隧道无损检测

昝月稳在颁奖礼上　　西南交通大学教授昝月稳团队凭借“高效快速检测隧道衬砌结构状态车载探地雷达新技术”，获得国际隧道与地下空间协会(ITA)颁发的2015年度技术创新奖。　　这一被誉为隧道界“奥斯卡”的奖项今年吸引了全球103个项目参评，最终8个项目获奖。昝月稳团队的参评项目是中国今年获得的唯一奖项，也是ITA颁发的首个年度技术创新奖。这项检测技术，被ITA赞为“解决了国家铁路网隧道安全检查的重大问题，具有显著的社会效益”。　　历时14年，研制出隧道新型“体检设备”　　随着交通日益发达，地铁、公路隧道、穿山铁路隧道等地下交通在我们的生活中占有越来越大的比重。　　不过，这些隧道开始运营之后，就像人体一样，会产生生老病死等各种问题，随之出现的落石、漏水、开裂等等，会对交通和安全产生不可估量的危险。因此，需要经常对这些隧道进行“体检”。但是，目前的体检方式还依赖于人工，检测人员操纵笨重的机器一步步的检测，有时仅仅一公里的隧道，一天都检测不完。　　11月19日，国际隧道与地下空间协会在瑞士举行了一场颁奖典礼，由西南交通大学教授昝月稳、李志林等申报的“高效快速检测隧道衬砌结构状态车载探地雷达新技术”项目获得了年度技术创新大奖。这也是我国获得的唯一奖项。　　这种车载探地雷达系统大大颠覆了现在的隧道检测技术，不仅解放了人力，还将检测成本至少降低了一半。而今年10月，这种检车方法已经在成都铁路局所属的达成铁路上应用了。　　对比　　老方法　　检测人员手举天线一公里隧道一天都检测不完　　“目前，隧道的运行周期是一百年，它会不断地老化，会产生各种问题。”12月18日上午，在西南交大，昝月稳教授介绍起了他的这项研究。　　他说，隧道老化很正常，但列车在隧道运行的时候，最害怕的就是隧道掉块、漏水，掉块砸到列车，被迫停车，封锁线路十几个小时的事情都是有的。为了减少这种状况的发生，就需要经常对隧道进行体检。　　而现在平常检查隧道的方法比较“原始”，主要依靠人工，拿着手电筒在隧道走上一遍，照一下重点方位，靠人判断是否有状况发生。　　每隔一段时间，还会进行全面“体检”，通常用的是“探地雷达”，趁着列车行进的间歇，把机器开进隧道，由人工压着天线紧贴隧道墙壁，探头通过天线发射电磁波，检测人员再通过回波探测出墙下结构，分析墙面状况。这种人工检测的方法约莫需要七八个工作人员同时工作，检测时速在5公里左右，需要来回五次才能把整个隧道检测完毕。“因为检测必须在列车行进间歇进行，有时候一公里的隧道，一天都检测不完，”昝月稳说道。　　新成果　　6个探头安在列车尾部成都到西安一晚就能完成检测　　同传统人工检测使用一个探头不同，昝月稳研究的“车载探地雷达设备”是安装在一节列车车厢的尾部，上方和左右两侧共有6个探头同时探测，与此同时，它的最高时速可以高达175km，只需要两名工作人员监控系统，就可以在正常的列车运行条件下完成整条线的检测。　　“以前人工检测必须紧贴着墙壁，你看这个，安装在列车上的探头，距离墙壁的最远距离多达2.25米。”昝月稳指着图示解释说，以前的人工探测就像是照相机，而他的“车载探地雷达设备”就像是摄像机，列车一路行走，探头就能完成记录整个过程中的地质状况。“而为了保证质量，目前我们检测时列车运行时速为80公里。从成都到西安，坐在车上不用动，一晚上就可以完成整条线的检测。”　　从间歇式的5公里/时到目前的80公里/时，从原来的紧贴墙壁到现在可透过空气检测，从原来的单线检测到现在的6个探头同时检测，不仅减少了人力，还把检测费用降低到了原有的一半，昝月稳的“车载探地雷达设备”彻底地改变了国家铁路网隧道病害不能普查和定期体检的现状。这项技术不仅节省了人力成本，还降低了检测费用。2015年，这项技术在西安铁路局全面推广并在成都铁路局达成铁路上应用。　　应用　　2002年开始测试今年已应用在成都线路上　　这项技术是以昝月稳为主的科研团队从2002年开始研制，2012年，西南交通大学以此项技术申报国家发明专利，2014年4月获得国家发明专利权。　　2013年1月，这项科研项目通过铁道部科技司课题验收，2015年，这项检测技术开始在西安铁路局所管辖的线路上进行全面推广，并进行了所有线路的检测。今年10月，在成都铁路局所管辖的达成线上完成检测。　　“其实，这项技术不仅仅可以用在铁路隧道上的检测，在地铁隧道和公路隧道上，也具有广阔的应用前景。”这不，今年10月，这个项目还在广州地铁上进行了检测，测试效果也非常好。　　背后故事　　14年潜心研究　　曾背着主机显示屏徒步10公里去测试　　一个科研项目的成功，背后当然凝聚着研究人员的心血，而这项“车载探地雷达设备与技术”的成功，昝月稳整整用了14年的时间。　　2002年，作为某单位里的唯一一名博士，他辞掉安稳的科长职务，开始专心研究车载探地雷达技术。当时，研究人员少、资金短缺，他就和几个科研人员背着显示器、计算机主机、探头、天线等一整套的探测雷达系统，走上10多公里的小路，到大山中的隧道中去探测。科研经费短缺，他就自己边赚钱边研究。　　昝月稳说，因为需要跟着列车走，几天几夜吃住在车上的事情都是常有的。冬天内蒙古冷到零下28℃，那时候他就知道了手摸到铁皮要粘起来的感受。新隧道检测，里面全部是粉尘，他们就用被单把列车的车门、窗户全部蒙起来。　　不过，这些苦还不是最大的挑战。最让他们焦心的是，研究过程中机器设备的耗损，一不小心就会坏掉，三更半夜到了车站，来不及休息，就到处敲门找人去修，“没办法呀，不修好所有数据都没了，这一趟真的是白跑了，那时候半夜去敲门的状况还是很多的。”最让昝月稳印象深刻的是一次事故，列车到了陕南的一小站，山间容易起雾，设备都是放在露天的车站，早上五六点发车，一启动，接收器全部都烧了，没有办法，只能白跑一趟，回去再全部重新定做机器。　　昝月稳说，隧道的一般病态有漏水、断裂、腐蚀老化、掉块等，为保证运输隧道安全，需要对其进行病害普查，特别要对老龄隧道进行定期检查。该项目就是为铁路隧道提供“体检”的新设备与技术。

“从1969年10月1日北京地铁一号线试运行至今已经历50多年，我国地铁里程不断攀升。据中国城市轨道交通协会最新统计，2020年我国地铁运营总里程6200多公里，在建5000多公里，总历程达到超过一万公里。当前，我国北、上、广、深等特大城市，轨道交通里程处于世界前五的水平。”近日，北京交通大学副教授王耀东接受采访时说。　　而地铁隧道病害与表面状态检测则是保障安全运营的重要内容之一。“否则，地铁隧道一旦发生事故，将会给生命财产带来巨大损失。”在4月22日举行的聚焦2021年北京地区广受关注学术成果报告会上，王耀东说。随着隧道病害检测技术的快速发展，他和团队正在尝试将机器视觉、先进传感等技术引入相关检测，让这一过程变得更加高效、智能。　　隧道“体检”，从人工巡检到机器检视　　地铁交通极大方便了城市居民的出行，但是地铁隧道中出现的各种“病害”，如隧道裂缝、渗漏水、沉降、衬砌剥落、掉块等，给电客车安全运营带来挑战。　　以隧道裂缝为例，王耀东表示，其形成原因比较复杂，岩层性质、岩土压力、混凝土收缩、结构移位变形、侵蚀破坏、施工遗留等都是潜在诱因。别是南方的过江过河隧道或地下水较丰富区域的隧道，如果产生裂缝产生就会产生渗漏水，影响地铁运行的安全。因此需要定期巡检，及时养护、维修。　　王耀东还记得2012年回国之初跟随地铁巡检人员做现场数据采集的情形。“凌晨1点到4点，夜深人静，地铁停运，才会开始人工巡检，要用肉眼观察、手写记录。”　　他表示，尽管传统的超声波检测法、声发检测法、电磁波检测技术等不断提高检测精度，但速度低、效率慢，难以满足现代轨道交通快速发展的需求。