大型均质器

背景图1 卫星遥感在制造用于卫星和望远镜的传感器的过程中，最重要的步骤之一是表征传感器的辐射性能，并建立到达传感器的光与传感器的数值输出之间的关系。 某国家航天局需要一套积分球均匀光源系统，用于在大型传感器的开发中进行校准测试。 开口尺寸需要1.5 米才能使发光面完全覆盖整个设备。另外还要求控制外部温度，确保可靠的长期使用。图2 成像传感器Labsphere（蓝菲光学）解决方案图3 蓝菲光学研发的大孔径积分球均匀光源图4 最大的辐亮度为此开发的系统需要大的积分球，获得超大开口端和总共 37 个灯以实现测试所需的均匀性和光谱辐射。Labsphere（蓝菲光学） 善于定制产品的开发，该系统具有以下独特功能：通过两个侧面安装的电动活塞自动调节高度；稳定性好，具有调平千斤顶工业脚轮；包含软件和硬件的完全集成的计算机系统；可控制灯产生的热量：开口周围的定制散热器，用于吸收大部分热量开口处的手动百叶窗，用于保护用户和设备免受测试后过热的影响后半球隔热罩，防止意外伤害三个温度探头来监测积分球内部的热量三个外部鼓风机连接到积分球周围的通风口具有带宽和 FOV 滤光片的可拆卸硅探测器；具有热电冷却功能的可拆卸 InGaAs 探测器；更新了具有附加功能的 HELIOSense 软件。特点先进的热重定向系统，可防止组件和材料损坏并保护用户免受意外伤害；高度可调和开口端缩孔器，可以灵活地对各种不同的传感器系统进行测试；具有针对客户应用程序优化的软件，最大限度地提高效率和可用性；可控制和获得宽光谱，通过 Labsphere（蓝菲光学） 的 HELIOSense 软件微调光谱辐射、色温和波长分布；满足所有光谱要求， 97% 以上的均匀性提供覆盖可见光和红外带内辐射度；照度 (lux)176,737光谱辐射度(W/m2-sr)1,605面均匀性 (100% Power)97.32%面均匀性(10% Power)95.08%角度均匀性 (±10°)99.5%角度均匀性 (±45°)99.2%短期(5s) 稳定性99.995%长期(30s) 稳定性99.994%硅探测器非线性度0.42%InGaAs 探测器非线性度0.37%最高外部温度39.5°C总灯功率17,680W

近年来，随着科研投入不断增加，科研设施、仪器的数量和原值也快速增长，但仪器的利用率和共享水平却不高，与发达国家相差较大。 　　一些高校为争取上级部门所划拨的经费，没有充分进行规划论证，就盲目购置了一部分高精尖设备，但维修、开发、配件、耗材等后续配套经费不足。 　　在2012-2013年度，某市7所知名高校共有331台大型仪器培训人数为0，占全部大型仪器总数量的23.59%。受使用人员数量的限制，造成了大型仪器使用效率不高。 　　&ldquo 我跟国内一所著名大学有合作，这所大学的人跟我讲，他们买一个6000万元的设备，放了5年都没动，没拆过包。这是一种严重的浪费。&rdquo 今年两会期间，全国政协委员张杰庭直指国内部分大学严重浪费贵重科研设备。 　　张杰庭所说的高校大型仪器闲置问题，在国内很多大学都长期存在。据了解，近年来，随着科研投入不断增加，科研设施、仪器的数量和原值也快速增长，但仪器的利用率和共享水平却不高。 　　针对高校等科研单位存在的这一问题，《关于国家重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放的意见》近日获得审议通过，此次改革旨在解决分散、重复、封闭、低效和专业化服务能力差的问题。 　　高校大型仪器的使用、共享情况如何?高校大型仪器为何会被闲置浪费?如何解决高校大型仪器闲置浪费问题?针对这些问题，中国教育报记者进行了调查采访。 　　