嚴普強

嚴普強，精密機械與儀器測試技術專家。開發了大模數尖齒齒輪滾刀，研製了高精度陀螺馬達動平衡機和具有能補償船舶機動航行誤差的新型電控陀螺羅經。先後在現場動平衡、精密微動工作檯、前臂假肢控制、低頻振動測量技術等領域取得成果，是中國機械工程測試技術的開拓者。

基本介紹

• 中文名：嚴普強
• 國籍：中國
• 出生地：浙江省寧波市鎮海區蟹浦鎮
• 出生日期：1929年10月25日

簡歷

1941-1946年 先後就讀於上海市育材初級中學、育群中學、上海中學。

1946-1950年 在清華大學機械工程系學習，畢業。

嚴普強

1950-1951年 任清華大學機械工程系助教。

1951-1955年 在莫斯科工具機工具學院做研究生，獲技術科學副博士學位。

1956-1959年 任清華大學機械製造系金屬切削工具機與工具教研組副主任，講師。

1959-1979年 任清華大學精密儀器與機械製造系陀螺導航儀器教研組主任，副教授。

1980-1993年 任清華大學精密儀器與機械學系精密儀器教研組主任，教授，博士生導師。

1993年 離休，返聘。

生平簡介

學前經歷

嚴普強，1929年10月25日生於浙江寧波鎮海區澥浦鎮。他的父母均未有受教育的機會，深以為憾，所以十分珍惜子女受教育的機會。為了尋求生計和發展，在嚴普強能夠記事的時候，全家就移居上海。1937年嚴普強剛讀完國小一年級，同年8月13日日寇進攻上海。嚴普強隨親戚逃難回故鄉，住在外祖母家，並就讀於附近的農村國小。該國小的校舍在祠堂里，條件很簡陋，幾個班共用一個教室上課。但是在抗日救亡的形勢下，學校的教學卻是生氣勃勃。老師講抗日戰爭的形勢和故事，還帶領學生到村里宣傳抗日，唱救亡歌曲。這種救亡、愛國的教育和以後親歷在日寇鐵蹄下的淪陷區生活使嚴普強從小就認識到“落後就要挨打”和“天下興亡，匹夫有責”的真諦。

求學經歷

受戰亂影響，童年的嚴普強數次往返於上海—寧波之間，時而轉學，時而輟學。前後念了四年半書，換了五個國小算是國小畢業了。幸運的是：他進入了條件雖差，卻教學嚴格的國中——上海私立育材初級中學。國中畢業後他進入育群中學。甫一年，抗日戰爭勝利，嚴普強又轉入江蘇省立上海中學念高二。1946年嚴普強以同等學力從高二跳級考入清華大學。1950 年在清華機械工程系畢業。清華園內“自強不息、厚德載物”的校訓和劉仙洲、李輯祥、錢偉長等一代宗師嚴謹求實的作風薰陶了他。清華園內追求民主和真理的氣氛，抗暴、反內戰、反飢餓等歷次學生運動更是青年學生的第二課堂。在完成學業的同時，嚴普強也積極投入學生運動，參加了地下黨領導的外圍組織。嚴普強於1950年清華大學畢業後，留校做助教，主輔汽車工程。1951年暑假帶領學生實習時突然被召回，參加考試。旋即他被派往蘇聯，進入莫斯科工具機工具學院，做刀具專家賽明欽柯教授的研究生。他從字母開始學習俄文，還要補學各門專業課。嚴普強以其勤奮和聰穎，學業進步較快。我國《人民畫報》和蘇聯一些報紙曾刊登他和導師的照片和事跡報導。1955年底，嚴普強以《高生產率齒輪滾刀研究》的論文完成副博士學位的答辯。

工作經歷

1956年嚴普強回清華大學任教，任機械製造系工具機與工具教研組副主任、講師，主持切削刀具組的工作。該年春夏季節，他參與了制訂我國第一個科學技術發展的12年規劃。1958年，為解決我國無大型鏟背車床不能生產大模數齒輪滾刀的困難，研製了大模數尖齒齒輪滾刀。1959年清華大學成立了一批圍繞國防新技術的專業，嚴普強被調去建立陀螺導航儀器專業。為加速人才的培養，新專業抽調了一批高班的學生，而且還同時承擔核潛艇導航的科研任務，所以嚴普強是邊學、邊教、邊乾，教學相長，共同建設新專業。在國民經濟困難時期，該項科研任務暫時下馬，教學工作也就更走上正軌。1964年，經過調研後，嚴普強率領教研組對陀螺儀生產中的關鍵設備——動平衡機展開研究，很快在1965年、1966年連續鑑定了兩種型號的高精度陀螺馬達動平衡機。

