太赫兹 | 贵州计量敲开计量变革的“未来之门”

在科技高速发展和经济日益全球化的今天，计量被赋予新的内涵和使命，成为国家核心竞争力的重要标志之一。从衣食住行到经济建设，乃至国防外交，计量不仅是控制质量、提升质量、创造更高质量的基础，也是经济运行、社会发展的保障。

党的十八大以来，贵州省计量测试院（以下简称贵州省计量院）作为该省最大的计量技术机构，认真贯彻落实贵州省委、省政府人才强省和科教兴省战略，以国务院《2013-2020计量发展规划》为指导，始终聚焦前沿、发力前沿、突破前沿，为该省经济发展跑出加速度作出了积极贡献。

科研人员进行可见光通信技术实验

加强软硬件建设 优化人才结构

为了持续提升计量检校能力，贵州省计量院不断加大软硬件的投入力度，2016年以来，该院新购置设备280台/套，投入资金1979.7万元。与此同时，该院还将优化人才结构作为重要的发展战略。在重视科技队伍建设的同时，一方面广泛开展科技人员上岗培训，另一方面借助外脑，邀请国际著名量子计量专家、中国工程院院士高洁及国家计量院专家到院指导，并与高洁院士签订院士特聘协议，经贵州省科技厅和组织部批准建立了院士工作站。去年，该院院士工作站已顺利通过贵州省科技厅的验收。

此外，该院还引进两名贵州省科技进步二等奖获得者、两名博士、数名硕士研究生组建了一支实力强劲的科研队伍，以充分发挥科研团队的创新能力。目前，该院107名在册职工中，有正高职称6人、副高职称32人、中级职称37人，博士两人、硕士研究生18人、本科生72人。近3年，又引进供热、供燃气通风及空调工程等专业的硕士研究生6人。

该院积极举办学成归来的年轻科技人员计量科技讲座等活动，在全院营造学好计量、热爱计量、探索计量的学术氛围，培养了科技人员钻研计量、奉献计量的科学精神，全面提升科技人员的眼界、素质和能力。

高洁院士（右一）莅临贵州省计量测试院指导工作

加大投入力度 提升核心竞争力

近年来，贵州省计量院为了不断提升核心竞争力，通过各种途径持续加大研发投入力度。据统计，近年来，该院在科研方面投入经费近1300万元，其中自筹资金近1100万元，承担了国家级、省部级、省局等部门的科研项目20个。今年承担贵州省科技厅项目两个，争取到该厅科研经费150万元，自筹经费316.5万元。该院重点围绕贵州省能源资源、装备制造、生态环境、特色食品医药以及工程质量、太赫兹技术应用、时频授时应用等行业和领域的需求开展科技研发，尤其是在太赫兹光谱技术和可见光通信技术上取得了前所未有的成绩，为该院科研成果的转化树立了典范。

当前，国内太赫兹研究方兴未艾，贵州省计量院与时俱进，准确把握精密测量技术科技发展趋势，确定了太赫兹时域光谱检测技术这一前沿科学研究方向。如何快速开展太赫兹光谱测量技术的研究，并且能够实现产学研的紧密结合，成为摆在该院科研人员面前的首要难题。对此，该院研究人员通过大量的前期调研，针对贵州省的地方经济特色，结合该院的技术能力，将白酒、茶叶和中药材质量控制中太赫兹光谱技术的应用作为切入点。

贵州省计量院利用太赫兹时域光谱这一新技术开展茶叶、白酒的质量检测技术研究，很快获得贵州省科技厅的支持，并被列为该厅社会发展公关重点项目——太赫兹新技术应用于快速检测白酒、茶叶质量安全光谱仪器的研制，获得50万元研发资金。

贵州省计量院研发中心宋茂江博士告诉记者，经过几年的潜心研究，该院已成功研制出太赫兹时域光谱仪样机两套。研究成果已在贵州金沙窖酒酒业有限公司建立了示范基地，用于检测白酒产品的质量安全，并在国家酒类及加工食品质检中心和国家茶及茶制品质检中心进行应用示范。在茶叶质量安全的应用方面，样机能够准确、快速、无损、无需接触地对影响茶叶质量安全的成分实现定性定量检测，检测结果与质谱仪的检测结果相符。该研究成果的使用，对提高茶叶、白酒质量安全的检测效率、降低检测成本有很大的促进作用。

此外，由该院自主研发的太赫兹光谱仪建立了贵州省不同产地的天麻、杜仲的太赫兹光谱库，为地理标志产品大方天麻和遵义杜仲的质量控制提供了新的检测技术。在研制太赫兹光谱仪样机的过程中，该院还研发了拥有自主知识产权的锁相放大器GZJL锁相放大器。该产品性能与国际同类产品相当，集成了信号放大功能和信号采集功能，体积只有同类仪器的1/10，成本却只有国外仪器的1/5，不仅实现了太赫兹光谱仪的便携式、小型化和集成化，同时还大幅降低了设备费用。

