精密影像仪

中国计量科学研究院专家接受本报记者采访时表示：日本地震对我国精密测量和计量产生影响　　3月11日，日本东北地区发生9.0级强烈地震。中国计量科学研究院力学与声学研究所振动冲击研究室的副研究员蔡晨光在接受本报记者采访时表示，如此强度的大地震，对我国精密测量和计量将带来一些影响。　　蔡晨光所在的振动冲击研究室是从事振动、冲击、转速3个计量专业的实验室。振动冲击转速计量是涉及多学科的动态测量技术，它广泛应用于机械制造、车辆船舶、航空航天地球物理、地质物探等众多科研和工程领域，在国民经济建设中发挥着十分重要的作用。蔡晨光说，日本地震对精密测量和计量的影响，从时间上可以分为两个阶段：第一个阶段是地震和余震持续发生时 第二个阶段是震后地质稳定周期。　　这次日本地震的震级达到了9.0级，释放的能量较大，其低频振动分量传递较远，对我国高精密计量仪器有显著的影响。　　据了解，高精密测量和计量仪器对环境振动的要求极高。美国环境科学和技术研究院经过大量的理论和实验研究推荐：微米级的测量要求1～100赫兹频带内的环境振动控制在12.5微米/秒以下(VC-C级)，否则无法保证精密测量的测量精度。例如，1000倍的精密显微镜，要想保证其测量精度，必须对环境振动进行严格控制，否则就会出现丢失像素，甚至丢失整帧图像的问题 而对于测量精度更高的扫描电子显微镜和透射电子显微镜，则要求环境振动控制在VC-D级(即1～100赫兹频带内的环境振动控制在6微米/秒以下) 对于纳米级的精密测量，例如半导体线宽、三磷酸腺苷及DNA测量，对环境振动的要求更高。美国国家标准和技术研究院(NIST)还针对纳米尺度的计量开展了大量研究，制定了纳米计量需要满足的环境振动标准。　　据蔡晨光介绍，由于日本地震的影响，中国计量科学研究院的环境振动远远超出了精密计量所需要控制的量级。“虽然计量院昌平基地的一些精密实验室位于地下14米，可以隔离掉一部分地表传播的地震波，但是对于深度传播的低频地震波却无法进行有效衰减，致使高精密测量仪器无法正常工作。”他举例说，由于地震的影响，精密质量比较仪会长时间内无法稳定，致使高精度的质量量值无法传递和溯源 纳米尺度的精密测量仪器也会受影响而导致无法正常工作。　　蔡晨光说，目前中国计量科学研究院昌平基地还没有建立起环境振动的实时监测系统，还无法实时、有效、准确地评估日本大地震这类偶发事件对高精度计量溯源系统的具体影响。“我国现在急需建立环境振动的实时监测系统。”　　除了地震波给精密测量造成的直接影响外，在震后的地质稳定周期，精密测量和计量也会受到影响。据蔡晨光介绍，地震将会造成一定程度的地质运动，在震后需要长时间的稳定周期。例如由于地质的液化会造成地面倾斜，地面的倾斜角会在地质状况稳定过程中发生持续漂移变化，而地面倾斜角是精密导航系统中的一个关键参数，需要进行精确测量。　　据介绍，在地质情况稳定状态下，地面倾斜角的累积变化量较小，不会对精密导航系统造成太大的初始误差。而当地震发生时，由于地质运动及地质液化造成的倾斜角偏移，将极大地改变当地的倾斜角，从而带来较大的初始误差。所以在地震发生后的很长一段时间内，都需要对倾斜角进行监测，从而保证导航测量的精准。　　“在计量院昌平基地有很多精密隔振平台，这些平台上的很多测量系统对倾斜角都比较敏感。例如长度计量中，激光平台和被测平台可能在相邻两米的两个平台上，如果地面倾斜角发生0.001度的变化，垂直方向即会发生35 微米的位移变化，这么大的位移变化即使是微米级的测量都无法允许的，更不要说是纳米测量。”蔡晨光说，我国急需建立倾斜角测量系统和监测系统，来保障我国计量量值复现的准确性和可靠性。

