科研平台巡礼② 北理微电院：把设备做小，把产业做大
科研平台巡礼
在你印象中，一个9厘米长、5厘米宽、5.5厘米高的“小盒子”，能派上什么大用场？
北京理工大学重庆微电子研究院（以下简称北理微电院）院长谢会开教授团队给出了答案——用这半个巴掌大的“小盒子”，即可实现对水质、食物新鲜度、营养元素、药品成分等进行高效检测。
记者了解到，该成果集合了微型化、集成化、可大批量生产的特点，体积较传统产品缩小了一个量级、响应速度提高了一个量级；同时，下游的使用成本可大幅下降，并有望在年内实现量产上市。
换言之，这个“小盒子”在技术上处于国际领先水平，相较同类进口产品有极大价格优势；相较以往同类产品可应用场景更多。以检测水质为例，仅10秒就能出准确结果，还可以根据用户需求进行个性化定制，在食品、农业、石油化工等领域均可进行无损实时在线检测。
这些喜讯就像一串璀璨的明珠，紧紧串联在一起，形成了一条闪耀的足迹。这足迹，是西部（重庆）科学城发展集成电路产业的生动展现。
01
把体积缩小一个量级，让设备更具便携性
春季，万物萌新。西部（重庆）科学城多项科研成果也开始崭露头角。
▲北理微电院。雷键 摄
就像这个“小盒子”，就是北理微电院的研发成果——MEMS微型傅里叶变换近红外光谱仪（以下简称微型FTS光谱仪），可对有机物的成分和含量进行无损、实时、在线检测。
“小盒子”究竟有多小？
谢会开教授直言：“实现了一个量级的缩小”。同样功用的傅里叶变换光谱仪用传统方式生产出来，仅核心部件就跟24英寸的行李箱差不多大 。而微型FTS光谱仪放在女士的手掌中也不过半个手掌大小，且重量只有370克 。
▲微型FTS光谱仪。受访单位 供图
这台不到1斤重的微型FTS光谱仪，可不是还在实验室“休养生息”，它已在实际应用中接受了半年“考验”。
“做光谱水质分析的所有设备都在这里面，”科学城石板镇污水处理厂负责人郑远亮一面说着，一面拉开了排水井旁自动采样装置的柜门。记者看到在柜子的同一层，微型FTS光谱仪、工控机、样品池、水泵等设备，正在对水质进行检测。
用传统方法，水厂需2小时才得出了一个检测数据。可对于这个在厂里“上”了半年班的“小个子”，郑远亮却很是满意。他说，“这个仪器个头虽小，优点可是一点都不少。用这个设备检测，分析数据不仅速度很快而且准确率高，产生的废液减少了，对我们来说就是成本被大大降低，性价比比超百万的进口设备要高很多 。”
北理微电院光学工程师陈超补充道，“我们光谱仪每10秒以内可出一个有效光谱数据，这半年共收集处理了4000多个样品数据，有效地缩短了水质指标检测时间，可为应急工作抢占宝贵的时间，避免污染范围的扩大。”
▲谢会开教授（左一）在实验室和团队成员讨论工作。受访单位 供图
此外，该仪器采用全球首款超大位移电热MEMS微镜及独特的光学设计 ，极大提高了傅里叶变换型光谱仪的分辨率，实现了基于MEMS技术的微型光谱仪核心芯片的国际领先 。
仅仅两年半时间，北理微电院就成为国内最前沿的MEMS研究中试平台之一 。所打造的MEMS先进微纳工艺研究中心，是目前国内唯一一个掌握全驱动机理MEMS微镜设计与工艺的科研机构 。
02
把速度提高一个量级，更好赋能大产业
“全球首款超大位移电热MEMS微镜”，是这款拥有完全自主知识产权的光谱仪的“心脏”，这项研发技术处于国际领先水平。
“芯片的稳定性是整个系统稳定的重要保障”。为了让这颗“心脏”的稳定性保持最优状态，团队多名核心成员从2008年起就开始寻找适合做芯片的材料。通过无数个日夜数不清的试验，他们终于从浩如烟海的备选材料中找到了满足要求的金属和介电质双材料组合。
▲微型FTS光谱仪内核。雷键 摄
要知道对于MEMS微镜，其性能、特性很大程度上是取决于驱动方式。常见的静电驱动、电磁驱动各有优缺点，但团队在反复的实验中最终选择以电热作为动力源。所谓电热驱动，其实就是利用材料的热胀冷缩，日常使用的水银温度计就是一个很好的例子。
▲薛原正在操作仪器。受访单位 供图
团队完成了从核心技术的芯片到模组到系统的研发，再到整机的软件和算法开发，全部实现自研。“现在芯片对驱动信号的响应时间，从最初的0.1秒已经提高至0.01秒。实现了一个量级的提高 。”该院MEMS高级研发工程师薛原继续说，“除了响应速度快，这样的驱动方式还能保证微镜在其他应用场景中，也能做到快速转变，可以应用在更广泛的场景中。”