而信息技术的发展，多维传感、机器视觉检测技术的使用则为这项检测工作的提速、高效提供了新的契机。　　“机器视觉的特点是效率高、可移动、非接触，特别是信息处理自动化、智能化、数字化，也是隧道巡检的发展方向。”王耀东说。他和同事在不断尝试把机器视觉技术、图像处理技术、多维感知、人工智能等技术，应用在隧道病害检测当中，这些智能巡检技术可以逐步代替人工，完成隧道基础设施的自动检测。　　裂缝识别，让机器拥有“人眼”和“大脑”　　“裂缝检测智能巡检技术主要分两个步骤，第一步是图像裂缝采集，利用高速相机和特制的辅助光源，保证采集到高质量的隧道图像 第二步是裂缝病害图像处理，对所有原始图像进行预处理，包括：匀光处理、连通区域分块化、噪声滤波等，提取纹理目标进行特征判断，最后识别裂缝区域，为后续速调维护提供技术支持。”王耀东介绍。　　这些听起来似乎很简单，但如何让机器像人眼一样，全面、精细采集图像，并像人脑一样准确地识别裂缝种类呢?每一步做起来都不简单，都需要精细化的算法研究和关键技术的攻克。　　例如，他们研发了图像采集系统样机引入了线阵相机(进行连续拍摄形成二维图像，避免图像重叠和数据冗余)、面阵相机(针对隧道中照明不佳，进行大面积强光源补光)、定向运动设备(对隧道进行扫描式图像采集降低漏检率)，来获得高质量的图像。他们还开发出一套表面裂缝图像的批量识别软件，设计出核心算法进行图像处理。　　经过近十年的“磨剑”，王耀东及团队成员克服各种挑战，2018年在发表于《铁道学报》的论文研究中，首次报告了基于局部图像纹理计算的隧道裂缝视觉检测技术。他们研发的一套图像采集系统实验样机，将线状激光光源、高速线阵相机、激光发生器、图像采集卡，安装在可调节移动式视觉检测平台上，可在隧道中进行巡检。然后将高分辨率裂缝图像分成子区域，针对性地进行算法研究，完成最后的检测。　　“这种智能巡检技术有助于解放人力，服务地铁运维。”王耀东说。他坦言，从综合指标看，目前这种技术对于背景简单的普通隧道裂缝识别率比较高，可以达到84%以上。但对于比较复杂环境下的裂缝，识别率还有待提高。”。　　2018年至今，随着深度学习卷积神经网络深入发展，对海量隧道图像的计算性能有了数十倍的提升，识别率也有较大提高。然而，王耀东表示，对于复杂恶劣环境下，肉眼难以观察的微小缺陷仍然很难检测到。　　增强自主创新，助力交通强国建设　　王耀东希望，在未来检测算法上，加强对不同类型纹理噪声的识别，提高图像处理的计算效率，进一步提高隧道病害检测效率。　　为此，他们建立了隧道病害样本库，基于深度学习，对隧道表面病害图像多分类智能识别。为了更好地采集图像，他们还对采集系统进行了模块化研发，并研制了隧道巡检机器人，对隧道裂缝、三维形变、沉降进行检测。　　目前，他们还在研制多种类、移动式隧道检测平台，如低速便携手推式(0-10公里/小时)检测平台，到中速紧凑自主行走式检测平台(0-30公里/小时)，再到高速车载式综合检测平台(0-100公里/小时)的，以及路轨两栖式综合平台(0-60公里/小时)。对隧道、轨道多维数据进行采集，并进行智能分析和大数据处理，最后生成区间报表提供给专业人员使用，用于隧道和轨道维护。　　“目前，我国轨道交通运营里程已经位居世界第一位，智能运维也处于世界前列。”王耀东说，但仍然亟需加强自主创新。他举例说，我国轨道交通智能数据采集设备、高精尖传感器还需要从国外进口，这些设备有的一套系统单一功能，但因为技术被国外垄断，报价却达到数百万元，甚至上千万元。　　“我们科技工作者还要继续努力，推动基础研究创新，将主动权掌握在自己手中。”他说，2035年我们国家要基本建成交通强国，这将推动我国城市轨道交通进一步向大数据、智能化、精准化方向去发展，让老百姓出行更安全、更便利，乘坐舒适性更高。

p style=" text-align: center " 　　 img width=" 413" height=" 310" style=" width: 413px height: 310px " alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/old/NewsImags/images/2015210151949.png" / /p p & nbsp & nbsp & nbsp 以80公里/小时的速度驾车在隧道内跑上一趟，隧道的健康状况就尽在掌握中。昨日，被业界称为“隧道医生”的国内首台隧道快速检测车在武汉下线。未来，我国隧道的病害检测将告别肉眼观察。 /p p 　　昨日，坐落于光谷武大科技园内的武汉武大卓越科技有限责任公司用一台自主研发生产的“隧道快速检验车”，打破了国外对该技术的垄断。 /p p 　　记者现场看到，新下线的隧道快速检验车以中型卡车为载体，车厢内安装着数个精密传感器。该公司副总裁胡丹丹告诉记者，只需要一名司机驾车和一名操作员操控，这些传感器可以在最高时速80公里的状况下一路走一路测，采集隧道内的信息并形成数据，用无损检测的方式发现隧道内的裂缝及渗漏水等状况，宽度在0.2毫米以上的裂缝都“难逃法眼”，超越肉眼进行观察。 /p p 　　更重要的是，由于是国产，该车不仅在售价上比进口的便宜约三分之一，而且后期的数据分析也是免费的。以重庆使用的德国进口隧道快速检测车为例，后期数据分析的价格高达70美元/公里。 /p p 　　据悉，目前，该检测车下线前已在武汉黄龙山隧道多次试验，结果表明，其完全满足检测的各项技术需求，填补了国内空白。 /p p 　　据了解，目前，我国已是世界上公路隧道最多、发展速度最快的国家。截至2013年年底，我国隧道已超过1万座，特长隧道超过400座，位居各国前列。由于地质条件、地形条件、气候条件和设计、施工、运营过程中各种因素的影响，隧道在长期的使用过程中比普通道路更容易出现病害，如开裂、渗漏水、冻害、腐蚀等，需要经常对隧道的病害状况进行检查。 /p p 　　■揭秘 国内隧道病害检测 /p p 　　主要靠肉眼观察和钻孔测量 /p p 　　受制于技术原因，长期以来，国内对隧道的病害检测大多采取人工检测，靠使用肉眼观察和钻孔法进行测量。肉眼观察受人为因素影响较大，存在着效率低、准确性差、不能进行历史数据对比等问题。而钻孔方法虽然比较直观，但检测速度慢，同时易破坏隧道防排水系统，影响隧道寿命，以上两种方法都难以全面反映隧道整体及各部位质量。目前，以1公里的隧道为例，人工测量约需20人耗时4小时才能完成。虽然重庆曾在德国进口了一台隧道快速检验车，但由于使用成本太高而难以被其他地区效仿。 /p

