智能微系统技术研究室

  1、研究室总体介绍

智能微系统技术研究室隶属于精密仪器系仪器科学与技术研究所。主要研究方向包括微米/纳米技术、微纳卫星技术、光电检测技术等。目前已完成和承担科研项目40余项，其中包括973项目3项，重大专项项目1项，863项目16项，国家科学基金项目11项，国际合作项目1项，其他国家和部委项目16项，以及博士点基金、博士后基金等多项科研任务。

TOP>>>

   2、研究领域

    微米纳米技术

    在本领域主要承担“九五”“十五”“十一五”国家973项目、国家863项目、国家自然科学基金项目、霍英东基金项目、教育部博士点基金项目等，已取得具有国内首创、国际先进水平的成果8项，申请和获得国家发明专利9项。

    微纳卫星技术

    在本领域主要承担了国家973项目、国家863项目、清华大学985重点项目等。已有8项研究成果通过验收，申请和获得国家发明专利14项。

    光电检测技术

    在本领域主要承担国家自然科学基金项目、航天科学基金、北京市科学基金项目与国际合作项目等,在本领域共取得5项具有国内首创、国际先进水平的科学研究成果。申请和获得国家发明专利9项。

TOP>>>

   3、科研方向

    微纳卫星技术

    1）“航天清华一号”微小卫星
   
    “航天清华一号”微小卫星是具有遥感、通信、无线电信号分析和科学实验载荷的微小型航天器。重量轻（50公斤）、2000年6月在俄罗斯成功发射运行。

   2）NS-1纳卫星
   “NS-1”纳卫星充分利用近年微米／纳米技术的研究成果并采用一体化设计与系统集成的研制方法，旨在开发纳型卫星平台并对关键载荷进行搭载试验，2004年4月在太原卫星发射中心成功发射运行。

3）MEMS卫星研制
    随着近年微型机电系统（MEMS）先进技术的飞速发展，提出研制一颗基于MEMS技术的固态化皮型卫星。它采用MEMS推进器、MIMU、MEMS磁强计等利用MEMS工艺制作加工的微型化器件，是一颗先进技术试验卫星。

4）硬X射线调制望远镜（HXMT）卫星姿态控制与演示系统
    HXMT卫星是进行空间硬X射线探测与成像的天文卫星，有多种观测模式，如巡天、定向、小天区模式等。本课题对其姿态控制技术及相关总体技术进行研究，针对不同模式的需求，使用星敏感器和MIMU，进行高精度定姿技术与半物理仿真研究。

5）卫星总体多学科综合设计和优化技术研究
    研究利用多学科优化设计(MDO)技术加快卫星总体设计进程， 将多学科优化设计技术与卫星总体设计相结合，在卫星设计过程中引入并行优化方法、分布式网络计算环境等先进的多学科优化设计手段，建立卫星总体多学科综合设计环境。

6）卫星编队飞行及组网技术研究
7）分布式空间系统相对测量技术
    研究基于合作目标与非合作目标的分布式空间系统的相对测量技术。设计了集红外成像、激光测距与摆镜跟瞄于一体的测量系统，用于编队飞行卫星的星间基线及相对角测量。
8）高性能微小型光学姿态敏感器
    研究基于MEMS技术、CMOS APS和CCD图像传感器的高精度、高动态、自主、微小型太阳敏感器与星敏感器，可为各种航天器，特别是微小卫星，提供高精度实时姿态信息，并可与微惯性测量器件组成微导航控制单元，用于复杂空间系统的智能控制。

太阳敏感器试验样机	星敏感器试验样机
光学游标式高精度太阳敏感器	微型模拟式太阳敏感器

9）星载微型成像光谱仪
   研究适用于微小卫星平台的高光谱成像系统，研制了基于声光可调滤波器，可实现中等空间分辨率和高光谱分辨率，覆盖可见光－近红外大气窗口的微型成像光谱仪原理样机。

成像光谱仪原理样机	声光可调滤波器

TOP>>>

    微米纳米技术

    1）  基于激光散射的半导体材料中微体缺陷的激光检测技术研究

    提出了一种基于近红外激光散射的、在垂直于入射光的方向接收散射光、并由散射光的分布来判断微体缺陷大小的微体缺陷检测新方法及利用散射光强空间分布的频率判断微缺陷大小的方法，可实现对材料的微米量级缺陷检测。

    2）  基于激光超声表面波的材料微裂纹检测技术的研究
    利用激光超声进行微裂纹检测，提出了采用线型光源进行激励的方法，研究了它激发的表面波信号与其特征参数间的关系，提出利用F-P干涉仪进行信号检测的方法，建立了数学模型并完成了检测系统的研制。

