宋開臣

宋開臣，男，1965年9月生。1997年天津大學精密儀器工程系測試計量技術及儀器專業研究生畢業，獲工學博士學位；1999年浙江大學博士後出站。現任浙江大學教授、博士生導師。

基本介紹

• 中文名：宋開臣
• 畢業院校：浙江大學
• 學位/學歷：博士
• 專業方向：機械電子工程、感技術及感測器、現代測試技術及信號處理

人物經歷

1986年畢業於內蒙古工業大學機械工程系，1994年獲天津大學計量測試技術及儀器專業工學碩士學位，1997年獲天津大學計量測試技術及儀器專業工學博士學位。1999年浙江大學流體傳動與控制博士後。2005年晉升教授。

研究領域

主要研究方向為：感測技術及感測器；現代測試技術及信號處理；精密儀器系統設計理論及方法；先進慣性測量與導航技術。主要從事測試計量技術、感測器技術、信號分析與處理技術以及儀器系統設計與數位化技術等方面的教學和科研工作。尤其在慣性測量與導航技術、工業過程的測量控制技術及儀表、精密機械及機光電一體化系統和裝備、微弱信號檢測及精密儀器電路等方向有比較深入地研究。科研項目涉及計量測試儀器、汽車電子、航空航天和海洋資源勘測等領域。

所獲榮譽

科研成果：作為項目負責人和主要骨幹多次參加國家“863”、“973”計畫項目、國家自然科學基金項目。先後主持了國家“863”計畫項目二十餘項，承擔了30多項航天產品的研製工作，為企業研製了多種產品；在國核心心期刊和國內、外國際會議上發表學術論文五十餘篇；擁有多項國家發明專利；獲省部級科技進步二等獎兩項，獲得國務院頒發的2008年度國家科技進步特等獎；先後兩次榮獲總裝備部某重大專項“傑出貢獻先進個人”稱號；杭州市新世紀“131”優秀中青年人才培養計畫人選，浙江省新世紀“151”人才工程培養人員。

研究與成果

1、高精度電量測量及儀器

高精度電量測量技術主要用於檢測極其微弱的交直流電流信號，在多年工作基礎上發展的高精度可控電流源是一種高精度低頻基準源，它可用於電流、電壓動態標準源等領域，是高精度電量測量技術的集中體現。高精度可控電流源除了能夠輸出高精度的交直流信號外，還能夠具有高精度信號檢測功能。在信號檢測方面，它利用多路高精度檢測電路對同一信號進行測量並融合，解決了高靜態精度和寬測量頻寬之間的矛盾。

高精度可控電流源的實物圖如圖 (a)所示，標準機箱大小，能輸出獨立四通道高精度動態電壓和電流信號，可通過計算機直接控制輸出任意波形。

該儀器可作為工業設備動態信號計量標準源，在工業生產自動化、機電裝備研製與仿真等領域有著廣泛的套用。

2、高精度導航及感測器技術

高精度導航及感測器技術主要包括高精度導航裝置研製和新型高精度導航技術研究，以及新型慣性感測器的研究，具體包括：高精度慣性導航、高精度姿態測量系統、超緊耦合組合導航算法、數位化石英撓性加速度計、磁懸浮加速度計和靜電支撐水銀加速度計等。

2.1高精度慣性導航裝置

高精度慣性導航裝置是一種捷聯慣性導航裝置，採用四軸慣性感測器冗餘設計，嵌入式處理器實現實時導航算法，具有常規型、耐壓型等多種形式。該裝置可用於水下機器人的高精度水下三維定位，滿足長時間工作、耐高壓、抗海水腐蝕、小型化、低功耗、高性能、低成本等要求，具有廣泛的套用和市場前景。

該裝置如圖（a）所示，它的研製成功打破已開發國家對高精度導航技術的壟斷，促進我國的海洋探測能力和海洋科學的發展。裝置在技術上達到目前國際先進水平，而成本僅是同類產品的二分之一，在價格上具有極強的競爭力。

2.2高精度姿態測量系統

高精度姿態測量系統是以MEMS陀螺儀和MEMS加速度計作為核心，實時測量並得到載體在三維空間上的姿態信息。該系統採用旋轉調製、誤差補償等技術，抑制了MEMS感測器誤差，有效提高了微小型慣性測量系統的精度。該技術可套用於汽車、船舶等各種交通工具的高精度姿態測量，具有精度高、體積小、成本低的優點，產品如圖(b)所示。

2.3GNSS/MEMS-DR超緊耦合組合導航算法

針對衛星導航接收機在弱信號或高動態情況下容易失鎖，以及MEMS器件噪聲大的問題，深入研究了衛星導航與MEMS航位推算系統的超緊耦合組合導航算法。

如圖(c)所示，綜合利用MEMS陀螺、加速度計、磁力計和里程計的信息，提出一種基於多感測器信息融合的MEMS航位推算算法，抑制累積誤差，以低成本、低精度的感測器實現高精度導航。其具有以下特點：

u導航精度高、成本低、實現容易

u可提高組合導航系統的定位精度和可靠性

u弱信號跟蹤能力強

2.4數位化石英撓性加速度計

與傳統模擬加速度計相比，數位化加速度計具有便於修正表頭模型、方便與上位機通信等特性。數位化石英撓性加速度計是利用石英擺片將外界震動信號轉化為電信號，並通過AD傳給FPGA，在FPGA中經過一定的算法處理，由DA產生反饋電流的同時直接輸出數位化加速度值，實驗裝置如圖(d)所示。

2.5靜電支撐水銀加速度計

靜電支撐水銀加速計將靜電支撐技術與水銀加速度計相結合，用靜電力平衡慣性力，通過閉環控制，實現水銀液滴在靜電力作用下的穩定“懸浮”，以液滴與極板接觸面積變化作為平衡的判斷依據，實現用電壓的測量獲取相應的加速度信息。靜電支撐水銀加速計具有抗高過載、閉環控制、靈敏度高、量程大和高線性度等特點。

目前已完成靜電支撐水銀加速度計原理驗證演示系統搭建，如圖(f)所示。

3、高性能綜合現場測試儀器

本研究旨在研製出一種模組化的、完全開放的高性能網路式綜合現場測試儀器系統。現場儀器廣泛套用於自動測試系統的數據採集，但功能單一的儀器無法滿足複雜的測試需求，而功能冗餘的儀器則會造成成本的增加和資源的浪費。

插卡式現場測試儀器，是由單體定製的功能板卡實現所需功能；如圖(b)所示的是網路式綜合現場測試儀器系統，採用一種通用化、開放式的硬體共享平台，將不同儀器的相同功能集成在一起，根據測試對象只需擴展相應的前端模組，即可快速搭建出全新的測試儀器，實現資源的重複利用。

4、超高速採樣系統

本研究旨在實現超高速電信號採樣技術，解決傳統電採樣技術難以同時滿足高採樣率與高分辨的瓶頸。高速採樣系統廣泛套用於通信領域以及高能物理粒子研究等。

超高速採樣系統如圖(a)所示，採用多片高解析度高速ADC晶片組成採樣陣列，並以時間交替並行採樣技術（TIADC）的方式實現系統級的高速高精度採樣。TIADC在嚴格控制多相時鐘的前提下，通過時分交錯的方式組織多片性能相同的模數轉換晶片，在保證解析度不降低的同時實現採樣率的成倍疊加，從而突破單個ADC的採樣率上限。

5、流量儀器

流量計是測量氣體、電磁、質量等各種流量的儀表，在現今國民經濟中的自動化計量中起著至關重要的作用。本研究側重對渦街流量計。