▲图 | 太赫兹扫描隧道显微镜系统（来源：资料图）太赫兹，是介于远红外和微波之间的电磁波，具有光子能量低、穿透性好等特点，在高速无线通信、光谱学、无损伤成像检测和学科交叉等领域具备广泛应用前景，被誉为“改变未来世界的十大技术”之一。简单来看，太赫兹扫描隧道显微镜系统就是一个超快摄影机，只不过它要观察和拍摄的对象是分子和原子世界，并且拍摄的帧率在亚皮秒量级。对于非线性太赫兹科学来说，控制太赫兹脉冲的“载波包络相位”，即激光脉冲的载波与包络之间的关系至关重要，特别是用于超快太赫兹扫描隧道显微镜时。太赫兹载波包络相位移相器的设计和实现，在利用太赫兹脉冲控制分子定向、高次谐波生成、阈上电离、太赫兹波前整形等领域，均具备潜在应用价值。（来源：Advanced Optical Materials）1. 为调控太赫兹的载波包络相位提供新方案据介绍，王天武在中科院空天信息研究院（广州园区）-广东大湾区空天信息研究院担任主任和研究员等职务，研究方向为太赫兹技术。目前，其主要负责大湾区研究院的太赫兹科研队伍建设。该研究要解决的问题在于，常规探测手段只能得到静态的原子形貌图像，无法观察物质受到激发，例如经过激光辐照后的动态弛豫过程图像，即无法观察到激子的形成、俄歇复合、载流子谷间散射等过程，而这些机理的研究，对于凝聚态物理学包括产业化应用都非常重要。原因在于，这些动力学过程发生的时间尺度，往往都在皮秒量级，即万亿分之一秒的时间，任何普通调控手段均无法达到这一时间量级。利用飞秒脉冲激光技术，能显著提高扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，STM）这一扫描探针显微术工具的时间分辨率。但是，目前仍受到多种因素的限制，比如样品和针尖制备困难、针尖的电容耦合效应、脉冲光引起的热膨胀效应等。太赫兹的脉冲宽度位于亚皮秒尺度，其电场分量可被看作一个在很宽范围内、连续可调的交流电流源。因此，将太赫兹电场脉冲与 STM 结合，利用其瞬态电场，即可作用于扫描针尖和样品之间的空隙，从而产生隧穿电流进行扫描成像，能同时实现原子级空间分辨率和亚皮秒时间分辨率。如前所述，太赫兹扫描隧道显微镜系统好比一个超快摄影机。但是，太赫兹电场脉冲和 STM 的实际结合过程，却并非那么简单，中间要攻克诸多难题。其中一个最基础的重要难题，在于太赫兹源的相位调控技术。太赫兹扫描隧道显微镜系统是利用太赫兹激发针尖尖端和样品之间的空隙，来产生隧穿电流并进行采样。不同相位太赫兹源的电场方向不一样，这样一来所激发的隧穿电流的方向亦不相同。根据不同样品施加不同相位的太赫兹源，可以更好地匹配样品，进而发挥系统性能优势，借此得到高质量光谱。因此，通过简单高效的途径，就能控制太赫兹脉冲的载波包络相位，借此实现对于隧道结中近场太赫兹时间波形的主动控制，同时这也是发展超快原子级分辨技术的必备阶段。通常，超短脉冲的载波包络相位，必须通过反馈技术来稳定。除少数例子外，比如用双色场激光等离子体产生的太赫兹辐射源，大多数商业化设备产生的太赫兹脉冲的载波包络相位都是锁定的，例如人们常用的光整流技术生成的太赫兹脉冲。多个太赫兹偏振元件组成的复杂装置，可用于控制太赫兹脉冲的载波包络相位。然而，鉴于菲涅耳反射带来的损耗，致使其插入损耗很大，故无法被广泛应用。另外，在太赫兹波段，大部分天然材料的色散响应较弱、双折射系数较小，很难被设计成相应的载波包络相位控制器件，因此无法用于具有宽频率成分的太赫兹脉冲。与天然材料相比，超材料是一种由亚波长结构衍生而来的、具有特殊光学特性的人工材料，其对电磁波的色散响应和双折射系数，均可进行人为定制。虽然超材料技术发展迅猛。但是，由于近单周期太赫兹脉冲的宽带特性，利用超材料对太赫兹脉冲的载波包络相位进行控制，仍是一件难事。为解决这一难题，王天武用超材料制备出一款芯片——即柔性太赫兹载波包络移相器，专门用于控制太赫兹脉冲的载波包络相位。该芯片由不同结构的超材料阵列组成，可在亚波长厚度和不改变太赫兹电场极化的情况下，实现对太赫兹载波包络相位的消色差可控相移，其对太赫兹脉冲的载波包络相位的相移调制深度高达 2π。相比传统的太赫兹载波包络相位移相器，该移相器具有超薄、柔性、低插损、易于安装和操作等优点，有望成为太赫兹扫描隧道显微镜系统的核心部件。近日，相关论文以《基于超材料的柔性太赫兹载波环移相器》（Flexible THz Carrier-Envelope Phase Shifter Based on Metamaterials）为题发表在 Advanced Optical Materials 上，李彤和全保刚分别担任第一和第二作者，王天武和空天信息创新研究院方广有研究员担任共同通讯作者。▲图 | 相关论文（来源：Advanced Optical Materials）审稿人认为：“此研究非常有趣、简明扼要，研究团队完成了一套完备的工作体系。该芯片的设计和实现，为调控太赫兹的载波包络相位提供了新的解决方案。”2. 建立国际领先的太赫兹科学实验平台据介绍，王天武所在的研究院，围绕制约人类利用太赫兹频谱资源的主要科学问题和技术瓶颈，致力于形成一批引领国际的原创性理论方法和太赫兹核心器件技术，以建立国际领先的太赫兹科学实验平台。他说：“太赫兹扫描隧道显微镜是我们院的一大特色，该设备摒弃了此前施加电压的方式，以太赫兹为激发源，去激发探针尖端和样品之间的间隙，从而产生隧穿电流并进行成像。相关技术在国内属于首创，在国际上也处于领先水平。”在诸多要克服的困难中，太赫兹载波包络相位的调制便是其中之一。入射太赫兹的相位大小对激发的隧穿电流的幅值、相位等信息影响甚大，是提高设备时间和空间分辨率必须要解决的重要问题之一。由于设备腔体比较长，并且腔体内部为高真空环境，与外界空气是隔绝的。传统的太赫兹相位改变方式比较难以实现，因此需要研发新型的相位调制器件。而该课题立项的初衷，正是希望找到一种结构简单、但是对太赫兹载波包络相位调制效率高的方法和装置，以便更好地服务于太赫兹扫描隧道显微镜系统。在文献调研的初始阶段，该团队商定使用超材料来制作太赫兹相位调制器。具体来说，其利用特定的金属分裂环谐振器的几何相位、以及共振相位，来控制太赫兹脉冲的载波包络相位值。之所以选择金属分裂环谐振器作为基本相控单元，是因为在一定条件下，它对太赫兹具有宽谱响应。当任意方向的线偏振波与谐振器耦合时，入射电场分量可映射到平行于谐振器对称轴和垂直于谐振器对称轴，借此可以激发谐振器的对称本征模和反对称本征模。此时，通过改变金属分裂环谐振器的几何相位和共振相位，散射场的某一偏振分量的电场相位会相应延迟，大小可以轻松覆盖 0-2π。但是，由于存在电偶极子的双向辐射，导致金属分裂环谐振器存在明显的反射和偏振损耗。为此，课题组引入了一对正交的定向光栅，利用多光束干涉的方式解决了谐振器插入损耗大的问题。随之而来的另一难题是，由于正交光栅的存在，导致入射波和透射波之间的电场偏振始终是垂直的，在太赫兹扫描隧道显微镜系统的工作中，这是不被允许的。好在样品均是由互易材料制成的，于是这一问题很快迎刃而解。随后，该团队采用常规紫外光刻、电子束沉积以及聚酰亚胺薄膜上的剥离技术，制备出相关样品，并利用太赫兹时域光谱系统，对所制备的样品性能进行表征。当入射的太赫兹脉冲，依次被样品中不同的微结构阵列调制时，研究人员通过太赫兹时域光谱测量，清晰观察到了太赫兹脉冲的时间波形的变化，且与仿真结果十分吻合。此外，课题组还在广角入射和大样品形变时，验证了该样品的鲁棒性。总而言之，该成果为宽带太赫兹载波包络相位的控制，提供了一种新型解决方案，并在不改变太赫兹电场极化的情况下，利用“超材料”在亚波长厚度的尺度上，实现了针对宽带太赫兹载波包络相位的消色差可控相移。关于这一部分成果的相关论文，也已发表在《先进光学材料》期刊。（来源：Advanced Optical Materials）据介绍，此次芯片能把太赫兹的相位最高移动至 2π 大小，并且具有大的光入射角度和良好的柔韧性等优点，在太赫兹扫描隧道显微镜系统，以及其他相关领域有较高的应用价值。但是，该芯片目前仍存在一个缺点，即无法做到太赫兹载波包络相位的连续调制。这是由于，采用的金属分裂环谐振器是单次加工制成的，所能调制的几何相位和共振相位已经确定，无法再被人为改变。因此，使用过程中只能通过加工特定结构的芯片，来实现所需相位的调制。未来，该团队打算将当下比较热门的二维材料、相变材料、液晶材料等材料集成到芯片中，这些材料的优势在于光学性能可被人为改变。同时，其还将综合电、光、热等手段，实现金属分裂环谐振器几何和共振相位的主动控制，从而实现对太赫兹脉冲的连续载波包络相位调制。此外，课题组也会继续优化微加工工艺和原料制备流程，进一步提升芯片的综合性能指标，比如器件的低插入损耗、高工作带宽等，同时也将降低制造成本，以便后续的产业化推广。