主要論著

1 嚴普強.齒輪加工論文集·提高滾齒生產率的途徑.北京：機械工業出版社，1959

2 嚴普強，周兆英.電控陀螺羅經的機動誤差及其補償方法.清華大學學報，1980，20（1）：61-72

3 施昊，嚴普強.一種新型數字鎖相環.儀器儀表學報，1990，11（3）：225-229

4 Yan Puqiang，Shi Hao.A High Lock-in Speed Digital Phase-Locked Loop.IEEE Trans.on Communications，1991，39（3）：，365-368

5 黃濤，嚴普強.全數位化鎖相倍頻器的設計.清華大學學報，1990，30 （3）：61-67

6 嚴普強.現場動平衡.試驗機與材料試驗，1982（3）：1-5

7 Yan Puqiang,Wei Wenling.A Design of Low Cost Microprocessorized Instrument for Field Balancing.Proceedings of Multinational Instrumentation Conference(MICONIX 86),Beijing,Apr 16-19,1986:432-442

8 嚴普強，喬陶鵬。工程中的低頻振動測量與其感測器，振動、測量與診斷，2002，22（4）

科技成果

背景

在振動測量中，高、中頻振動由於結構會相伴產生高的動態力或者由於結構共鳴而產生高噪聲，因而早為工程界所重視。為了機組的安全，防止人員的疲勞及舒適性的要求，各類機械都制定了相應的振動限止標準。相應的，適應高、中頻振動測量的感測器也有成熟的系列商品。隨著大型水力發電站的發展，低頻（0.5Hz以下）振動監測提上日程。而大型土木結構（例如：包括斜拉橋和懸索橋的大跨度橋樑、高聳建築、海洋平台等）的低階固有頻率都在0.2Hz左右或更低。對大機組的安全運行，對大結構建築質量及狀態的評估都必須做振動測量和分析；精密廠房地基的評估也要求低頻、微小振幅的測量。

加速度計和磁電式振動速度感測器是用於高、中頻絕對振動測量的、成熟的感測器。前者雖然是一個低通型感測器，但是在測量低頻小振幅時輸出信號太弱，信噪比很差。後者則是一種高通型的感測器，測量範圍應在其結構的彈簧——質量系統的固有頻率之上。如果要用磁電式速度感測器測量低頻振動，則勢必要用很軟的彈簧懸掛系統和較大的質量塊，這就不僅要增大感測器的體積和重量，而且其可靠性大大降低。工程中要求測量低頻振動的感測器應該是體積小、靈敏度高、可靠性好、使用方便。

成果

嚴普強分析了磁電式速度感測器（檢波器）的傳遞函式，其分母取決於機械結構的彈簧——質量系統。為了保證感測器在工程套用中的可靠性，其固有頻率不能低於5～10Hz。他提出了用串聯校正擴展低頻特性的方法：通過對所用校正電路傳遞函式的零、極點的巧妙配置，使感測器的輸出特點等效於一個固有頻率很低的檢波器。而與此同時，保持了其原固有頻率較高的檢波器的可靠性好，適於工程套用的特點。多年的研究工作使嚴普強認識到：在我國科研成果轉化為生產力的體制尚不完善的時候，將一項研究發明從做成原理樣機，發表論文到為工程界所接受還要做很多細緻的工作。為使這種新型感測器發揮其生命力，除了不斷地改進結構和工藝，嚴普強不顧70歲的高齡帶領學生和年輕同事進行了大量的現場測試工作，包括對多種結構型式的大跨度橋樑振動和模態測試、大型水輪發電機組振動測試、精密地基評估測試、地脈動測量和周邊警戒試驗等，發展了適應上述各種工程領域的測試系統。這種絕對式低頻振動感測器已在上述多個工程領域獲得推廣套用。

技術成就

在20世紀60年代國民經濟困難時期，核潛艇導航任務暫時下馬。嚴普強帶領新辦的陀螺導航儀器專業的師生則把力量轉向解決當時陀螺儀器工業生產中迫切需要解決的技術關鍵。

當時無論是航空還是航海陀螺儀器的生產都是引進蘇聯的技術。不僅產品嚴格按蘇聯圖紙生產，而且全套工藝裝備和試驗設備均從蘇聯引進。陀螺馬達是陀螺儀的心臟，轉速為19800轉/分或24000轉/分。對高轉速的陀螺馬達，轉子動平衡是關鍵技術，允許不平衡量折合轉子偏心量小於0.2～0.4μm。當時生產中使用的是蘇聯A-21型動平衡機。動平衡工序不僅需要經驗豐富的技術工人，而且常常要多次反覆平衡，形成了生產中的瓶頸。1963年嚴普強和全國藩領導的課題組決定為解決這一國防生產上的難題而努力。

