本刊記者 胡 敬

冰心老人有一句話：“成功之花，人們往往驚羨它現(xiàn)時(shí)的明艷，然而當(dāng)初，它的芽?jī)簠s浸透了奮斗的淚泉，灑滿了犧牲的血雨?！睉{借著多年來(lái)不為人知的勤勉敬業(yè)，中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所研究員、博士生導(dǎo)師張碧星教授在聲學(xué)研究領(lǐng)域征服了一個(gè)又一個(gè)的高峰。

緣起：以“聲”為名

聲學(xué)是一門古老的學(xué)科，早在先秦時(shí)期就有“情發(fā)于聲,生成文謂之音”之說(shuō)；聲學(xué)是一門經(jīng)典的學(xué)科,它對(duì)當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步、國(guó)防事業(yè)的現(xiàn)代化以及人們物質(zhì)精神生活的改善與提高都發(fā)揮著極其重要的作用；聲學(xué)是最具生命力的學(xué)科，從經(jīng)典聲學(xué)到現(xiàn)代聲學(xué)，其內(nèi)涵不斷在深化、外延不斷在擴(kuò)大。

而張碧星與聲學(xué)結(jié)緣則是始于1988年，那時(shí)他在吉林大學(xué)物理系攻讀碩士和博士學(xué)位，在吳式樞教授（中科院院士）和王克協(xié)教授的共同指導(dǎo)下，他開(kāi)始從事井孔聲學(xué)和油氣儲(chǔ)層探測(cè)理論方面的研究，至此埋首聲學(xué)研究刻苦鉆研。

如今張碧星已是中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所聲學(xué)微機(jī)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室主任，目前主要研究方向是超聲檢測(cè)與成像?！爸锌圃旱目蒲协h(huán)境非常好，它給了我一個(gè)安心做科研的平臺(tái)?！闭f(shuō)這話的張碧星是真誠(chéng)而坦率的，早年他大學(xué)畢業(yè)并做了七年中學(xué)教師，是怎樣的堅(jiān)持和勤奮才使得他沒(méi)有安于現(xiàn)狀，從本科生到博士生，從助理研究員到研究室主任，他從沒(méi)放棄過(guò)自己的科學(xué)理想并在專業(yè)領(lǐng)域頗有建樹(shù)：

他在超聲成像、超聲傳播與散射、超聲電子學(xué)、井孔聲學(xué)、層狀介質(zhì)聲學(xué)等方面開(kāi)展了深入系統(tǒng)的研究工作，在時(shí)間反轉(zhuǎn)成像、相控陣檢測(cè)與成像、瑞利波探測(cè)理論及方法、聲波測(cè)井理論與解釋等方面負(fù)責(zé)完成了多項(xiàng)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目及橫向課題。他針對(duì)分層介質(zhì)、各向異性介質(zhì)、多孔介質(zhì)、壓電介質(zhì)等，對(duì)聲波的激發(fā)和傳播與散射機(jī)理、聲學(xué)探測(cè)理論和方法、聲成像理論和方法、超聲相控陣檢測(cè)與技術(shù)開(kāi)發(fā)等問(wèn)題開(kāi)展了長(zhǎng)期的科學(xué)研究，取得了一系列具有原創(chuàng)性的科研成果，在國(guó)內(nèi)外同行中引起了廣泛的關(guān)注和重視。

鉆研：超聲相控技術(shù)

超聲波可以穿透不透光的物體，利用超聲波在物體中的傳播特性可以獲得物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和聲學(xué)參數(shù)的信息，從而得到物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的直觀圖像，即超聲成像技術(shù)能對(duì)不透明體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到人眼可見(jiàn)的圖像。

超聲成像是超聲探測(cè)從定性向定量化和可視化發(fā)展的標(biāo)志，是聲學(xué)領(lǐng)域中極為重要的發(fā)展方向，在很多行業(yè)取得了廣泛的應(yīng)用，而且新的檢測(cè)成像技術(shù)也在不斷地提出和發(fā)展。超聲相控陣技術(shù)就是最近十多年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型超聲檢測(cè)技術(shù)，它是利用電子技術(shù)控制相控陣換能器各陣元發(fā)射信號(hào)的時(shí)間延遲和幅度實(shí)現(xiàn)聲波的聚焦發(fā)射和聚焦接收，即利用電子掃描技術(shù)快速改變各陣元信號(hào)的時(shí)延和幅度，進(jìn)行快速動(dòng)態(tài)聚焦和掃描成像，從而對(duì)待檢材料的各個(gè)部位進(jìn)行快速的掃描、檢測(cè)與成像。和常規(guī)技術(shù)相比，它大大提高了檢測(cè)速度和精度。

由于這一技術(shù)的諸多優(yōu)勢(shì)，它已在國(guó)外很多領(lǐng)域得到了快速發(fā)展和成功應(yīng)用，如工業(yè)檢測(cè)中的管材檢測(cè)、管道焊縫檢測(cè)、核電站設(shè)備材料檢測(cè)、飛機(jī)材料檢測(cè)、鐵軌和車輪檢測(cè)等，在相關(guān)行業(yè)已不斷推出逐漸成熟的商業(yè)性超聲相控陣成像設(shè)備和儀器。然而，我國(guó)關(guān)于超聲相控陣技術(shù)研究起步較晚，目前還沒(méi)有具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的任何成型的商用超聲相控陣成像儀器和設(shè)備。