    3）  基于微机械陀螺与加速度计的微型惯性测量组合（MIMU）技术及其应用研究
    微型惯性测量组合（MIMU）为多个微惯性传感器和信号处理电路的集成，通过导航算法，可实时获得运动物体的综合惯性测量参数，作为一种不依赖任何外部信息，也不向外部辐射能量的自主式导航系统，具有数据更新率高、短期精度和稳定性好等优点 。

    4）  阵列式微反射镜及其应用技术
    阵列式微反射镜是典型的微光机电系统，每个微反射镜单元由可动微反射镜面、静电驱动结构和弹性支撑机构等组成，采用MEMS工艺加工。它具有体积小、重量轻、功耗低、频率高、易批量生产等优点，在显示器、医疗检查、空间光通信、航空航天等领域具有广阔的应用前景。

    5）  微型可编程相位光栅技术的原理与实验研究
    “微型可编程相位光栅”是一种具有相位光栅功能的微光机电系统（MOEMS）。其等效特征参数可以通过MEMS技术实现连续可编程控制，从而使光栅对光场光波的相位进行控制，产生预期的衍射和干涉能量分布特性。

    6）  数字化MEMS微推进阵列的研究
    研制适合于公斤级微型卫星应用的基于MEMS技术的微型固体推进器及其控制系统，实现脉冲式精确微小冲量，可应用于公斤级微型卫星轨道调整和轨道保持，以及特殊姿态机动控制。

    7）  高精度MEMS磁强计研究
    研究基于磁通门原理的MEMS磁强计，它利用强磁性材料的磁饱和特性进行磁场测量，结构简单可靠，具有体积小、重量轻、灵敏度较高等特点。
    研究基于量子力学中电子隧道效应原理的水平式MEMS磁强计，具有高灵敏度的特点。

    8）  超精表面的测试分析技术
    主要开展三维表面粗糙度测试分析仪、三维表面粗糙度评定方法及评定参数及统计表面粗糙度理论研究、光外差干涉光探针扫描非接触超精磁盘表面粗糙度仪、ITO玻璃表面形貌测试分析仪、基于全息光栅衍射的干涉计量技术的宽动态大量程任意曲面表面形貌测量方法研究。

    9）  悬臂梁谐振式MEMS气体传感器
    研究具有自加热功能的微悬臂梁谐振机构的机电一体化设计与实现方法，谐振式传感器的闭环自激振驱动检测技术，阵列式化气体检测技术，研制基于自加热悬臂梁阵列的谐振式MEMS气体传感器原理样机。

    10）  微纳米新能源技术研究
    开展基于纳米材料新型超级电容器相关研究，深入研究纳米结构储能电极制备方法及电学性能，有效解决高压大功率电源系统的集成及控制问题。开展基于MEMS技术微能源研究，探索微尺度能量传递过程及微电极动力学，进行三维立体微电极结构设计及仿真，深入研究微电极阵列制备新方法及薄膜功能材料制备新工艺，实现多模式微能源系统集成。

TOP>>>

    光电检测技术

    1）  光纤位移传感器技术的研究及其在液位、角度、位移测量中的应用
2）  基于光学三角成像法的高精度非接触位移传感测量系统及其应用
3）  基于激光三角法传感技术的汽车车轮位置非接触测量定位系统
4）  基于空间编码技术与计算机视觉的三维轮廓测量技术
5）  快速运动目标的光学跟踪与测量技术
6）  膜盒间隙的激光高精度测试技术
7）  高精度的光学测角数显准直仪
    采用光学自准直测量原理，主要用于光学微小角度的精确测量，测量分辨率可达0.01角秒，测量精度优于0.1角秒。该仪器已由6354所批量生产和销售。项目成果的主要特色是采用了自跟踪反馈控制电磁振子光电调相技术和电子相敏检波技术等先进技术以提高仪器的光电检测灵敏度和测量精度。

    8）  基于全息光波导技术微型指纹传感器的研究
    综合使用半导体激光器线阵、微透镜线阵、光纤簇等，利用全反射机理和波前重构形成集成封闭光路，对波导全息指纹图像传感器中的波导全息元件、成像系统及计算机接口部分设计原理进行研究。首次提出了面向指纹的改进反扩散模板锐化算法。

TOP>>>

  4、研究成果
    研究室在以上领域的科学研究曾获国家科技进步二、三等奖，仪器仪表学会科技进步一等奖、教育部科技进步一、二等奖、北京市科技进步二等奖和其他奖励12项。已获得或公开的国家发明专利32项。 

TOP>>>

  5、研究人员
    智能微系统研究室现有固定教师12名，其中特聘教授1名、教授1名、副教授5名，助理研究员5名；博士后5名；工程师及其他科研辅助人员7名。

固定人员

    博士后

TOP>>>

    6、人才培养

    研究室现有博士研究生15名，硕士研究生7名