經過詳細的試驗和分析，他們發現了這種動平衡機在結構設計和電路設計上的致命弱點：支承系統設計有原理性的錯誤；電路中採用雙T諧振選頻電路後對動平衡轉速的微小波動即導致相位角指示的大幅晃動。

分析了A-21型平衡機的癥結所在後，課題組迅速制訂了新型平衡機的設計方案：設計了新型的各向等彈性的支承系統；採用寬頻的高、低通濾波技術抑制噪聲；採用同步檢波技術和旋轉變壓器線性移相技術來提取動不平衡振動信號的幅值和相角。在確定了技術方案，分解了技術關鍵後，結合64屆學生的畢業設計工作，師生們通力合作，在不到一年的時間就研製出新型的陀螺轉子動平衡機——PJ-Ⅰ型，並在1965年初通過技術鑑定。1966年初又鑑定了PJ-Ⅱ型，精度指標達到0.008μm。PJ型動平衡機曾由系工廠生產，供應國防生產單位的需要。

“文化大革命”以後，根據拓寬專業的指導思想，嚴普強領導其科研小組也把動平衡技術的研究轉向民用工業，特別是電力工業的現場動平衡技術。他在這個領域的主要貢獻是：①首先發展了跟蹤轉速的整周期採樣技術，這是套用計算機技術解決動平衡信號處理的關鍵；②用相關濾波技術（模擬的或數字的）在信噪比很差的條件下獲取準確的動不平衡振動信號中的幅值和相角信息；③認為軟支承動平衡機中的解算電路、硬支承動平衡機中的平面分離係數法都有其嚴格的條件限制，動平衡平面分離的最佳措施是採用影響係數法，上述解算電路和平面分離係數都是影響係數法的特例；④首先將微型計算機用於現場動平衡。所研製的IDB型微機化動平衡儀集總了鎖相倍頻的整周期採樣、數字相關濾波、諧波分析、用影響係數進行多平衡面解耦等先進技術。該微機化現場動平衡儀由工廠生產並在1988年榮獲國家發明三等獎。

與動平衡技術相關連，嚴普強進一步用跟蹤轉速的鎖相倍頻技術在軸系振動測量和診斷技術領域取得了多項研究成果。例如：對變速轉子的動力學，他提出復譜分析理論，利用轉子啟、停過程中的豐富信息來診斷多種故障；他還提出一種用數位技術的軸系扭轉振動測量新方法，該方法可以分離轉速的變化和各階扭振振幅。

通過對數位訊號處理的潛心研究，嚴普強進一步提出避開硬體在振動信號中準確分離出轉頻分量的幅值和相角的方法——利用參考信號（鍵相或光電信號）提取連續譜線上特定頻率的譜線信息，他倡導了利用PC機在現場排除旋轉機械動不平衡故障的途徑。

聾啞人是一個較大的弱勢群體，我國每年新增的聾啞人約數萬人。“啞”是因聾引起，聽覺神經系統有故障，聽不到自己發音（說話），缺少反饋信息，也就學不成說話。如果使語言可視化，給聾兒的語音訓練以視覺的反饋，就可以訓練聾兒說話，使他們聾而不啞。再進一步，如果將正常人的說話也作可視化處理，無疑將可以有助於聾啞人與正常人之間的社會交往。

從六七十年代開始，計算機語音識別就是一個世界性的熱門課題。漢語語音識別的研究也已有20多年的歷史，也是國家科技攻關的重點。儘管已有一些市售的語音打字機等產品，但是至今其識別率、強頑性（魯棒性）還不盡如人意。專業打字人員常用字形輸入（如五筆字型法等），熟悉漢語拼音的年輕人則用鍵盤輸入。

對於計算機對漢語語音識別研究，嚴普強一直認為不能簡單承襲英語語音識別的技術途徑。漢語由單音節字組成詞，音節具有聲、韻、調的結構，語音的標誌單元——音素對應特定的發音方式即一定的口形、舌位和送氣方式。所以如果充分利用漢語實驗語音學的研究成果，合理切分音節，以音素作為識別單元應是一條有效的途徑。為此，80年代末期他曾經指導幾個研究生髮展了一種由硬體（語音基頻提取器等）和軟體組成的識別系統，這項工作已跨越了他所從事教學專業的界限，且受到工作條件的限制，後來只得中止。

離休以後，嚴普強仍然關注語音識別技術的進展。當他了解當前聾兒語音訓練系統雖已有產品，但價格高、識別效果又不理想時，便決心發展聾兒語言訓練的識別技術，為幫助我國弱勢群體盡一份力量。他暮年的希望就是將語音識別方面多年研究成果能在這一領域開花結果。他指導幾個有志於此的學生已取得可喜的成果。