部分高校的大型仪器成为&ldquo 高科技废铁&rdquo 　　华中农业大学国资设备管理处资产管理科副科长许晶，对某市7所知名高校用于教学、科研并且原值大于40万元的大型仪器使用和管理现状进行了调查。她发现，随着&ldquo 211工程&rdquo 、&ldquo 985工程&rdquo 的实施以及重点学科、重点实验室建设等项目推进，高校教学科研设备的投入越来越大，大型仪器的台件数和原值迅速上升。许晶以华中地区某大学为例，该校大型仪器台件数和原值连续5年增幅超过30%。然而，设备利用率并没有随着数量一同上涨。 　　许晶的调查数据显示，某市这7所知名高校大型仪器存量大，其台件数量和原值均超过所在省总量的70%。&ldquo 这7所知名高校大型仪器经费投入多，但分配不科学。&rdquo 许晶调查发现，这7所知名高校仪器购置经费庞大，维修经费明显不足。许晶提供的数据显示，这7所知名高校某段时间内仪器购置经费为90022.82万元，占全省高校仪器购置经费总量的53% 维修经费3556.62万元，占全省高校维修费用50%。貌似趋于合理，但将购置经费与维修经费进行横向比较，则明显发现两项经费支出比例不协调。按照国际惯例，仪器设备购置预算时，需同时追加仪器购置费用20%的资金，或通过基金项目等方式，保证每年获得约占仪器原值6%的费用，用于仪器的维护和运行。这7所知名高校中，2012-2013学年度仪器维修经费与购置经费最高比例为11.56%，最低0%。其中，有两所学校的比例高于10%，有3所学校的比例低于2%，而这7所知名高校所在省的比例为4.16%。 　　&ldquo 这说明部分高校仪器维修经费不足，部分高校仪器维修经费没有设立专门的账户进行管理。&rdquo 许晶发现，大型仪器存量基数大的学校较为重视大型仪器的维修管理。例如在2012-2013学年度，A大学大型仪器397台件，是E大学174台件的两倍以上，A大学购置费15210.41万元，与E大学的12196.68万元相差不多 但当年A大学设备维护经费1720.78万元，而数据显示E大学没有专门的仪器维护费用。 　　许晶将大型仪器任务分为承担项目数量和培训人员数量两部分。在承担项目数方面，许晶调查后发现，综合类大学的项目数总量最多，其次为理工类，部分文科院校大型仪器2012-2013学年度没有承担任何项目，其中G大学大型仪器在该年度的教学实验项目数、科研项目数、社会服务项目数均为0。这7所高校都存在一定比例的无项目任务的大型仪器，共420台件，占大型仪器总数的29.94%。在培训人员数方面，许晶发现部分仪器没有进行人员使用培训。 　　许晶根据大型仪器的分类，将占大型仪器总数量70%的成分分析仪器、光学仪器和实验仪器装置进行具体分析。分析测试仪器和光学仪器大多属于通用设备，所以采用每年1400小时的额定机时标准。她发现，这7所知名高校大型仪器闲置现象严重，仅有一所学校年平均机时数达到1400小时。其中，实验室装置闲置率最高，占仪器总量的24.58%，三项平均闲置率超过20%。超过五成仪器已使用但没有达到额定机时数，利用率在200%以上比例偏低，与国外大型仪器利用率相差较大。同一学校、同一类型的大型仪器利用率相差甚远。如A大学成分分析仪器中27台色谱仪，除5台0机时，其他最高机时数8352小时，最低249小时 B大学25台显微镜，除3台0机时，其他最高机时数2563小时，最低60小时。 　　许晶对这7所知名高校大型仪器使用效益进行了分析，其中G大学由于大型仪器处于闲置状态，获奖数、发明专利数、论文数均为0，没有任何效益产生。 　　