p　　北京地铁4号线列车在13.5米深的地下呼啸而过，100米外北京大学信息科学技术学院大楼中，一台电子显微镜内“仿佛刮起了一阵飓风”。/pp　　用肉眼看，这台1米多高的白色金属镜筒安稳立在桌上。将它调至最高精度却会发现，显示屏上的黑白图像长了“毛刺”，原本纤毫毕现的原子图案因为振动变得模糊不清。/pp　　在北大校园内，因地铁运行受到影响的精密仪器，远不止这台价值数百万元的电镜。4号线开通时，北大有价值11亿元的精密仪器，其中4亿元的仪器受到影响。/pp　　为了减少地铁振动对这些仪器的干扰，北京市和北大都付出了巨大努力。在4号线北大东门段，地铁公司铺设了最先进的减振轨道。北大专门在较远处新修了综合科研楼，转移了部分精密仪器，但地铁振动的影响仍难以消除。一些学者只能在地铁停运后的半夜做实验。/pp　　2019年，离综合科研楼600米的地铁16号线二期全线将会开通，北大内精密仪器将面临两面夹击的窘境。北大实验室与设备管理部环境保护办公室主任张志强认为，如果不采取更多减振措施，形势不容乐观。/pp　　面临地铁振动干扰的科研单位不止北大。记者了解得知，清华大学、中国科学院、复旦大学、南京大学、首都医科大学、郑州大学医学院也曾遭遇相似困境。中国科学技术大学、浙江大学、南通大学周边即将修建地铁。/pp　　城市里越来越密集的地铁网络、科研机构中越来越灵敏的精密仪器，都是中国经济社会快速发展的标志。可当高精尖仪器遇上地铁线路，谁该避让，成了难以调和的矛盾。/pp style="text-align: center "img title="2018-04-28_131104.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201804/insimg/c8defcc7-172c-4a07-a8d5-c29e404fa5e1.jpg"//pp style="text-align: center "规划后的2020年北京地铁线路网。/pp　　strong地铁振动的蝴蝶效应/strong/pp　　一条条地铁轨道正在北京快速生长。到2020年，它们的总里程将有近千公里。高峰时期，近千辆列车将同时在轨道上飞驰。/pp　　在运载乘客的同时，这些重量超过100吨的列车，也成了一个个巨大的振动源。振动通过钢轮、钢轨、隧道和土壤，像波纹一样扩散到地表，进入建筑物内。/pp　　很少有人注意到这种振动给城市带来的影响。北京交通大学轨道减振与控制实验室是国内较早开展研究的团队。他们测试的数据显示，10多年间，北京市离地铁100米内的地层微振动提高了近10倍。/pp　　交通带来的微振动强度虽不算大，但持续时间长，影响隐蔽不易被发觉。它曾让捷克一座古教堂出现裂纹继而倒塌，曾长期影响巴士底歌剧院的演出效果，也曾干扰英特尔公司在集成板上雕刻纳米级电路。/pp　　在地铁激荡起的振动中，对精密仪器干扰最严重的是低频振动。这种振动波长很长，不易在土层中衰减。北大环境振动监测与评估实验室主任雷军，曾和学生拎着地震仪，测量过北京多条地铁线路，他们发现，在精密仪器更敏感的低频范围内，离地铁100米内地表振动强度比没有列车通过时高了30~100倍。/pp　　对北大和清华的精密仪器来说，地铁几乎意味着“灾难性打击”。/pp　　地铁开通之前，在这两所中国最著名的高校，因公交和铁路引起的环境振动，已逼近甚至超过某些仪器规定的安全值。不过，因为这些仪器在制订正常使用环境振动要求时留有富余量，绝大部分仍能正常工作。临近的地铁线一旦开通，两所大学中对振动敏感的精密仪器，很可能无法在最高精度下正常工作。/pp　　有学者认为，这造成巨大的浪费，“花100万美元买回来的仪器，只能当10万美元的用”。/pp　　许多仪器的使用者并不知晓，地铁振动会影响仪器。曾有同事找到雷军，抱怨实验室一台测量岩石年龄的精密仪器突然不正常了。这位老师叫来厂家，左调右调，愣是修不好，厂家也摸不着头脑。/pp　　雷军问：“什么时候开始不正常的?”对方说：“从2009年开始。”事实上，并非仪器坏了，而是地铁4号线开通后，振动干扰了仪器。/pp　　“国内研究地铁振动问题的专家，包括设备厂商，总共不到百来人。”北交大副教授马蒙感慨，这是一个非常小的学术圈子，其中大部分专家还在同一个微信群里。/pp　　10多年来，雷军一直在各种场合呼吁关注地铁振动问题。作为九三学社社员，他多次写建议书希望向全国人大反映这一问题。一有机会，他便向不了解的学者和学生科普地铁振动的影响。/pp　　在很长一段时间内，原本搞地震学的他，一门心思扑进这个冷门的学术领域。家人常劝他，别“不务正业”。/pp　　在雷军看来，这个领域相当重要。