随着科技的不断发展，隧道互联互通和井下工作的重要性日益凸显。然而，在实际应用中，我们面临着诸多困难和挑战。面对这一需求，逸云天的MS600仪器发挥了关键作用。　　MS600从机仪器包含了丰富而强大的功能，如常规四气检测、温湿度检测、以及 SOS一键呼救和LORA互联。当部署在隧道和井下环境中时，它能够实时且精确地监测各种关键参数。SOS功能确保了在紧急情况下能够及时呼救，为人员安全增添保障；温湿度的准确检测有助于作业人员了解工作环境的舒适度和潜在风险；而对常规四气的监测更是直接关系到作业现场的安全状况。　　通过LORA传输功能，井下人员可以轻松地将数据实时传到井上的主机，实现了隧道的互联互通。这种高效的数据传输方式，让井上人员能够随时查看井下的各种数据信息，无论是气体浓度的变化、温度湿度的波动，还是其他重要参数的动态。　　与之配套的MS600主机则负责接收从机数据，确保了数据的稳定传输和有效整合。它就像是一个数据枢纽，将井下传来的信息汇总并呈现给井上的监控人员，为决策和管理提供了坚实的依据。并通过4G无线传输功能将数据上传到云平台服务器，可实现远距离监控现场情况。　　通过MS600主从机互联，解决了井下数据难以实时获取的问题，打破了信息壁垒，让井上和井下的沟通更加顺畅和及时。同时，也极大地提高了安全管理的水平，能够提前预警潜在的危险，保障人员的生命安全。此外，对于作业过程的优化和效率提升也有着显著的促进作用，管理人员可以根据实时数据进行合理的资源调配和工作安排。　　总体而言，逸云天的MS600仪器在隧道与井下作业中展现出了卓越的性能和无可替代的价值，为行业的发展和安全保障立下了汗马功劳，成为了推动隧道工程和井下作业不断向前的强大助力。相信在未来，逸云天的产品将在更多的领域得到应用，为人们的生命安全和工作效率做出更大的贡献。

12月1日，2020年度上海市科学技术奖励大会在上海展览中心召开。此次共授奖281项（人），其中，中国科学院院士、复旦大学附属中山医院心内科主任葛均波获科技功臣奖，10人获青年科技杰出贡献奖，45项成果获自然科学奖，33项成果获技术发明奖，181项成果获科技进步奖，10项成果获科学技术普及奖，美国籍专家布鲁斯E瑞特曼则获国际科技合作奖。在获奖名单中，我们欣喜地发现了不少无损检测新技术、新成果和权威专家的身影，让人倍感骄傲自豪！虽然无损检测技术本身在某种程度上并非一种直接的生产力，但作为“工业医生”，其技术水平却能反映一个国家的工业水平。而现在无损检测技术的应用已经编及我国经济建设和人民生活的各个角落，与国民经济的健康水平密切相关。下面就让我们来详细了解一下此次获奖的无损检测新成果和权威专家吧！青年科技杰出贡献奖朱亦鸣（上海理工大学）教授，博士生导师，“国家优秀青年科学基金”“国务院特殊津贴”获得者，教育部“新世纪人才”，上海市“领军人才”“曙光学者”“浦江人才”“优秀学术带头人”和“五四青年奖章”“宝钢优秀教师奖”获得者，主讲课程获得“上海市全英示范性教学课程”。以实用化的太赫兹成谱系统为主线，以满足国家重大有机物检测需求为目标，如食品药品、军事检测和公共安全检测，通过解决太赫兹技术中的核心问题，如高效宽频太赫兹辐射源，太赫兹等离子体功能器件，全光纤一体化稳定系统等，并把这些核心器件应用系统中，研制了可用于有机物检测的一体型时域太赫兹波谱系统。打破欧美国家在太赫兹波谱技术对我国的封锁，改变了关键元器件长期依赖进口的局面。作为负责人承担国家及地方课题项目20余项，累计授权发明专利40余项，其中7项被转让或授权使用，累计经费达3064万。研发“主动式太赫兹人体安检成像系统”“基于太赫兹技术的食用油品质检测仪”等已出口巴基斯坦等国。发表SCI论文80余篇(其中光学领域前5%的共40余篇)。上海市技术发明一等奖【全光纤时域太赫兹波谱技术与应用】主要完成人：朱亦鸣，彭滟，陈麟，庄松林，臧小飞，赵佳宇，俞大海，高雪军，彭宁嵩，方波，郭旭光，章瑜，陆志文主要完成单位：上海理工大学，聚光科技(杭州)股份有限公司，江苏北方湖光光电有限公司，上海高晶影像科技有限公司，杭州大华仪器制造有限公司，西安应用光学研究所，杭州谱育科技发展有限公司，河南平原光电有限公司项目针对高性能太赫兹波谱仪核心元器件依赖进口的突出问题，在全光纤时域太赫兹波谱检测技术及关键元器件的自主研制开发以及应用方面取得了众多关键技术的突破，包括太赫兹源、太赫兹功能器件、太赫兹检测、微弱信号放大和采集等。采用从器件、部件、整机到应用为轴线的全链条式研发新模式，开发了可替代进口的高性能太赫兹波谱仪及其关键元器件，并进行了应用推广。全光纤时域太赫兹波谱技术及其相关衍生产品应用推广到国防军事、环境检测、公共安全、科教文卫等领域，取得了重大的社会与经济效益。上海市技术发明二等奖【低场核磁共振分析仪的关键技术研发及应用】主要完成人：聂生东，王欣，杨培强，范宜仁，刘宝林，葛新民，侯学文主要完成单位：上海理工大学，苏州纽迈分析仪器股份有限公司，中国石油大学(华东)，上海纽迈电子科技有限公司高端的低场核磁共振分析仪受到被检物质的影响小，可以广泛适用于石油、煤炭、岩土、食品、材料、生物等检测和分析领域，已成为当前除医学诊断外的必要检测分析手段之一，备受市场青睐。经过10多年的攻关，突破了控制电路、谱仪、磁体、探头线圈、温控系统、微弱信号处理及解释等系列关键技术，研发出具有自主知识产权并处于国际领先水平的高端低场核磁共振分析仪。该分析仪器售价仅为国外同类产品的四分之一，更易于在多领域推广应用，已占领国内70%左右的市场份额，并出口到美国、俄罗斯、韩国、新加坡等国家以及欧盟、中东、南美等地区，不断进军和渗透到国际市场。上海市科技进步一等奖【热释电陶瓷关键技术及红外探测应用】主要完成人：董显林，姚春华，王根水，毛朝梁，曹菲，郭少波，闫世光，周云，张洁伟，王文玮，陈建和，王永龄主要完成单位：中国科学院上海硅酸盐研究所，上海尼赛拉传感器有限公司项目瞄准热释电红外探测器核心敏感元热释电陶瓷及探测器应用，开展施主受主协同掺杂组分设计、热压通氧二次烧结技术、探测优值准确评估方法、抗电磁干扰器件开发等研究，为细晶粒、高致密、综合性能优异热释电陶瓷的双功能一体化、陶瓷晶片减薄和工程化提供关键技术，实现低阻PZT热释电陶瓷及探测器的商业化和进口替代，高阻PZT热释电陶瓷的重大工程和型号应用，保障关键材料自主可控；助力BST红外焦平面探测器国内首次成像，使我国成为世界上第二个掌握该技术的国家。项目获发明专利授权15项。上海市科技进步一等奖【非制冷红外焦平面及热像仪】主要完成人：沈憧棐，陈学枝，黄新龙，吴建华，赵高飞，徐益峰，吴慧文，迪可新，吴振华，潘昆，刘本俊，李克农主要完成单位：上海巨哥电子科技有限公司通过红外探测器设计及MEMS和真空封装等技术开发，实现了探测器芯片的规模化量产，大幅度降低了成本；开发了在线式热像仪、移动式热像仪、热成像模组等多种测温型产品，推动了热成像测温技术在工业自动化、工业物联网和消费类等领域的规模化应用。项目研发的热像仪测温精准，可靠性高，结合智能算法和大数据分析，为电力、铁路、石化、消防等数十个行业提供解决方案，被国家电网无人机和机器人巡检、高铁接触网沿线检测、特高压变电站电力物联网、APEC国际会议和青奥会防疫等重大项目采用。新冠疫情期间，项目研发的人体测温热像仪部署于虹桥机场、虹桥高铁站、上海火车站、上海地铁等重要公共场所，产品出口全球各国。