西南地区某大学同样有大量大型仪器处于闲置状态，四川师范大学实验室与设备管理处综合管理科科长彭刚曾连续5年调查西南地区某大学大型科研设备使用情况。他发现，5年中，这些大型科研设备在教学科研方面，每学年平均每台最高使用了1420小时，而最低只使用了362小时 在所培训的能够独立操作的学生及教师方面，每学年平均每台最高培训了81.83人、7.64人，而最低仅为30.09人、1.08人 在相应的设备上所进行的教学实验项目数及科研项目数方面，平均每台最高的每学年仅为2个、2.36个，而最低的每学年仅为0.91个、1.33个 在利用这些设备所发表的核心期刊以上的论文方面，利用每台设备年均最高发表了5.09篇，而最低的只有0.73篇。5年利用这些大型科研设备所获得奖项及发明专利共24项，年平均不到5项，相当于产生一项有影响的奖励或专利需要28万元的经费进行相应的设备投入。 　　盲目购置等原因导致高校大型仪器被闲置 　　高校大型科研设备为何被闲置浪费?许晶、彭刚分别以某市7所知名高校、西南地区某大学为样本，进行了调查分析。 　　在彭刚看来，前期采购论证不充分是导致仪器闲置重要原因之一。一些高校为争取上级部门所划拨的经费，没有充分进行规划论证，就盲目购置了一部分高精尖设备，但由于维修、开发、配件、耗材等后续配套经费不足，即使拥有了高精尖设备，也无法有效使用，部分设备甚至长期0机时。 　　彭刚举例分析说，西南地区某大学在2008年末才开始全面实施政府采购制度，而此前该校教学科研经费投入采用切块分配的办法。在年初下达经费时，按照学院规模和学生人数分配经费，学院再根据得到的经费多少及实验教学的需求采购设备，并没有对设备的可持续使用进行综合考虑，造成部分大型精密仪器设备因为技术发展太快，达不到实验课程教学需求而长期闲置。另外，该校部分学院在引进其他高校特殊人才时，都会承诺其到位后科研发展所需要的硬件配置，所以造成所购设备只能在短期的某些课题中使用，一旦人员流失或项目结题，很容易造成设备长期无人用的窘境。 　　彭刚认为，全面实施政府采购并未彻底解决大型仪器闲置问题。因为在现行高校教学设备采购制度的博弈过程中，实验教师处于弱势地位。他举例说，按照前期论证需求进行购置时，部分学院又调整相关技术参数，甚至会出现因某某领导打招呼而否定论证结果的情况，这样采购回来的设备并不能完全满足实验教学所需，可能出现如新购设备与原有设备之间不配套、不兼容，教师不熟悉新到设备，同一门实验课程中两组学生使用的是不同设备等情况。 　　&ldquo 由于大型仪器耗资大，所属单位对维修和维护成本顾虑颇多，不愿意进行共享使用，这也导致大型仪器被闲置。&rdquo 许晶表示，大型仪器购置需要花费巨额资金，经费来源于学校项目或者教师的科研项目。学校根据学科发展框架进行购置的大型仪器一般具有较强的针对性，用于鼓励和扶植特定的学科或研究方向，科研经费更加明确地规定了研究内容，所以高校教师在最先取得仪器使用权的条件下，往往不自觉地将仪器设备&ldquo 私有化&rdquo ，认为仪器所有权属于本学科甚至本课题组。 　　彭刚也发现，西南地区某大学部分学院对购买的设备&ldquo 专管专用&rdquo ，即使本学院的大型仪器设备也只有极少数的教师能够使用，往往设备只是摆放在极个别科研能力很强或职务很高的个人房间内。 　　&ldquo 高校大型精密仪器设备管理体制滞后，是导致仪器闲置的另一原因。&rdquo 彭刚解释说，由于管理观念淡薄、重钱轻物、重投入轻管理等思想比较盛行，西南地区某大学在进行新的投入时，没有一套行之有效的评价机制及奖惩制度来约束大型精密仪器设备的使用，从未对己经采购回来的设备进行过相应的绩效考核，这种&ldquo 重购买、轻管理、无绩效评估&rdquo 的问题在很多高校都不同程度地存在。 　　