他敲着桌子问：“中国正经历工业化转型，可为什么这些年我们的科技成果都是大块头的?一些核心电子元件，包括芯片、光刻机、光栅薄材等许多领域零部件的加工，为什么即便我们买回了国外全套生产线，也造不出一样的东西?很大一个原因就是环境振动超标。今天我们已经能生产粗犷的工业品，我们的短板主要在精度上，一小一精就不行。”/pp　　他曾为两个单位做过环境振动评估。一个是中国计量科学研究院，是国家最高计量科学研究中心，原址环境振动严重超标，后来搬迁到昌平，评估却发现新址仍有一些问题。另一个是某国防计量站，环境振动超标100多倍。/pp　　对专门研究环境振动的专家来说，地铁引起的微振动，看似蝴蝶扇动翅膀，但在对振动敏感的高精尖领域，足以酿成灾难性的风暴，从而制约一个国家的发展：光刻机需要在1毫米内画上千条线，需要外部环境保持极度稳定 导弹系统中高速旋转的陀螺仪，加工时必须保证质量中心和几何中心完全重合，否则就会指东打西。/pp style="text-align: center "img title="微信图片_20180428192304.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201804/insimg/dab9ff9c-1156-4ee7-a200-09189a4076b1.jpg"//pp style="text-align: center "地图上与地铁线路相邻的北京大学校园。/pp　strong　两败俱伤的妥协/strong/pp　　同许多外界学者一样，雷军原本也不知道地铁振动对精密仪器有影响。在中国，北大与地铁的激烈抗争，头一回让这一问题浮出水面。/pp　　2003年，北京市地铁4号线方案公布，将贴北大东门一路向北。地铁线两边紧密分布着北大几大理工科学院及众多重要实验室，北大相当一部分精密仪器集中在这些科研楼中。有学者提醒北大，得研究下地铁对精密仪器是否有影响。/pp　　雷军此前研究建筑物抗震，都是较大级别的振动，没怎么关注过微振动的影响。着手采集北京市其他地铁线的振动数据后，他才发现，“这个问题很复杂，比想象的要严峻得多”。/pp　　因为他和同事的报告，北大反对4号线经过。当时北大和地铁公司为两个方案反复争论：要么北大整个搬走，要么地铁4号线改线。/pp　　直至最后一次研讨会，双方仍僵持不下。那次会议由北京市一位副市长主持，邀请了一位院士和多位北大校外专家。/pp　　那位院士在会上表示，轨道隔振方案可行。他拿自己做过的一个方案打比方，“用手一摸，振动感觉不到了。”/pp　　北大一位代表当场反问：“人的手这种传感器灵敏度有多高?”北大对振动最为敏感的那台电子显微镜，敏感度是人体的成百上千倍。/pp　　会上最终形成决议，采用一个折中的方案——4号线经过北大的789米轨道段，将采用世界上最先进的轨道减振技术，也就是在钢轨下铺设钢弹簧浮置板。这种浮置板由一家德国公司发明，上面是约50厘米厚的钢筋混凝土板，下面是支撑着的钢弹簧，能将列车的振动与道床隔离。/pp　　“对列车来说，这相当于垫了一个很软的垫子，同时弹簧将振动隔开了。”北京交通大学的马蒙副教授告诉中国青年报?中青在线记者，这种轨道减振技术目前在一定程度上已到极限，更软的话，列车运行安全性可能得不到保证。/pp　　这种浮置板在总体上能很好隔振，但它也有一个很大的缺点：由于隔振原理，它对低于自振频率的振动没什么用，甚至很可能会放大。/pp　　2009年，4号线北大东门段开通后，马蒙和同事又作了测试，验证了这一理论。在马蒙看来，这段轨道减振措施还是有用的，保证了很多要求没那么高的仪器能正常使用，但对于一些极度敏感的设备，它反而会加重干扰。/pp　　北大对这个结果并不满意。经观测发现，西南边的校医院旧址振动强度稍小。北大决定在该地盖综合科研楼，将部分受影响的仪器搬过来。但受限于场地和经费，只有约三分之一的设备能入驻。/pp　　2011年，大楼地基已经打好，低层正在施工之时，另一个消息传来：地铁16号线将绕经北大西门，离综合科研楼仅200米。/pp　　由于校内精密仪器已无处可挪，北大强烈抗议。