“传统的传感器大多属于低端产品，并且技术上基本没有附加值了。”韩根亮说，作为甘肃省唯一专业从事传感器研究和开发的研究机构，针对这些问题，2011年，在甘肃省委省政府引进急需紧缺人才政策的背景下，甘肃省科学院传感技术研究所引进了三位来自美国硅谷的MEMS传感器专家，组建了一支具有世界领先水平的MEMS科研团队，致力于传感所MEMS传感器科研方向的拓展、高端磁性传感器产品的研发、科研基础能力建设及科研人员的培训，以及科技服务平台建设。

专家组由三位40岁左右的博士组成，他们分别是担任理论和系统设计的张彪博士，他在低维电子体系、微机电和微机电传感器领域有近12年的科研及产品开发实际经验；担任电路设计工作的孟庆茹博士，她在微电子，尤其是集成电路领域有着近20年的实际经验；承担集成电路、材料、制备等工作的史弘勤博士，他长期从事微机电的产品研发和产业化，是美国硅谷微机电领域的早期研发人员。

3年传感器技术达国际先进水平

经过反复试验，研究小组破解了MEMS传感器核心技术，并自行设计了一条国际先进的MEMS传感器研发线。在实验室里，该研究小组宋玉哲副总工程师拿出一块绿色电路板，中间8mm×8mm的黑色圆点就是刚刚研发出的生物传感器芯片，可以用来检测肿瘤细胞、农药残留等。针对不同的医疗诊断，只要更换芯片表面的生物分子，就可以快速检测是否存在肿瘤细胞。目前，这项技术已经进入研发的后期阶段，正在移植到工业化生产。

在三位专家的带领下，3年来，传感所实现了技术上的跨越式发展。“如果靠我们自己慢慢摸索，不可能这么快达到国际先进水平。”宋玉哲说，自己是第一批去美国硅谷学习的科研人员，接下来还将有同事陆续走出国门，接受最先进的技术培训。

“专家组的到来不仅提高了科研实力、科研基础建设，还在所里形成了浓厚的科研氛围，充分发挥了高科技人才的传、帮、带作用。”韩根亮介绍，近期，传感所成功研制出了高性能自旋阀，完成了“磁性生物芯片”“地质灾害监测系统”等产品的研发，将广泛应用于医疗诊断、航天技术、工业控制、环境监测等多个与社会发展及人类生活息息相关的领域。同时，该团队还成功研制出一系列高性能纳米生物磁珠。

据介绍，传感所成立三十多年来，一直密切追踪国际传感技术前沿，先后开发出二十五大类、一百六十多种传感器并成功应用于各领域。现为甘肃省传感技术工程研究中心、甘肃省传感器及应用行业技术中心，2014年被确定为甘肃省传感器与传感技术重点实验室培育基地。

自动化研究所

给“文化”插上“科技”的翅膀

与其他科研院所不同，甘肃省科学院自动化所的会议室不挂奖牌也没放产品，却“收藏”着不少敦煌壁画和名人字画。

“这些都是复制品。”甘肃省科学院自动化所所长李涛说，“用六轴智能百亿级像素图像采集系统和三维实景采集机器人，可实现我国众多珍贵不可移动文史资料的超高精度采集。”

自动采集缝合平面文物精度可达微米级

一台CCD广色域照相机，两个闪光灯，再加上加分度纵横、轴动分度自动旋转台，好像给文物拍照片，通过这台六轴智能百亿级像素采集系统，可以实现平面文物的数字化。

与普通拍照不同的是，这台照相机不仅可以自动拍摄，还可以将A4纸大小的图画分割成76张。拍摄全程由计算机控制，将整幅画面扫描，通过计算，得出拍多少张局部图像，从左至右逐行扫描并自动缝合图像。两台架闪光灯提供稳定均匀的光线，避免光线不同造成的色差。

以准确支点旋动拍摄矩阵分度照片的方法，利用像素点寻根缝合技术，可达到百亿级像素的图片采集效果。一幅A4纸大小的图像，放大十倍也不会虚——这是目前国内最高效、最高像素的图像采集系统。以敦煌莫高窟为例，那里的壁画采集是通过人工拍摄，手工缝合，采集一个洞窟大约需要两三个月。如果利用六轴智能百亿级像素采集系统，一个洞窟只需要一周时间就可以完成采集，精度远远超过手工缝合，可达到微米级。

摄影法三维实景采集立体文物信息

六轴智能百亿级像素采集系统可以高像素采集平面文物，对陶罐、器物等立体文物却无能为力。自动化所继续研发，让物品台架、镜头、机器都“动”起来——拍立体器物时，像削苹果一样旋转着拍，然后自动缝合图像。