许晶表示，大型仪器使用者和管理者获得培训的机会不足也导致大型仪器利用率不高。她介绍说，由于管理知识培训和操作技术培训不够，导致使用者和管理者对大型仪器的管理方式和方法欠缺。 　　据许晶调查，某市7所知名高校只有1所高校实行四级管理，其余6所实行三级管理制度。三级管理分别是校级管理、设备归口行政部门管理和学院级管理 四级管理分别是校级管理、设备归口部门管理、学院级管理和使用人管理。三级管理中，设备使用管理处于薄弱环节，由于没有将使用人和管理人责任确认和统一，存在大量&ldquo 只用不管&rdquo 和&ldquo 有而不用&rdquo 现象。学校在对大型仪器进行管理政策法规培训的时候，只能达到学院一级的管理幅度，管理要求无法直达仪器的第一使用人。 　　&ldquo 对教师和本科生仪器操作培训不足也导致大型仪器闲置。&rdquo 许晶调查发现，在2012-2013年度，某市7所知名高校共有331台大型仪器培训人数为0，占全部大型仪器总数量的23.59%。这7所知名高校一方面对高校教师培训不足，另一方面对本科学生的仪器操作培训不足。受使用人员数量的限制，造成了大型仪器使用效率不高。 　　&ldquo 实验室工作人员不足，待遇低等原因也导致工作人员积极性不高，加重了大型仪器闲置的程度。&rdquo 许晶对这7所知名高校实验室工作人员情况进行分析时发现，各高校实验室人员配备数量差异较大。如A大学大型仪器397台件，实验室工作人员2585人 B大学大型仪器444台件，实验室工作人员764人。此外，各校专职人数与兼职人数的比例相差悬殊。如G大学兼职人数为90.43%，B大学13.35%。部分学校主要依靠兼职人员进行实验室仪器的使用和管理，专职人员里从事教师工作的人员一般都担负其他的教学或者科研任务，没有足够的精力进行大型仪器的使用和管理工作。 　　&ldquo 激励制度不完善也是重要原因之一。&rdquo 许晶具体分析说，某市7所知名高校对其大型仪器管理人员激励措施乏力，大型仪器管理人员地位不高，许多高校大型仪器的管理人员地位低于教师和行政管理人员，职业发展空间有限，以至于部分工作能力较强的管理人员无心好好工作，想方设法调到其他岗位。 　　怎样解决高校大型仪器闲置问题 　　在许晶看来，美国高校在高效使用和科学管理大型仪器方面取得了很大成就，哈佛大学、耶鲁大学等就是其中典范。 　　许晶将原因总结为五点，一是美国政府部门制定了具有导向性的政策法规，减少资金滥用，促进开放共享，同时给予高校资金等物质支持 二是美国高校在大型仪器使用和管理中，得到了企业等社会组织的支持与合作，企业和高校保持信息的流畅与沟通，为大型仪器研发、功能开发和使用提供基础 三是美国高校根据客观情况，针对存在的问题，建立不同的管理模式，实现科学化管理 四是美国重视大型仪器使用和管理人才队伍建设，拥有数量、素质都合理的人才队伍 五是美国高校利用网络技术手段，方便用户查找、使用，为大型仪器共享提供了技术基础。 　　许晶建议说，我国高校要科学管理大型仪器，首先应树立并实现全员管理理念，即管理人员负责对仪器的全生命周期过程进行计划、管控和调节，科学地安排仪器使用 操作人员通过研习操作方法，开发拓展仪器功能，获得理想的实验结果 后勤人员需要按照仪器状况和使用频率，定期检查仪器运行环境和主动排查仪器故障，分析总结原因，减少仪器故障等事件发生 管理人员、操作人员和后勤人员在工作中，有效沟通协调、互相配合。 　　&ldquo 而要实现全员管理，就要探索建立以人为管理对象的制度体系，以及以物为管理对象的制度体系。&rdquo 许晶介绍说，以人为管理对象的制度体系包括各项奖惩制度和培训制度等。