基础研究是科技创新的源头。贵州省计量院的科研人员在进行应用研究的同时，还坚持不懈地从事太赫兹光谱分析技术的基础性研究。为了揭示太赫兹光谱测量白酒中塑化剂含量的检测原理，科研人员深入研究了乙醇-水-塑化剂溶液中酒精与塑化剂形的水合作用形式，及高浓度下酒精塑化剂与水合溶液的相互作用机制，为进一步研究多组分溶质水溶液的水合作用机理研究及组分浓度与水合作用关系的研究打下了基础。该项目获得国家自然科学基金青年基金项目《基于THz时域光谱技术的多溶质水溶液水合作用的研究》的资金支持。在此基础上，该院成功研究出塑化剂定量检测技术及光谱数据处理算法，初步实现了白酒中塑化剂含量的快速判别。与此同时，在茶叶和中药材的太赫兹光谱基础研究中取得了重要进展，在国际上首次获得了塑儿茶素、多种农残的特征指纹谱，并采用相关理论研究对实验结果进行了验证。

太赫兹光谱技术若要在食品检测领域得到实际应用，提高样品的检测限是前提，但痕量样品的准确检测却是一个世界性的难题。面对这道难题，贵州计量人以敢于碰硬的精神，迎难而上，提出了将微流体分析技术与太赫兹光谱技术相结合的检测技术作为新的攻关课题。该院系统研究太赫兹光谱薄膜传感的测量理论和光谱数据处理方法，建立痕量液体样品的定量分析模型，使得太赫兹光谱技术能够真正成为一种快速、准确可靠的分析方法。

目前，通过该院科研人员坚持不懈的努力，在太赫兹研究方面该院共获得国家级科研项目3项，省部级科研项目3项；共发表论文20余篇，其中SCI论文11篇，EI论文3篇，中文核心期刊论文5篇；获得发明专利1件、实用新型专利3件，软件著作权3件。

贵州省计量院在可见光通信技术方面的研发也取得了可喜的成绩。该项技术是指采用可见光作为信息载体，在空气中直接传输光信号的通信方式。它利用发光二极管等可见光光源发出的肉眼察觉不到的变化来传输信息。在提供照明的同时无线传输数据，实现绿色照明和通信的双重功能。由于可见光通信（VLC）既不受射频干扰又不会对测量仪器产生干扰，且信息安全性和生物安全性高，因此计量测试自动化领域是VLC技术理想的应用场合之一。

贵州省计量院早在2013年就对可见光通信技术开展应用研究，同年以可见光通信（VLC）在计量测试无线数据采集上的应用研究向原质检总局申报科技计划项目并立项。2015年通过验收。项目通过对可见光通信技术（VLC）的应用研究，结合计量测试数据采集的特点，成功实现了对计量测试仪器数据的VLC无线数据采集，并在该院研发中心实验室利用多只普通LED栅格照明灯搭建了试验研究系统。项目从先进性、可靠性和实用性的方向出发，在可见光通信信号的调制解调、分配传输、发射接收和仪器数据采集技术等方面进行了大量的研究实验和技术创新，达到了预期目的。

与此同时，为更好地满足实际应用需求，提高系统的通用性和灵活性，该院研发中心对可见光通信技术进行了升级改造。在进一步提高可见光通信速率的基础上，将可见光通信技术与以太网通信技术进行有机整合，完成了VLC网络接口、新型高速驱动、高灵敏度均衡接收等电路研制，解决了时延、同步、闪烁等诸多技术关键问题。该技术无线数据采集、传输网络系统，增强了系统的易用性和可扩展性。系统除可采集计量测试数据外，还可实现音频、视频数据和数据文件等的传输，能满足多种条件下计量测试数据的无线自动采集需求。可见光通信技术与以太网通信技术的深度融合，充分利用了两者的技术优势，在空间无线传输上，采用的可见光通信技术具有传统射频通信技术无法取代的优异的电磁兼容特性、生物安全性和信息安全性。在有线传输方面，采用已广泛应用的以太网通信技术，使得系统的构建更加快捷、高效。此系统具有技术先进、实用性强、应用灵活性和扩展性好的特点，在计量测试、工业、商业、物联网、射频辐射敏感和信息安全等领域具有广泛的应用前景。目前该院在可见光通信技术上的研究已申请实用新型专利5件、发明专利3件。

发挥技术优势 不断创新发展

2019年世界计量日的主题是“国际单位制——根本性飞跃”。从更广泛的角度来看，计量学作为一门测量科学，在科学发现和创新、工业制造和国际贸易，改善生活质量，以及保护全球环境等方面都将发挥着核心的作用。在过去的40年，贵州省计量院肩负着社会公用计量标准，涵盖了几何量、温度、光学、无线电、力学、电学、时间频率、理化、电离辐射、声学十大类计量专业，以及授权开展计量检定、计量校准，商品量/商品包装计量检验，CNAS认可的校准，参数计量认证项目等繁重的任务，创造了一个又一个的奇迹。今天，作为贵州省计量工作的主力军，该院将适应新形势、抢抓新机遇，打好“技术牌”、念好“服务经”，切实帮助百姓和企业解决计量问题，用计量助推创新发展、绿色发展、质量发展、民生发展，推动计量在服务高质量发展、创造高品质生活中发挥更大的作用。同时该院还将不断提升计量科技创新能力，大胆探索计量发展改革路径，切实做好计量工作，加快构建“大计量”工作格局，积极融入计量量子化变革潮流，努力为贵州省计量事业发展贡献智慧和心血。

“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”。秉持科学探索无止境的理念，贵州计量人必将在新的历史时期行稳致远，以求实、务实的作风去敲开计量变革的“未来之门”。