雷军分析，之所以会出现这种尴尬局面，是因为地铁公司以为减振成功了，并不知道北大正打算搬仪器。同时，他们也没将规划方案提前告知北大。/pp　　北京市拨出上千万元专项资金，让市政总院、北交大、中国电子工程设计研究院、中国铁道科学研究院及北大联合组成攻关项目组，拿出一套综合的解决方案，除了地铁轨道减振外，还包括重新设计综合科研楼，考虑在低层装减振平台，用弹簧将上面的建筑整体悬浮起来。/pp　　雷军记得那几个月，每周有两三天要开会讨论，几方经常为具体方案争得脸红脖子粗。一位电子设计院专家告诉记者，北大的要求过于理想化，而且双方对数据的采集和分析方法不同，导致数倍的差异。/pp　　有专家听过一句玩笑话：如果这事处理得不好，会影响北大“冲击诺贝尔奖”。/pp　　正当各方吵得不可开交之时，项目戛然而止。据说北大领导和一位市领导在某个会议碰面，双方握手言好。地铁16号退后一步，往西绕开300多米，甩掉两座车站，北大也不再提要求。/pp　　中国铁道科学研究院研究员杨宜谦是项目组专家之一。在他看来，在这场博弈中，北大看似赢了，实则不然。这不是完美的解决方案，这恰恰是“两败俱伤的妥协”。/pp　　strong缺失的环保标准/strong/pp　　杨宜谦认为，地铁退后一步，能减少对北大精密仪器的干扰，但这个距离往往不足以消除影响。另一方面，地铁改线后，失去了吸引客流的作用。/pp　　他当时建议，北大将精密仪器楼搬至郊区，从而完全排除干扰。但对许多北大教师来说，这样的建议难以接受。杨宜谦也能理解，毕竟北大建校在先，地铁在后，让谁搬谁都不乐意。/pp　　他和雷军都认同，避免这样的矛盾冲突，应当在规划时讲究先来后到。新规划的地铁线应尽可能避开对振动敏感的高新技术区域，新修建的高新区应尽可能选在没有地铁的郊区。/pp　　目前问题的症结在于，科研单位的精密仪器往往购置在先，地铁规划方案形成时却没有考虑相关影响。/pp　　杨宜谦对国外相关法律法规标准很熟悉。日本有专门的《振动法》。美国的轨道交通环境影响评价标准中涉及振动敏感设备。/pp　　这两个国家也曾有过教训。东京大学曾将一整栋楼用弹簧悬AX起，仍无法消除振动影响。美国华盛顿大学由于轻轨穿越校园，采用轨道减振措施，并降低车速，但15栋敏感建筑中仍有5栋振动超标。/pp　　“减振是世界难题，目前最好的办法就是避让。”雷军常举日本筑波科学城的例子。这个集聚了日本科研人才的城市始建于1963年，直到40多年后才通地铁，且同城区相隔2.5公里。/pp　　中国尚无环境振动污染防治法，虽然环境保护标准中有关于振动对居住建筑、办公建筑、医院、学校内的人影响的规定，却未涉及对精密仪器的干扰。这导致地铁规划方案进入环境影响评价阶段时，环保部门很少考虑这一层面。/pp　　最近，生态环境部发布了《环境影响评价技术导则 城市轨道交通(征求意见稿)》，但仍未提及振动对振动敏感仪器的影响。/pp　　杨宜谦还发现，连环保从业人员都对这一问题的态度存在分歧。有人认为，这一问题理所当然归环保部门管，也有人斩钉截铁地认为不归。/pp　　相关评价标准的缺位，导致很多途经科研机构及工业园区的地铁方案考虑欠周。有省会城市在规划地铁时，为了方便病人出行，特意在一家大学附属医院内设了地铁站，没想到让一些医疗检查设备没法正常使用。/pp　　发现潜在问题时，往往已经晚了。一旦某条具体地铁方案通过层层审批，“往外挪个100米都几乎不可能”。/pp　　这常造成高校与地铁的对抗。15号线原计划下穿清华大学，遭清华极力反对。最终，15号线只进入清华校内120米，没与4号线相连，形成换乘站。/pp　　早在1955年，清华大学就曾让铁路改过线。京张铁路位于清华校园同侧，振动曾严重干扰科研，在清华的争取下，铁路线向东迁了800米。/pp　　并非所有大学都拥有强大的谈判能力。有985高校没经太多考虑，直接在同意文件上盖了章。有的高校遭遇了损失，不愿意公开化。/pp　　等到地铁方案已成事实，只能采用其他减振措施。中国电子工程设计院有限公司曾给复旦大学、南京大学等多个受地铁影响的高校做过减振方案。/pp　　振动技术研究中心工程师左汉文告诉记者，目前效果最好的方案是综合减振，除了在轨道下铺设钢弹簧浮置板，同时在仪器楼修建之初装上靠弹簧撑起来的隔振支架。如果楼已竣工，只能在每一台仪器下加装减振台，成本将大大提升。/pp　　16号线开通后，北大只能采取第二种方案。北大实验室与设备管理部环境保护办公室主任张志强估计，一个最先进的空气弹簧减振台，大约要花费一两百万元，北大需要减振的仪器“在几十上百个这样的数量级”。/pp　　见证了高级的德国浮置板、繁琐的修楼搬迁和昂贵的地铁改线，北大最精密的电子显微镜未来身下还将装上复杂的减振台。但它能否逃脱地铁振动的干扰，谁也不敢保证。/ppbr//p