在现有基础上，高校应该结合大型仪器的使用情况建立适度的激励制度，保证实验室队伍的稳定与高水平。以大型仪器为管理对象的制度包括购置论证、共享管理、日常管理和检修制度等。在经费预算中将设备购置、使用和维护结合起来，建立长效机制，缓解日益增加的运行、维护和维修压力。 　　&ldquo 同时要加强过程管理，减少资源浪费。&rdquo 许晶建议高校购置大型仪器前要进行长期合理规划。首先学校根据人才培养方案的调整、专业建设的要求和学科发展的需要，对大型仪器的需求进行梳理，统一规划大型仪器购置的内容。其次依据学校的规划方案，设备主管部门结合绩效评价结果，对全校存量大型仪器进行分类统计，将购置计划中提出的同一类型仪器进行协调和归并，既要保证教学和科研的顺利进行，又要有效避免重复购置，保证资金有效利用。 　　彭刚也建议高校在购买大型仪器时，要以实验教学实际需求为依据，改变下属学院&ldquo 只管买，不管用&rdquo 的现状，逐步建立以学校投入为主、学院投入为辅的校院二级经费投入机制。严格执行实验室项目建设制度，坚持立项论证、统筹规划、专家评议、严格验收和效益评价。表彰投资效益显著的学院，并在新申报的建设项目中优先考虑 限期整改未达到预期目标的学院，并减少其下一年的经费额度。做好&ldquo 从严立项、过程监控、追踪问效、确保质量&rdquo 的投资效益管理保障。 　　为充分发挥高校大型仪器设备在教学、科研和社会服务中的作用，提高设备利用率和效益，彭刚建议高校要以网络技术发展为契机，建设大型仪器共享平台，共享平台实行&ldquo 有偿服务，科学定价，统一收费，合理分配&rdquo 的管理运行机制，鼓励各单位在保证学校教学、科研工作正常进行的前提下，积极开展对外服务，在实现学校内部各个学院间共享大型精密仪器设备的同时，逐渐依托校园网络实现同省份、同城市不同高校间的设备共享共用。 　　彭刚具体建议说，共享平台依托校园网，将所能够共享的各种设备信息公布到网上，包括仪器设备的技术参数、使用信息、设备分布、主要功能等，从而利用现有网络技术和实验教学管理优势，建立一套符合高校实验教学运行模式的&ldquo 课时制&rdquo 共享平台，把全天开放时间以一堂教学课程的45分钟为一个基本时间段，划分成若干时间段进行全天候的开放共享，申请人员根据需要在可选择的时间段内进行申请，先到先用。 　　&ldquo 共享平台也需要一系列制度保障。&rdquo 许晶认为，大型仪器共享共用的管理模式是在满足学校教学科研需求的前提下，进行专家论证、集中采购、进入共享管理体系、公开仪器信息、接受使用预约、实行有偿使用，最后进行科学评价。而这需要以下制度予以保障：首先完善共享平台日常管理制度，制定大型仪器专人管理制度，加强日常管理，建立档案管理 其次是建立定期考核制度，对使用和管理人员任务进行定性与定量分析，进行全面化考核 再其次是建设共享与共用制度，实行有偿使用制度，推进财务报告制度。 　　&ldquo 最后就是要强化队伍建设，提升管理素质。&rdquo 许晶建议将科研队伍吸收到大型仪器的使用和管理工作队伍中，从而改变大型仪器的条块分割状态。更重要的是，要在校内外招聘高水平的技术人员，聘期内给予他们较高待遇，让他们安心地完成仪器管理和维护，认真做好开放服务工作。同时，高校要对大型仪器管理和技术人员加强专业知识、操作技能、管理知识等方面的培训。 　　【链接】 　　高校科研设备&ldquo 家底&rdquo 知多少 　　10月27日，中央全面深化改革领导小组第六次会议审议通过了《关于国家重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放的意见》。 　　