上海市科技进步二等奖【石化行业VOCs泄漏检测与修复关键技术集成开发与应用】主要完成人：张心良，邹兵，张钢锋，刘峰，丁德武，邬坚平，夏薇，高少华，吴庆峰主要完成单位：上海市环境科学研究院，中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，上海汉洁环境工程有限公司，中国石化上海石油化工股份有限公司项目紧密结合当前我国大气环境臭氧和灰霾问题依旧突出的大背景，围绕石化行业设备泄漏VOCs（挥发性有机物）减排关键技术问题，通过多年联合科技攻关，首次研发了集“政策标准-关键技术-核心装备-管控系统”为一体的成套体系，并在上海及全国石化行业进行成功应用。项目开发的“企业-地方-国家”三位一体VOCs泄漏检测与修复标准化体系、“射频-图像”耦合密封点建库和精准定位关键技术、“便携-防爆-智能”VOCs泄漏检测装备、“政府-第三方-企业”多层级综合管控系统是一个有机整体，为石化行业VOCs泄漏管控提供了一套切实可行的整体解决方案。通过项目成果的落地和应用，可以有效提升石化行业VOCs减排和管理水平，完善VOCs现代治理体系。该项目成果获专利授权5件、软件著作权11件，编写专著4部，发表论文52篇，制定各类标准10项。案例应用结果验证了整套技术的可靠性、实用性和有效性，也表明了该技术具有广阔的市场前景和应用空间，可进一步提升石化企业环保管理水平和促进石化行业高质量发展。上海市科技进步二等奖【铸机状态智能诊断系统】主要完成人：杨建华主要完成单位：宝山钢铁股份有限公司目前，困扰国内外连铸的一个普遍问题是围绕高等级产品质量、成本、设备等要素的一系列疑难问题的处理，尤其体现在挑战常规连铸设备性能和工艺手段的如“吉帕级”高性能汽车板等产品的生产与质量控制上。另一方面，大数据和智能化正在连铸这个环节蓬勃开展。但迄今为止，包括奥钢联和新日铁这些行业翘楚也只针对铸机某一子系统进行局部开发、应用。韩国浦项制铁于2019年开发的铸机诊断系统“PRISM”，其应用范围仅限于设备管控，也没考虑关键位置新增传感器的研发应用。铸机状态智能诊断系统就是在此背景下，长期扎根生产一线的杨建华结合其十多年对国内50多台次铸机异常诊断的实践，围绕生产操作、设备维护、工艺质量控制间相关参数的逻辑应用等，开展了100多项现场攻关和技术创新的成果。上海市科技进步三等奖【高速铁路电务轨旁设备状态视觉检测与图像智能分析关键技术研究与应用】主要完成人：张杰，陈伟革，朱挺，郑健，徐伟昌，胡细东，吴根财主要完成单位：中国铁路上海局集团有限公司科学技术研究所，中国铁路上海局集团有限公司电务部，中国铁路上海局集团有限公司上海电务段项目主要应用于高铁沿线电务轨旁设备的外观状态智能化巡检领域。基于既有钢轨探伤车上安装的图像采集、数据存储等设备，采用机器视觉、激光传感、图像识别和大数据分析等技术，在时速（80～160）km/h运行条件下，完成对高铁沿线电务轨旁设备检测区域图像实时、清晰采集。通过建立地面数据分析平台，构建数据比对模型，自动识别与分析成像区域内结构异常或缺陷部位的图像，实现对电务轨旁关键设备状态的智能化检测、预警。通过采用高效窄带滤光技术，设计线结构光和线相机匹配模式，解决了外部光线影响图像采集质量问题；研发设计的关键设备图像智能识别比对数据模型，提升数据分析效率20倍以上。成果安装在局管探伤车上，已在沪宁、宁杭及沪杭等高铁线路以及管内普铁线路上全面应用，累计完成检测和数据分析里程约26万公里，改变了传统人工上道巡检低效率作业模式，为高速铁路电务轨旁设备状态综合、高效检测提供有效技术手段。项目取得实用新型专利1件，发表EI论文1篇，并制定发布了集团公司“运管修”管理办法。上海市科技进步三等奖【集成机器视觉的双轨式钢轨超声波探伤仪】主要完成人：蔡培尧，毛少虎，匡俊，余天乐，姚继东，何为，康学燕主要完成单位：上海市东方海事工程技术有限公司利用双轨式钢轨超声波探伤小车车体平台作为载体，搭载钢轨探伤、钢轨表面监视、隧道巡检、轨道巡检、RFID定位等不同模块，将超声波无损检测技术与机器视觉技术、大数据分析技术融合，通过深度学习，实现对钢轨内部伤损、钢轨表面、道床表面、隧道表面等可视化缺陷的综合检测，是一套集高速数字图像采集、大容量图像数据实时采集、存储、定位技术、信息化技术于一体的先进的智能检测系统。该设备目前在北京京港地铁已形成示范应用，为轨道交通运输提供可靠的安全保障。上海市科技进步三等奖【特大型高炉热风炉的在线诊断、改造一体化综合技术】主要完成人：李俊峰，彭冬，吴彬，王毅，武猛，刘明路，袁志文主要完成单位：上海二十冶建设有限公司，江苏筑升土木工程科技有限公司，中国二十冶集团有限公司，上海星欣科技发展有限公司历经多年的研究，攻克了特大型热风炉在线大修改造的技术瓶颈，发明了基于弹性波原理的热风炉耐材在线诊断、热风炉的在线模块化拆除、热风炉炉壳的精益安装三大关键技术，为热风炉大修改造提供了新的解决方案。核心技术经鉴定达“国际先进”水平，共形成部级工法3篇，申请专利32件（已授权21件），登记软件著作权1项，获省部级科技奖2项。成果核心技术先后在宝钢、沙钢、河钢、永钢、联峰钢铁等20多项热风炉改造、建造工程中广泛应用，社会、经济和环保效益显著。

来自中国城市轨道交通协会的消息显示，2020年，我国内地累计有41个城市开通城轨交通线路7141.55公里。地铁已经成为城市日常出行必不可少的交通工具，但在地铁隧道中也会出现各种“病害”，威胁着人们的出行安全。　　“当前，我国地铁隧道检测主要依赖人工检测和少量进口自动化设备，效率低、成本高，无法满足庞大的里程检测需求。”扬州大学信息工程学院(人工智能学院)副教授徐永安在接受采访时表示。　　如何高效、准确、经济地检测出地铁隧道“病害”?在“科创导师”制的“牵线搭桥”下，扬州大学信息工程学院(人工智能学院)学生张雅欣等组建了大学生科技创新团队。由导师徐永安指导，团队研发了地铁隧道三维激光检测系统。“该系统检测速度可达国外同类设备的5倍以上。”张雅欣说。　　将宝贝搬出实验室　　在初中时期，受家人的影响，张雅欣萌生了创业的想法。2019年，正在上大二的她加入徐永安课题组，并组建了自己的大学生科技创新团队，选择了地铁隧道检测研究。　　对张雅欣而言，导师不仅是科研路上的护航人，更是自己创业的榜样。记者获悉，在科技创新和科研成果转化路上，徐永安已经坚持了20多年。　　1997年，在北京举办的中国国际机床展览会上，一个摆放着国外光学测量仪的展台被观众围得水泄不通，正在攻读博士学位的徐永安也是围观者之一。　　从展会回来后，研制光学测量仪的想法一直萦绕在徐永安的脑海里。他随之改变了自己的研究方向，历经两年攻关，终于研制出国产光学测量仪。但在当时，他对科研成果转化还没有深刻的意识，便将这一宝贝成果“藏”在自己的实验室里。　　“国外的设备那么贵，你有这么好的仪器，为什么不推向市场呢?”这样的声音越来越多，终于说服徐永安将宝贝搬出实验室。2011年，徐永安参与创办了一家公司，并将自主研发的光学测量仪设备推向市场。　　当然，教书育人才是徐永安的本职工作。如何让学生在学习课本知识之外，学会创新思考，尝试自主研发技术并推动成果落地转化?20世纪90年代，扬州大学开启了“科创导师”制的探索之路，让学生在导师的指导下参与科技创新工作。　　徐永安说：“过去，学生与导师的关系，主要是学生在导师的实验室开展科研，导师对学生的毕业设计进行指导。现在，导师不但要在科研上指导学生，还要带领学生开展科创工作。”　　深入隧道后改变方法　　谈及为什么选择地铁隧道检测研究，张雅欣告诉记者，目前，国内外地铁隧道自动化检测系统大多采用1个激光点绕隧道旋转的测量技术，检测速度慢。“好比一个电动机带着一个手电筒旋转，手电筒每次照射在物体表面时只能出现一个亮斑。这意味着每次只能采集一个点，效率太低。”　　如何实现快速检测呢?