不光是“时间”，在这里，长度、体积的计量单位也都变得很“迷你”。
“为什么要把东西做小？ ”
“中国须有烙着自己印记的MEMS芯片。”谢会开教授的回答掷地有声，“其次，是因为随着万物互联与人工智能的兴起，基于MEMS技术的集成电路市场需求一直在扩大。”
▲北理微电院研发人员。受访单位 供图
和谢会开教授有着相似国外求学经历的薛原直言，“中国不缺在应用端的经验和创新，缺少的是核心芯片。我们的任务就是造出、造好基于MEMS技术的核心芯片。”
正是凭借着这样的情怀和信念，经过长期传承，他们在毫米、微米之间不停“计较”，最终让产品集合了体积小、功耗低、速度快、可靠性高、成本低等优点。
而这样的结果，正是北理微电院的初心使然。“重庆根、北理芯”就是要面向智能制造装备发力，在智能制造、自动驾驶、人工智能 等多个领域，为工业机器人、工业缺陷检测、无人物流设备 装上超高精度的“眼睛”。
END
总编：邓晓伟丨副总编：李昊阳
主编：李童彤丨责编：王倩
记者：王柯岚、雷键 | 编辑：范兴欣｜校对：周翌
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工控机软件需要定制吗？常用工控机软件有哪些？
工控机（Industrial Control Computer）作为一种应用在工业自动化领域的计算机设备，其软件系统的选择和定制对于提高生产效率和系统稳定性至关重要。在工业控制过程中，定制工控机软件的需求逐渐增加，但是否每个工控系统都需要定制化软件呢？是否需要定制工控机软件取决于具体的工业控制需求。一些行业可能对特殊工艺或设备有独特的要求，这就需要定制化软件来满足特殊的功能和性能需求。例如，某些生产线可能需要与特定硬件设备高效通信，而标准软件无法完全满足这些需求。因此，对于特殊行业或项目，工控机软件的定制化往往是不可或缺的。对于一些标准化的工业控制应用，常用的工控机软件可能已经足够满足需求。以下是一些常见的工控机软件：SCADA系统（监控与数据采集）： SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统广泛应用于监测和控制工业过程。它可以实时采集数据、监视设备状态，并通过直观的图形界面提供操作者友好的控制界面。PLC编程软件： PLC（Programmable Logic Controller）是工控系统中常见的控制设备，其编程软件用于编写和上传控制逻辑。常见的PLC编程软件包括Siemens Step 7、Rockwell RSLogix等。HMI软件（人机界面）： HMI软件用于创建人机界面，使操作者能够直观地与工控系统交互。Wonderware InTouch、Citect SCADA等是常见的HMI软件。实时操作系统（RTOS）： 实时操作系统对于需要精确控制和响应时间的工业应用至关重要。VxWorks、QNX等是常用的RTOS。工业数据库： 数据管理对于工控系统至关重要。工业数据库如Microsoft SQL Server、Oracle等可用于存储和管理生产数据。综合考虑，对于特殊需求或定制化要求较高的工业控制项目，工控机软件的定制化可能是必要的。然而，在一些标准化的应用中，常用的工控机软件已经能够提供稳定可靠的解决方案。在选择是否定制工控机软件时，应根据具体项目需求和成本效益进行综合考虑，以确保工业控制系统的高效运行。更多地区工控机：http://www.aaicon.com.cn/ak362/ 包头工控机http://www.aaicon.com.cn/ak934/ 杭州工控机http://www.aaicon.com.cn/ak941/ 萧山工控机http://www.aaicon.com.cn/ak2320/ 重庆工控机http://www.aaicon.com.cn/ak2569/ 贵州工控机http://www.aaicon.com.cn/ak2668/ 昆明工控机
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