中共中央总书记、中央全面深化改革领导小组组长习近平提出，要从健全国家创新体系、提高全社会创新能力的高度，通过深化改革和制度创新，把公共财政投资形成的国家重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放，让它们更好地为科技创新服务、为社会服务。推进这项改革要细化公开有关实施操作办法，加强统筹协调，一些探索性较强的问题可先试点。 　　此次《意见》中所指的国家重大科研基础设施和大型科研仪器主要包括四个部分：大型科学装置、科学仪器中心、科学仪器服务单元和单台(套)价值50万元以上的科学仪器设备等。截至2013年底，全国共有大型科学仪器设备近9万台(套)，其中高校和科研院所中的大型科学仪器设备总量54918台(套)，原值总计780.2亿元。

日前，首台由中科院高能所研制的EXFEL大型低温恒温器样机全面通过了德国电子同步加速器研究所（DESY）的测试验收，受到DESY的好评。 欧洲X射线自由电子激光（EXFEL）是计划建造在德国汉堡的国际合作的大科学装置。2005年11月24日，科技部代表中国政府正式签署了准备阶段的谅解备忘录，成为EXFEL计划的正式成员，并且拟以实物贡献的方式参加到此次国际合作当中。作为此次国际合作的单位之一，高能所开展大型低温恒温器的样机及其关键技术的研究，样机测试合格后进行批量生产，完成EXFEL国际合作的部分实物贡献，同时通过此次国际合作全面掌握大型低温恒温器的设计、制造、安装及调试等关键技术。 EXFEL低温恒温器的长度为12.2m，总重量为7.8吨，其中有2.8吨的冷质量和5吨的真空容器质量。鉴于其独特的结构和性能要求，高能所科技人员在进行大量调研和充分消化吸收的基础上，将原29张图纸转换为206张适合于国内加工制造的技术图纸并分别撰写了相应的工艺和技术要求。同时根据国内外此类产品的加工经验，撰写了详细的产品制造说明书供加工单位参考使用。在加工制造阶段选派组内经验丰富的工程技术人员驻厂进行技术监督和指导工作，帮助生产方进行工艺工装的设计，确保重要部位焊接及机加工严格符合技术要求，在液氮冷激、压力、真空、漏率等重要的性能测试工作中严格把好质量关。对EXFEL恒温器最关键的漏热和支撑部件POST进行了专门研究，针对POST的特殊结构自行设计了拉力试验机对其分层进行不同等级的拉力试验。在整个EXFEL恒温器样机的研制过程中，从材料的采购、零部件的加工制造、性能测试到最后的包装运输每个步骤均进行严格的质量控制，精益求精。样机出厂时邀请了有经验的专家意大利INFN的Carlo. Pagani教授和使用方德国DESY MKS1组 Kay. Jensch参加了出厂测试和预验收，他们对样机制造过程中的工艺方法和质量控制给予高度评价。Carlo. Pagani教授认为此台低温恒温器的制造水准已经超过了对样机的要求，Kay. Jensch则表示中国的研制能力给其留下深刻印象，不会怀疑中国在以后批量生产的技术水平和能力。 EXFEL大型低温恒温器样机于2009年3月10日正式发运，4月21日运抵德国。EXFEL网站对这台样机进行了报道，并将其命名为PXFEL1，以区别于西班牙和法国制造尚未完成的样机。5月至7月在德国DESY进行了低温恒温器与超导腔的总装和低温测试，在零下271℃的低温下，恒温器各项技术指标均达到或超过技术要求，表明我所研制的恒温器样机全面通过了DESY方面的测试验收，受到DESY方面的认可和好评。DESY网站再次进行了大篇幅的报道，DESY主管加速器的副所长Brinkmann先生在给高能所姜晓明副所长的电子邮件中将其称为“两所之间高效的、富有成果的、令人愉快的合作典范”。