经过一年多的攻关，以张雅欣为首的大学生科技创新团队研发出6条激光线扫描技术，360°环形激光线投射在隧道表面，8部每秒500帧高速数码相机实时采集隧道表面的激光线图像，并换算为隧道表面形状坐标。张雅欣解释道：“6条激光线同时工作，地铁隧道检测效率得到显著提高。”　　然而，研发过程并非一帆风顺。在徐永安的指导下，张雅欣带领团队先后前往青岛、兰州、佛山等城市的地铁公司，深入地铁隧道，开展实践调研。团队在调研中发现，地铁公司对隧道快速检测系统有着迫切的需求。　　在精准了解地铁隧道检测痛点后，张雅欣团队开始了与时间“赛跑”的测量工作。“我们只能在夜间12点到凌晨4点进入现场开展检测工作，因为这段时间地铁处于停运状态。另外，每天进入现场前的安检过程就要耗费半个多小时，实际的测量时间非常有限。”　　经过近3个月的测量，张雅欣团队发现进展缓慢，于是做出了改变测量方法的决定，希望提高检测效率。经过徐永安的点拨，团队在实验室里自建了模拟隧道。“在模拟隧道里开展实验，不但提高了实验效率，缩短了研发周期，还解决了后期新冠疫情期间实地检测的困难。”张雅欣介绍说。　　在解决了测量环境问题后，团队又遇到了由振动引起的测量误差问题。“测量车在轨道上运行会产生轻微振动，这种振动会带来一些误差。”张雅欣团队成员吴传昊告诉记者。为此，团队采用了基于特征面的方法对隧道测量数据进行纠偏，“这种方法可以大幅降低测量车振动对测量精度的影响，降低动态测量误差。”　　“该系统检测速度最高可达每小时17.1公里，是国外同类设备的5倍以上，动态精度为±1.6毫米，检测密度小于2毫米，而价格只有国外设备的70%左右。”张雅欣表示，系统还可以根据用户需求制定检测速度、密度、精度。　　徐永安透露，目前，该系统申请发明专利4项、登记软件著作权4项，通过了江苏省产品质量监督检验研究院质检，符合CMA中国计量认证标准。　　大学生创业还需多磨砺　　来自用户的消息显示，张雅欣团队研发的这套系统已在投入运营的地铁隧道进行了实地检测，在检测速度、精度以及密度方面均满足实际应用要求。目前，已有多家轨道交通公司与团队达成初步合作意向。　　张雅欣表示，下一步团队将继续对产品进行优化设计，并计划注册成立公司。“地铁里程数较大的城市，可直接购买检测系统 地铁里程数小的城市，可购买检测服务。”　　在张雅欣看来，虽然研发过程非常艰辛，但非常有意义。“一方面培养了我们解决问题的能力，另一方面还培养了我们团队建设、组织和管理的能力，对未来的创业起了铺垫作用。”　　她感叹道：“大学生参与科创，要有顽强的毅力和勤奋刻苦的精神，对团队中不同的意见要善于倾听，脚踏实地攻克每一个难关。”　　徐永安也指出，对于刚毕业的学生而言，如果没有成熟的技术积累和市场认知，可以先进入企业积累几年经验，对市场形成一定认知后再进行创业。　　在他看来，高校“孵化器”应该实现良性循环，当政府和高校投入资金等支持后，若能实现良好的产出，投入的积极性也将越来越大，反之则可能陷入不良循环。“政府和高校还应进一步研究如何解决这一矛盾。”

监管机构更倾向于对注射药物进行灌装后灭菌。但是对于某些产品，例如生物药品，无法进行灌装后灭菌，因为这会对产品产生不利影响。在这些情况下，必须在100级或ISO-5环境中对产品进行无菌灌装。样品瓶必须清洗以去除颗粒，然后在填充之前进行灭菌处理。从历史上看，如果对产品进行灌装后灭菌，通常的做法是将西林瓶从清洗机中直接转移到灌装室。但是，2018年4月发布的《ISPE基线指南第3卷无菌产品制造设施1》中建议对所有西林瓶进行灭菌处理，即使产品会进行灌装后灭菌也是如此。灭菌是从西林瓶表面去除热原的过程，包括消除细菌内毒素。有几种不同的方法可以对西林瓶进行灭菌处理。非常常见和有效的方法之一是使用烘烤干燥。将样品瓶暴露于250°C以上的温度会破坏热原。大多数灭菌过程被设计为至少使内毒素减少至千分之一，甚至百万分之一。灭菌的两种最常见方法是灭菌烘箱和灭菌隧道（见图1），但是这两种方法的风险水平不同。使用灭菌隧道所涉及的风险主要来自隧道内气流的控制。用烘箱灭菌有关的风险包括手动操作西林瓶以及灭菌与灌装之间的停留时间。本文讨论了这些风险和解决方案。 图1 灭菌隧道灭菌隧道与灭菌烘箱灭菌烘箱或灭菌隧道（见图1）都可以完成样品瓶的灭菌工序。在使用灭菌烘箱过程时，在准备区域（通常为C级或ISO-7洁净室）中清洗西林瓶，放在托盘上，然后手动装入烘箱。烘箱位于准备区域和灌装线之间。设计良好的灭菌烘箱有两道门，一道通往准备区，另一道通往灌装线隔离器或无尘室。灭菌过程完成后，西林瓶需要手动转移到灌装线上。灌装工序可能需要几个小时后才能开始。Haag2（2011）的论文中强调了在灌装过程中由于容器内表面暴露在空气中而造成污染的风险，并论证了开口西林瓶与污染风险增加的相关性，即使在A级无菌环境中也是如此。但是在高效的灭菌通道中处理的西林瓶，经过约15分钟的冷却过程，就会自动送入灌装机，污染的风险大大降低。举例说明：我们现在考虑每批生产10,000瓶样品，生产线速度为每分钟50个(假定生产效率为80％)。在常见的商业灌装线上，从开口的西林瓶离开灭菌通道开始，到开始加塞的时间大约为8分钟。但是对于灭菌烘箱，相同批次的最末尾一个西林瓶从烘箱中出来的时间算，暴露时间可能长达250分钟甚至更久。更长的暴露时间使污染风险增加了30倍，这还不包括操作人员手动操作带来的相关污染风险。Rick Friedman（FDA / CDER科学与法规政策副主任）在2019年ISPE无菌会议上的开幕词中，谈到了做出积极选择以最、大的程度降低污染风险，并评论说“所有新的无菌灌装线设计均应采用灭菌隧道而不是灭菌烘箱。”预灭菌西林瓶可能产生的风险购买预先消毒的西林瓶是厂内灭菌工艺的替代方法。在这种情况下，西林瓶的清洗和消毒在另外的地方进行，然后将西林瓶装进双层袋中，然后运到生产现场。供应链复杂性的增加带来了不可避免的风险。比如说，必须对西林瓶供应商进行监控，以确保其在整个灭菌和包装过程中均遵循一定的质量标准。用于包装的薄膜尽量是无颗粒的，并且洗涤，灭菌和包装过程是自动化的，以减少人工操作。下一个要考虑的风险来自运输过程，在运输过程中，玻璃瓶之间的摩擦和碰撞会产生难以清除的玻璃颗粒和碎屑。操作员在手动开包的过程中需要遵循特殊的消毒程序，以确保外部包装上的污染物不会转移到西林瓶中。灭菌隧道相关的质量评估对于大批量生产，灭菌隧道是个显而易见的*选择。但是，从降低风险的角度出发，对于较小的生产规模，也应考虑使用灭菌隧道。专门为小批量应用设计的西林瓶清洗机和灭菌隧道组合占用的空间极小，仅占8英尺（2.5m）。灭菌隧道的主要目的是实现内毒素的对级降低。在选择隧道制造商时，至关重要的是评估制造商的气流设计，以确保洁净室和盥洗室内的压力波动不会影响灭菌过程。对空气质量要求最严格部分是灌装部分。相对于空气质量要求较低的的区域，该区域应始终处于较高的气压下，以防止空气倒流。但是，例如在开关门时，空气处理系统的调节有滞后性，这个时候气压水平会发生波动。这种压力波动可能会影响设计不当的灭菌隧道的性能。一些隧道设计使气流从灌装区到清洗区进行分级流动（见图2）。灌装区域气压的波动会使得冷空气更多从寒冷区域进入热区域，消耗了高温灭菌所需要的热量。图2：从洁净室到热区的级联空气。蓝色区域=灌装区域（冷区），红色区域=热灭菌区域，橙色区域=预热区域更复杂的隧道设计会对隧道的加热灭菌区加压，从而西林瓶能够始终暴露于适当的温度下（见图3）。西林瓶传送带下方设计了一个气体返回装置，能够形成从冷却区直接到进料区的空气通道。此外，有些设计还配有风扇，可将新鲜空气从制备室通过预过滤器带入热区。