慕（mù）名（míng）步入中國計量科學研究院（以（yǐ）下簡稱“中（zhōng）國計量院”）昌平實驗基地的振動與重力實驗室，眼前這個地基構築在基岩上的大家夥——超低頻振（zhèn）動國家標準裝置，讓人震撼不已。工作台上，一排大小不一、形狀各異的待檢儀器，最先（xiān）吸引了記者（zhě）的注意。

　　“這個（gè）黑色方塊是用於橋梁（liáng）振動測量的傳感器、這個高壓鍋狀的是長周期地震計（jì）……”，裝置負（fù）責（zé）人中國計量院力學與聲學研究所副（fù）所長於（yú）梅如數家珍。而為這些傳感器、地（dì）震計等提供校準服務的（de），正是獲得2011年度全國（guó）質檢係統“科技興檢”一等獎的“超低頻振動國家標（biāo）準裝置”。                                                                                                 

超低頻振動計量需求迫切

　　行駛（shǐ）在跨海大橋上，由風導致的（de）橋梁振動；在高層建築的某層（céng）屋內，樓下汽車發動（dòng）的振動（dòng）；在實驗室裏（lǐ），一公裏外地鐵駛過的振動……在日常生活中，這些細微振動變化（huà）您也（yě）許早已司空見慣，不以為意。但對於地震觀測、地質勘探、環境監測、航空航天、精密製造等領（lǐng）域來說，振動監控具有重要的（de）意義。

　　據中國計量院振動（dòng）與重（chóng）力實驗（yàn）室的楊麗峰介紹，計量部門通常將振動分為高頻、中頻、低頻三個頻段。高頻（5-50）kHz主要應用於（yú）航空航天領域；中（zhōng）頻（20-5000）Hz主要應用於電子通訊、交通車輛和（hé）機（jī）械製造等領（lǐng）域；低（dī）頻（0.1-120）Hz主要應用於水利電力、橋梁大壩（bà）和環境（jìng）監（jiān）測等領域。

　　超低頻振動（0.002-0.1）Hz，是近（jìn）年來隨著地震（zhèn）觀測、地質勘探、環境監測、航空航（háng）天（tiān）、結構和生（shēng）物動力學等領域的發展（zhǎn）而（ér）出現的一個新概念。於梅研（yán）究員（yuán）以我國近2000個測震台、站廣泛使用的各（gè）類地震計為例，“如中周期（qī）地震（zhèn）計（jì）低頻為0.05 Hz，（甚）寬頻帶地震計低頻為0.003Hz，海底地震觀（guān）測更屬於超低頻特大位移（0.05Hz；±10m）的測量……”。

　　此（cǐ）外，“懸索、斜拉等（děng）大跨度橋（qiáo）梁和高層建築（zhù）結構自振頻率多數已低於0.1Hz；廣泛應（yīng）用於交通運（yùn）輸、機械製造、航空醫學、醫療衛生和勞動防護等生物動力學研究領域的人體振（zhèn）動計，其頻率測量下限為0.063Hz；核爆炸（zhà）的振動下（xià）限已達0.003Hz……”，超低頻振動計（jì）量需求迫切。

　　而目前，我國的國家低頻振動基準頻率下限為0.1Hz（最大加速度7.5mm/s2），最大振幅40mm，其測量能力（lì）遠不能滿足需求。在此（cǐ）背景下，在科技（jì）部（bù）科（kē）技基礎條件（jiàn）平台項目的支持下，中國（guó）計量院於2005年開展（zhǎn）了“超低頻振動國家標準裝置的（de）研究（jiū）與建（jiàn）立”工作。

自主創新（xīn），國際領先

　　於梅研究（jiū）員（yuán）介紹，這（zhè）個構造繁雜超低頻振動基準（zhǔn）裝置（zhì），由超低（dī）頻振動激勵係統和激光測振（zhèn）係統兩部分組成，前者包（bāo）括（kuò）水平和垂直向振動台、功率放大器、反饋控（kòng）製器和拖曳同步跟蹤係統（tǒng）等，後者則由零差正（zhèng）交激光幹涉儀和數據采集處（chù）理係統組成。其中，在水平向振動台、拖曳同步跟蹤係統、負反饋控製係統、零差正交激光幹涉儀、超低頻伺服加速度計套組等部分都實（shí）現了關鍵技術的創新突破，解決了很多困擾國際振動計量界的技術難題（tí）。