9月13日，《财富》（中文版）公布了“2023年中国最具社会影响力的创业公司”榜单。重庆摩方精密科技股份有限公司凭借在超高精度微纳3D打印技术、超高精密制造解决方案的绝对创新优势和商业模式，正式入选本次中国最具社会影响力的65家创业公司。两年前，《财富》深切感受到中国创业者和创业公司的强劲上升趋势，找到观察中国经济发展特征的另一重要维度，并开始制作这份属于最具生命力的中国创业团队的榜单—中国最具社会影响力的创业公司。正如《财富》所言，这份榜单不止看到企业的名字，更能看到的是在名字背后无数创业者的智慧、勤奋、坚持与改变世界的决心。据《财富》介绍，能够在“中国最具社会影响力的创业公司”榜单上获得肯定的企业，首先应该已被证实在商业上是成功的。同时，它们的商业路径和业务内容本身就已经包含社会责任的要素，它们获得利润以及利润的增长，代表着它们推动世界改变的成功以及这一成功的延续。这正与摩方精密的发展经营理念极为契合。摩方精密自2016年成立以来，始终秉承将3D打印转变为真正的精密快速成型及直接生产制造的理念，摩方精密独有的超高精密3D打印系统是将光刻技术与3D打印技术结合，尤其在工业制造日益精密化、精准化和小型化的背景下，有效提供了传统生产方式难以实现复杂结构产品的颠覆性精密制造解决方案。《财富》评语摩方精密是目前全球唯一可生产最高精度达到2μm并实现工业化的3D打印系统提供商，将原理性技术推进到工业化实践。作为工业母机的一种，摩方的面投影微立体光刻增材制造技术（PμSL）具备的成型精度和公差控制能力，结合多种性能材料和相关后处理工艺，为多种行业提供了全新的超高精密制造解决方案。发展至今，摩方精密始终坚持原创技术牵引和创新技术研发，是目前全球唯一可以生产最高精度达到2μm精度，且兼具超高细节公差控制能力的PμSL光固化3D打印系统提供商。作为超高精密3D打印的先行者，在三维复杂结构微加工领域，摩方精密依托自身颠覆性的原创技术能力和不断成熟的工艺及材料研发基础，不断拓展了应用场景，并于近日发布了多款新品，值得一提的是在生物医疗领域的全新突破——毛细血管器官芯片，这是摩方精密首次打印制作可直接用于体外的医疗器械终端应用，是突破传统打印样件用于模型验证的颠覆性创新，将进一步助推超高精密3D打印技术在生命科学领域的跨越式发展。如今，全球35个国家，近2000家科研机构以及工业企业已与摩方精密建立了合作，其中既有强生、GE医疗等在内的全球排名前10的医疗器械企业，也有全球前10的精密连接器企业。这些真实成功的案例，足以证明摩方精密在行业不可替代的地位。七年以来，摩方精密在追求原始创新的道路上，一路前行，坚持探索着超高精密3D打印的无限可能。摩方精密团队亦是秉承国家意志，坚持创新驱动发展，全力打造“硬科技”，为世界带来一种颠覆性的超精密制造解决方案，构筑着属于中国企业的时代精神。上榜《财富》中国最具社会影响力的创业公司是对摩方精密行业领导力的鼓励与认可，同时给予了公司在未来发展中强大的信心支持。未来，摩方精密将继续坚守初心，更强韧、更稳步、更全面地推进公司发展运营。关于《财富》FORTUNE据了解，《财富》（Fortune Magazine）创办于1930年，是一份主要刊登经济问题研究文章的杂志。《财富》杂志自1954年推出全球500强排行榜，成为经济界关注的焦点。《财富》中国500强即中国上市公司500强排行榜由中金公司财富管理部与《财富》（中文版）合作编制完成，每年发布一次。排行榜覆盖范围包括在中国境内外上市的所有中国公司，依据数据为上市公司在各证券交易所正式披露信息。