对此气流进行严密监视，并精确调节风扇速度以抵消灌装室压力的任何变化。设计*的隧道，在热区加压的情况下，可以控制70Pa的灌装级联过程，而复杂程度较低的装置通常只能控制10-15Pa。热区加压的第二个好处是自然温度梯度，当热区空气与相邻区域的较冷空气混合时会出现自然温度梯度。这样可以提供逐渐变化的温度，从而将因温度剧变引起碎瓶的风险降低。图3：经过加压的热区。蓝色区域=灌装区域（冷区），红色区域=热灭菌区域，橙色区域=预热区域隧道设计中要考虑的另一个问题是穿过西林瓶传送带的空气速度。空气速度与温度成正比，因此从质量的角度来看，重要的是要尽量小化加热过程中的温度变化。对传送带上的风速进行统一控制的隧道，能够实现更好的过程控制和批次均一性。在隧道两侧都带有回风的隧道（与单侧回风相反）通常在整个传送带上的空气速度变化较小（见图4）。 图4 （左）两侧回风；（右）单侧回风一些单面回风隧道设计结合了气流控制，可以补偿压力梯度，并在传送带的整个宽度上产生非常一致的气流（见图5）。这样的设计能够产生极优结果，消除温度过低的位置，并提供一致的灭菌效果。 图5 速度补偿后的单侧回风 其次，应考虑对灭菌隧道中无法清除的颗粒数量进行原位监测。大多数灭菌通道的设计可在进料区和冷却区进行颗粒计数。但是，迄今为止，只有一家制造商提供了监视加热灭菌区中西林瓶颗粒数量的功能。从热区收集的空气通过热交换器流向颗粒计数器（以避免损坏传感器）。该过程通常记录冷区（灌装区）5秒钟的颗粒计数，再记录5秒钟的热区（加热灭菌区）颗粒计数，再记录5秒钟的进料区颗粒计数，然后在整个生产过程中重复该循环。该解决方案可对所有三个区域进行全面的原位颗粒监控，以实现极其*的过程中质量控制。总结生产注射药物时，必须始终将患者安全放在首位。药品的生产和包装过程很复杂，但是制药行业在降低产品污染风险方面已经取得了重大进展。操作人员是无菌过程中最常见的颗粒和污染物来源。自动化生产极大降低了人员污染的风险。自动化设备很容易用于大规模生产过程。但是，传统上较小规模的生产更多地是通过是手动过程进行的，因此受到污染的风险更高。随着生物药品的发展以及更多定制化药品的出现，药品每批次生产的数量随之降低，设备供应商也相应作出改变，提供机器人灌装设备为这类产线服务。在为小规模生产选择清洗和灭菌设备的时候，必须考虑质量控制问题。现在可以使用自动洗瓶机和灭菌隧道来适应这些高价值的小批量应用。在选择设备时，尺寸、处理量，还有气流设计，都是提供无菌和无颗粒物保证的关键考虑因素。SP隶属于SP Industries.Inc., 是一家知名的科学设备供应商，品牌包括SP VirTis，SP FTS，SP Hotpack，SP Hull，SP Genevac，SP PennTech，SP i-Dositecno等。涉及的产品包括冻干，无菌灌装生产线，离心浓缩，低温循环水浴，玻璃器皿清洗机，恒温恒湿箱等。SP的产品服务于制药，科学研究，工业，航空，半导体和医疗保健等行业。总部位于宾夕法尼亚州的沃明斯特（Warminster），在美国，西班牙和欧洲的英国设有生产工厂，提供遍布全球的销售和服务网络，并提供包括培训和技术支持在内的全面产品支持。参考文献 1.Baseline Guide Vol 3: Sterile Product Manufacturing Facilities, April 2018, ISPE. 2.Mattias Haag, 2011, Calculating And Understanding Particulate Contamination Risk. Pharmaceutical Technology Europe,Volume 23, Issue 3

2022年12月3日，湖南省农学会组织以中国工程院院士、华南农业大学教授罗锡文为组长的专家组，对中国科学院长春光学精密机械与物理研究所和湖南省农业科学院联合研制的“水稻种子活力光学无损检测分选技术与设备研究”成果进行了现场评议，工程院院士、湖南省农业科学院党委书记柏连阳到会致辞。 　　种子活力是种质质量的核心指标，提高种子活力，提升农业用种质量，是保障国家粮食安全的重要途径。为实现个体种子活力精确检测，助力水稻种子活力分级加工，自2018年起，湖南省农业科学院联合我所组建了交叉学科研究团队，探索利用光学与信息科学手段解决水稻个体种子活力识别与分选这一种业瓶颈问题。 　　该成果首次采用超连续激光光源，获取种子透射光谱，关联“光谱数据集”与“种子活力表型数据集”，建立水稻个体种子活力光学无损检测的模型，率先研制出水稻种子活力无损检测分选样机，成功实现不同活力水稻种子自动分选，样机分选后的种子发芽率较分选前提高15%以上。 　　专家组评价认为：该成果填补了光学无损检测与分选水稻种子活力研究的空白，居国际较高水平。建议进一步提高水稻种子活力无损检测的精度及速度，尽早批量生产。 　　2018年，湖南省农业科学院余应弘课题组联合长春光机所梁静秋课题组开展了水稻种子活力无损检测研究，历经检测方法探索、检测平台搭建、设备迭代等多环节。此次验收的水稻种子活力无损检测分选样机由光学系统先进制造重点实验室刘钰副研究员负责研制。种子活力无损检测研究与设备研发得到了长春光机所领导的高度重视与支持。贾平所长多次亲临现场指导，勉励大家再接再厉，为种业科技创新、保障国家粮食安全贡献长春光机所力量。副所长王建立、所务委员黎大兵、所务委员孙守红，光学系统先进制造重点实验室、基础科研处以及知识产权与成果转化处领导等亲临实验室提出了意见与建议。 　　长春光机所与湖南省农科院将进一步通力合作，为提升农业用种质量、保障国家粮食安全做出更大的贡献。

干细胞中胰岛素分泌细胞只占0.1%一0.5%，这远远不能满足糖尿病移植的需。获得的脱靶细胞越多，治疗上相关的细胞就越少，潜在风险性越大。干细胞治疗不存在短期危害，但容易导致胰腺癌，肝细胞癌的潜在风险性增高☆1，难以达到临床标准或满足临床需求。干细胞异群miRNA可通过时空隧道技术，通过分子之间耦合作用，快速传递给采集到的缺陷胰岛分泌细胞上，帮助其修复，并通过时间机器里微环境作用快速使胰岛α细胞向β细胞转化，促进胰岛β细胞的修复。干细胞时空隧道技术突破糖尿病瓶颈，为彻底治愈糖尿病提供了新方法。1. 干细胞治疗的未来前景近年来，糖尿病发病率“爆炸式”增长，并呈年轻化趋势。糖尿病并发症造成心、脑、肾、血管、神经等多脏器损害，已成为危害人民群众生命健康的第三号杀手。但随着基因技术、细胞技术和材料技术的进步，干细胞在治疗糖尿病显示了灿烂的前景，为糖尿病患者治疗提供了新的可期待的治疗途径。美国《时代》杂志把干细胞治疗糖尿病列为改变未来十年医疗的12大创新发明之一。在治疗糖尿病的领域里，干细胞的潜力得到充分认可。人类有望在不久的将来突破干细胞治疗糖尿病瓶颈，彻底治愈糖尿病。2.干细胞治疗糖尿病存的问题与挑战干细胞治疗糖尿病，目前主要有三种方法：自体骨髓干细胞移植、自体血液干细胞移植和脐血干细胞移植。干细胞技术的发展，组织工程的进步，再加上生物材料的发展，使得其离临床转化越来越近，成为最有潜力的糖尿病替代治疗策略。然而，干细胞治疗糖尿病关键技术和核心问题仍有待深入研究。第一，干细胞分化为胰岛细胞所使用的方法相当复杂，存在其分泌胰岛素的能力较低的现象。如需达到良好的降糖效果，需要的细胞数量非常庞大。实验证明， 人胚胎干细胞（ESC）在体外培养自发分化形成的细胞中胰岛素分泌细胞只占0 . 1%一0 . 5%。这远远不能满足糖尿病移植的需求，需要大约十亿个β细胞才能治愈一个糖尿病人。但是，如果制造的细胞中有四分之一实际上是肝细胞或其他胰腺细胞，而不是需要十亿个细胞，那么将需要12.5亿个细胞，这使治愈该疾病的难度提高了25％。