经过5年研发，百亿级像素的文物三维实景采集机器人“敦煌小子”诞生了。同时，获得1项国家发明专利和4项国家实用新型专利。敦煌小子由一个可升降转盘、轨道以及摄像机组成，它全程由计算机控制，最高可伸至2.5米。

据介绍，目前对立体物体的数据采集，有三种方法：一是利用激光或结构光，采集物体的结构。比如这个灰色的陶罐，三维扫描仪可以记录它的形状和结构，之后再手绘或用计算机添加色彩。第二种方法是摄影法，三维实景图像数据采集，也就是敦煌小子的采集方法。这种方法拍摄物体表面、颜色和图像，再通过CCD技术测量物体的尺寸。完成拍摄和测量后，计算机自动缝合，完成立体实景物体的复制，精度可以达到微米级。第三种是美国刚刚研发出的复眼相机技术，由于刚刚走出实验室，因此使用成本比较昂贵。

说起数据采集系统的研发初衷，李涛说：“当自动化成了万金油，各行各业都能用，我们要做自己的特色。”在这样的思路下，5年前，研究所确立了打科技与文化融合的牌，开始了研发工作。2013年，研究所与甘肃谷仓影像科技有限公司联合共建文物古迹采集复制中心实验室，实验室拥有完全自主知识产权技术。

据介绍，六轴智能百亿级像素采集系统可以应用于不可移动文史资料、超大面积的图像、小面积的海量广色域图像采集。通过大数据的精准采集，达到对文化遗产的终极记录，利用取得的海量数据，进行文化遗产的保护与复制，推动相关文化产业建设，建立丝绸之路文化遗产的数据库。

该技术还可以运用于艺术数字出版、博物馆数据化、平面文物仿真复制、三网融合、灾害应急全景远程监控系统及立体安保监控系统、军事系统的实景再现等领域。

自动化所建立于1978年，30多年来共取得130多项技术成果，11项获得省部级科技进步奖，取得国家实用新型专利证书4项，发表论文80余篇。

该所面向甘肃省经济社会发展实际应用和市场需求，以工业化与信息化、科技与文化高度融合为主攻方向加强学科建设，形成数字图像采集技术；工业自动化、信息化技术；复杂系统控制策略三个专业体系。多年来，为甘肃的经济建设、社会发展和培养自动化科学研究人才作出了一定的成绩。

磁研所

建成高温气冷堆核电站燃料装卸系统磁力驱动器

磁力驱动器是高温气冷堆核电站一体化卸料装置和燃料输送转换设备的重要组成部件。近日，记者从甘肃省科学院获悉，该院磁性器件研究所受清华大学核能与新能源研究院的委托，成功研发出高温气冷堆核电站燃料装卸系统磁力驱动器。该成果解决了磁力驱动器同步转动的稳定性、消除滞后角、辐照环境中永磁体固定技术等关键技术问题，被列为高温气冷堆核电站燃料装卸系统唯一磁力驱动控制器。

据介绍，高温气冷堆核电站重大专项是国家确定的“十一五”期间16个重大专项之一，目标是建设世界上第一座具有第四代核能系统安全特征的20万千瓦级高温气冷堆核电站。清华大学核能与新能源研究院承担了这一项国家“863”计划，并委托甘肃省科学院磁性器件研究所研发高温气冷堆核电站燃料装卸系统磁力驱动器。

甘肃省科技厅组织专家对本项目进行了科技成果鉴定时表示：磁力驱动器可以满足高温高压、放射性石墨粉尘热氦气氛密封传动要求；具有自主知识产权的轴承材料，解决了高温、高压、辐射氦气氛状态下，轴承摩擦副的材料耐磨及长寿命问题；在高剂量（2.13×107Gy）射线辐照下，所用磁性材料的磁性能没有明显变化；磁体非均匀非规则排布及固定技术，使磁力传动同步器运行滞后角达到小于±0.20的精度，满足了执行机构转子精确运动控制的要求。

据介绍，甘肃省科学院磁性器件研究所成立于1988年，是我国第一家针对介质输送过程中的泄漏问题，专业从事无泄漏永磁传动设备的研发、设计、生产和销售的全民所有制高新技术企业。历经二十多年的发展，已成为我国磁力传动技术领域的领导者，综合开展了以应用磁学、磁性材料等交叉科学的理论研究和项目开发。科研成果中获得国家发明奖1项，部、省级科技进步奖11项，取得国家发明专利5项，实用新型专利13项，多次承担完成多项军事工程攻关课题，产品代表着中国磁力传动设备的最先进水平。