　　“超低頻、大位移、大負載、低失真”，是於（yú）梅對超低頻振動基準裝置特點的提煉（liàn）。裝置在超低頻段實現（xiàn）的激光絕對法振動加速度幅值和相位測量，在國內外具有大位（wèi）移（1m（p-p）水平、0.1m（p-p）垂直）、頻率最低（頻（pín）率測（cè）量下限0.002Hz）、承載最大（最大可承（chéng）載30kg）、失真度最小（加速度失真度1%）的顯著特點，可以滿足各類（lèi）超低頻振動（dòng）傳感器（包括大體積、大重量地震計）校準溯源的需求，而其測量不確定度更是控製在國際領先的（de）範圍內（nèi）。

　　鑒於此，專（zhuān）家鑒定意見書上，對裝置的重要意義及（jí）其國（guó）際地位精準總結為：“課題的完成填補了國內外（0.002~0.1）Hz激光絕對法振動幅值和（hé）相位校準的空白，屬自（zì）主創新（xīn）科研成果，研製的校準（zhǔn）裝置屬國內外首創，主要技術指標（biāo）為國際（jì）領先水平，具有重大推廣（guǎng）應用價值。”

　　2010年8月，國際同行評審專（zhuān）家考察後，在《中國計量院（yuàn）質量體（tǐ）係和CMC同行評審報告》中得出如此評價“……在（中國計量院）昌平院區新（xīn）的實驗室有很好的（de）高精度儀器設備，特（tè）別是超低頻（pín）振動標準（zhǔn）係統（tǒng）。基於這些設備和優秀的團隊，振（zhèn）動實驗室無疑是領先實驗室之一。”

 超低頻量值統一的源頭

        要想準確測量出頻率越來越（yuè）低的振動，需要有更加精準的（de）標準裝置作為校準測量的“尺子”和統一的量值（zhí）源頭（tóu）。

　　2009年，我國在超低頻振動裝置上完（wán）成了國內低（dī）頻振動量值比（bǐ）對實驗。目前，基（jī）準裝置已在地震、電力、物探和計量技術機構成功得到推廣移（yí）植，解決了伺服加速度（dù）計、地震計、人體振動計等超低頻（pín）振動傳感器（qì）校準及相關領域超（chāo）低頻振動標準裝置的量值溯（sù）源問題，為它們提供檢測和校（xiào）準服務共享平台。如，為北京地震局某型號地震計、成都鬆源有限公司及中（zhōng）國（guó）運載火箭技術研究（jiū）院某所等單位超低頻振動測（cè）量儀器（qì）的（de）研發提供技術支撐和校準服務（wù），解決了國內現有低頻校準裝（zhuāng）置無法滿足校準要求的難題。

　　在標準裝置的基礎上，2008年，中國計量院研（yán）發了超低（dī）頻振（zhèn）動標準套組，為（wéi）我國（guó）低頻振動量值溯源體係提供了傳（chuán）遞和核查標準。2009年，被作為核查（chá）標（biāo）準器完成了（le）超低（dī）頻裝置的穩定性考核（hé），並在國內低頻振動量值比對中被成功應用，為我國低頻振動的量值統一發揮了重要作用（yòng）。2010年還被亞太計量規（guī）劃組（zǔ）織（zhī）（APMP）確定為低頻振動國際比對的（de）傳遞標準，在中國計量院主導完成的亞（yà）太地區低頻振動國（guó）際比對發揮了重要作用。

　　目前，這（zhè）套超低（dī）頻振動套組（zǔ）已完成了湖南電力公司試驗（yàn）研（yán）究院、中國地震局（jú）哈（hā）爾濱工（gōng）程力學研究所的超低頻振動校準裝置項目的技術驗收；為中國地震局工程力學研究所強震動台網中心研發的多通道超低頻振動標準套組，已應用於地震計的現場（chǎng）檢測。

　　值得一提的（de）是，被應用於飛（fēi）行器姿態（tài）控製等航空航天和軍事領域的低頻QA3000型伺服加速度計是目前國際上公認精度最高的伺（sì）服加速度計。中國計量（liàng）院研製的超低頻振動套組，與（yǔ）其（qí）性能不（bú）相上下。在真正意義上實現超低頻振（zhèn）動加速度的測量，解決了因發達國家的禁銷，造成低頻和（hé）超低頻振動沒有傳（chuán）遞標準器，量（liàng）值無法統一，嚴重製約（yuē）振動計量及地震、物探等相關行業測量技術（shù）發展的瓶頸問（wèn）題。