針對(duì)這一狀況，張碧星教授近十年來(lái)一直堅(jiān)持開(kāi)展超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)的理論、方法及實(shí)驗(yàn)研究。近幾年，在國(guó)家863計(jì)劃課題資助下，開(kāi)展了超聲相控陣管材檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用研究，取得了可喜成果。

管材在生產(chǎn)過(guò)程中，由于多種原因會(huì)產(chǎn)生多種形式的縱向和橫向的缺陷，這些缺陷對(duì)管棒材的質(zhì)量保障及安全生產(chǎn)存在著極大的質(zhì)量隱患，目前，我國(guó)鋼廠的管材超聲檢測(cè)方法幾乎都是采用常規(guī)的探傷檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備，其檢測(cè)手段基本停留在幾十年前的檢測(cè)水平上。

對(duì)此，張碧星教授率團(tuán)隊(duì)，在開(kāi)展大量超聲相控陣?yán)碚摵蛯?shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，專注于管材超聲相控陣檢測(cè)的應(yīng)用技術(shù)研究，結(jié)合最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)、微電子技術(shù)和機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)，攻克了一系列技術(shù)難關(guān)，在相控陣換能器探頭設(shè)計(jì)與研制、相控陣發(fā)射采集系統(tǒng)、高速數(shù)據(jù)處理與傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)上取得突破，打破了國(guó)外技術(shù)的封鎖，成功研制出我國(guó)第一臺(tái)超聲相控陣管材探傷設(shè)備，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，填補(bǔ)了我國(guó)在超聲相控陣管材檢測(cè)上的技術(shù)空白，改變了我國(guó)不能研制管材超聲相控陣檢測(cè)設(shè)備的落后現(xiàn)狀。

功成：“聲”名遠(yuǎn)播

多年來(lái)，張碧星教授一直從事聲學(xué)無(wú)損評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用方法研究，他完善和發(fā)展了聲表面波探測(cè)的理論體系。理論上對(duì)分層介質(zhì)的傳遞矩陣進(jìn)行了改進(jìn)，改善了數(shù)值計(jì)算中的高頻有效數(shù)字丟失現(xiàn)象，較大程度地提高了可計(jì)算的頻率范圍，使得在通常頻段范圍內(nèi)完全克服了有效數(shù)字丟失現(xiàn)象的難題，該方法被稱為propagator mathix法。在此基礎(chǔ)上，他對(duì)聲表面波探測(cè)理論與方法開(kāi)展了系統(tǒng)深入的研究，正確地給出了聲表面波多模態(tài)的物理詮釋及內(nèi)在機(jī)理，首次提出了聲表面波“之”字形頻散曲線的形成機(jī)理，為聲表面波反演研究打開(kāi)了缺口，并率先開(kāi)展了聲表面波反演研究。形成了一套基本成熟的聲表面波探測(cè)的理論體系，已逐漸得到了國(guó)內(nèi)外科技工作者的認(rèn)可，目前已被大量引用。

他發(fā)展了聲學(xué)時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦成像理論，首次將時(shí)間反轉(zhuǎn)法應(yīng)用于各向異性介質(zhì)，提出了時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦增益的概念。率先在國(guó)內(nèi)開(kāi)展了系統(tǒng)的聲學(xué)時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦理論和實(shí)驗(yàn)研究，將時(shí)間反轉(zhuǎn)法應(yīng)用于水下編碼通信，極大地降低水下通信中的誤碼率，使通信距離大大增加，推動(dòng)了我國(guó)水下通信研究的發(fā)展。這項(xiàng)工作得到了時(shí)間反轉(zhuǎn)法創(chuàng)始人、著名物理學(xué)家Fink教授的高度評(píng)價(jià)。

在井孔聲學(xué)方面，他深入系統(tǒng)地研究了模式波和臨界折射波的激發(fā)與傳播機(jī)制，指出多極源在低頻段測(cè)得的是臨界折射橫波而不是具有頻散特性的模式波，澄清了前人在該問(wèn)題上的模糊認(rèn)識(shí)。對(duì)于各向異性聲測(cè)井理論，他首次采用攝動(dòng)理論對(duì)各向異性地層井孔內(nèi)外聲場(chǎng)進(jìn)行了攝動(dòng)求解，得到了一套完整的理論體系，對(duì)非軸對(duì)稱各向異性聲測(cè)井理論、井中橫波劈裂等問(wèn)題的研究提供了很好的理論基礎(chǔ)。

專注科研之外，張碧星教授也十分注重與國(guó)際接軌，與國(guó)際學(xué)術(shù)界建立了長(zhǎng)期友好的合作關(guān)系。他多次參加國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，并擔(dān)任了第17屆世界無(wú)損檢測(cè)會(huì)議、第10屆西太平洋會(huì)議、第2屆中韓無(wú)損檢測(cè)會(huì)議、第5屆國(guó)際波動(dòng)力學(xué)會(huì)議等國(guó)際會(huì)議的分會(huì)主席。他還發(fā)起、組織并主辦了第一屆和第二屆中日無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)研討會(huì)。

通過(guò)與張碧星教授的交談，教授純樸而謙卑，樂(lè)觀而豁達(dá)的性格深深的感染了我們，這位在聲學(xué)領(lǐng)域里探索多年的專家，選擇了對(duì)事業(yè)執(zhí)著追求，對(duì)科研全力以赴，從而讓自己的生命厚重而有意義。祝愿他在這條充滿艱辛也藏有喜悅的攀峰途中，越攀越高！