获得的脱靶细胞越多，治疗上相关的细胞就越少☆2。第二，诱导后的胰岛细胞在体内能否长期存活，仍是未知数。第三，干细胞诱导后的胰岛细胞如何与体内原有的胰岛细胞协同工作，都是目前尚未解决的难题。相关文献也报道过干细胞治疗可能会导致肿瘤的发生发展。因此干细胞治疗糖尿病面临着许多困难和障碍。间充质干细胞外泌体，体外胰岛β细胞培育法或直接输入注射疗法治疗糖尿病技术，获得的脱靶细胞太多，如果不改变传统过旧的操作模式，以及干细胞过度治疗，则容易导致胰腺癌、肝细胞癌的潜在风险性，是难以达到临床标准或满足临床需求的。3.干细胞时空隧道技术我们研究发现虽然间充质干细胞是不同的细胞群，分泌不同的细胞外泌体miRNA等，但它们个个都具有强大的细胞生长因子。虽然胰岛素分泌细胞只能占0.1%一0.5%，但我们可以用一种独特形式方法，使所有不同细胞群体的miRNA快速转化成为同一胰岛细胞的方法。利用超滤膜可以从中筛选出专一人体内采集的β细胞及其分泌体miRNA；其它不同群细胞miRNA可在时间机器里，通过分子之间耦合作用，快速传递给采集到的缺陷胰岛素分泌细胞上,帮助其修复，并通过胰岛局部微环境作用诱导胰岛α细胞向β细胞转化，促进胰岛β细胞的修复。诸多研究表明，干细胞时空隧道技术能将2型糖尿病胰岛受损的功能性治疗提高到80%左右。生命时空隧道技术为干细胞治疗糖尿病临床应用打开了一扇新的窗口。生物时间机器一细胞时间隧道透析机，大体可以分为时间透析膜隧道系统、时间透析柱内外系统、细胞时间监测系统(DNA蛋白质能量监测仪系统)、自动温度控制系统、时间透析机机械系统等五个部分组成。将间充质干细胞、外泌体加进在生物时间机器透析外柱內，对透析柱內的人体内采集的缺陷胰岛素分泌细胞，通过溶液及半透膜在时间机器中进行生长因子、激发态物质交换，然后再回输到人体内修复改造胰岛β细胞的方法。将部分干细胞诱导分化，形成初级胰岛β细胞，然后在C臂监控下用导管经腹腔动脉送抵达患者胰腺，或微创手术与胰腺中部位建立起时空隧道技术，或将时空隧道技术改造的β细胞，自体干细胞移植于患者胰腺。人体内采集的细胞与时间机器交换后可监测安全有效性，生成胰岛增强β细胞后可再进一步纯化分离，然后再安全回输到患者胰岛细胞上,帮助其修复。利用细胞时间隧道透析机与胰岛组织缺陷β细胞进行胞质效应交换，能生产出强大的胰岛素分泌细胞，是干细胞再生医学崭新的方法。本文作者：严银芳 武大医学部病毒学研究所武汉市武昌东湖路115号联系电话 15927431505参考资料☆1人脐带间充质干细胞治疗乙型肝炎肝硬化患者发生肝细胞癌的危险因素分析 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-XDKF201809009.htm☆ 2多能干细胞转化为胰岛素的β细胞“治愈”1型糖尿病的小鼠https://k.sina.com.cn/article_5895622040_15f680d9802000v9bn.html

事件背景：2011年7月4日约10时，故宫博物院古陶瓷检测研究实验室科研人员在对古器物部提取的宋代哥窑青釉葵瓣口盘(一级乙)进行无损分析测试时发生文物损坏。 　　经过实验室科研人员查阅相关资料，对发生事故的设备进行检测，反复模拟实验过程，多次集体讨论，并请院外相关专家参与论证，分析事故原因，于7月 21日形成了事故原因调查报告初稿。报告初步判定造成事故的主要原因是实验室科研人员在仪器操作时存在失误，导致仪器内的样品台上升距离过大，使瓷器受到挤压而损坏。报告中还提出了相应的整改措施。 　　近日故宫“瓷器门”事件发生后，无损检测是否安全可靠，成为一个备受争议的热点问题。中科院研究生院文物科技评估中心主任王昌燧表示，无损检测本身并不存在什么技术难题，作为一个小概率事件，我们应该认真总结经验教训，避免类似事故再次发生，而不应因噎废食，停止文物真品的检测工作。 　　“对于瓷器的无损检测，主要是通过X射线荧光光谱分析方法来测定其化学成分，经过相应的数据分析，来进行文物鉴定，同时也可以进一步完善古陶瓷数据库的建设。”王昌燧介绍说，“故宫从2005年引进无损检测技术，上海博物馆和其他单位开展得更早，但从未听说有类似事故发生。” 　　此前有媒体称，用于无损检测的仪器十分昂贵，国内只有少数几家大型博物馆才买得起。除了“买得起”，“用得来”其实也是一道门槛。经求证，记者了解到，国内许多科研院所和高等院校都在使用这种仪器，设备本身自动化程度较高，经过正规培训后，对操作人员并无极特殊要求。 　　“事故的发生与操作人员的经验不足有很大关系，但设备本身也确实存在有待改进的地方，特别是自动保护和自动报警功能。”王昌燧强调，“这在技术上其实不难实现，但是由于此前没有类似事故发生，相关人员，包括我自己，在这方面都未足够重视。” 　　据悉，今年中科院研究生院将开展文物科技评估工作。作为负责人，王昌燧表示，文物科技评估工作是不允许犯错误的。这里所指的错误，主要指文物评估的结论。但现在看来，测试过程中，文物的损坏同样是必须避免的。故宫的“瓷器门”事件，给我们敲起了警钟。

摘要：间充质干细胞,干细胞外泌体已经被广泛应用到了多个领域的临床研究中,是医药史上最为复杂的治疗性产品。间充质干细胞，外泌体直接输入注射治疗法永远也不可能修成正果，时间机器突破干细胞瓶颈所面临的重重困难和障碍,利用细胞时间隧道技术与衰老组织细胞进行胞质效应交换能生产出万能干细胞，是再生医学长生不老的“神丹妙药”。1、干细胞治疗技术尚不成熟面临一系列技术瓶颈近年来，间充质干细胞,外泌体已经被广泛应用到了多个领域的临床研究中，其中包括多项疾病的临床治疗在肝损伤、肾损伤等方面都展现出强大的修复再生能力。间充质干细胞外泌体具有间充质干细胞的生物学特性，并且其含有大量且种类繁多的蛋白质、细胞因子和生物活性物质。此外，间充质干细胞外泌体中的miRNA，可以调控基因表达，其比例比细胞更高，例如miR-155、let-7f、miR-199a、miR-221、miR-125b-5p和miR-22等，使得其能够参与多种生理和病理过程，起到对多项临床疾病的干预治疗。有望取代技术不成熟的间充质干细胞，成为细胞治疗时代的下一个风口。干细胞制品的复杂多能性，动态性、异质性问题从根本上挑战了药物的均一性、稳定性基本质量要求。是干细胞临床治疗技术绕不过去的一道弯。从以上资料中我们可以看到一方面是干细胞科研成果不断涌现，而另一方面又是干细胞治疗技术产品的不成熟，不断的遭遇到夭折。临床应用干细胞面临着一系列技术瓶颈，怎样突破干细胞技术瓶颈所面临的重重困难和障碍，去再创辉煌。这就要我们从干细胞基础领域里去做起寻找突破口。2、生命分子时间无处不在,干细胞与时间撞碰将化解所有的技术瓶颈自从H. G. Wells于1895年撰写了他的著名小说《时间机器》以来，时间旅行便成为一个流行的科幻小说主题，但是它能真的实现吗？建造一台把人运送到过去或是未来的机器可能吗？爱因斯坦企图解释时间，由于他提出测量时间要取决于观察者如何运动等苛刻条件，以至于未能完成对时间的真正理解。生命科学则不同，任何学者都能正确分辨DNA、蛋白质的时间。例如原核mRNA半衰期平均大约3min，真核mRNA的半衰期平均3h，有的寿命长达数天。正常的P53蛋白半衰期为20min，突变型P53-蛋白半衰期为2～12h，如人正常细胞一生只能分裂50～60次，而突变的癌细胞无限增殖性，成为“不死”的永生细胞。在分子端粒酶、糖蛋白糖链、P53蛋白半衰期上，生物时间概念无所不在，有了时间概念，时间机器也就不在话下了。然而这一切归根结底就还是干细胞临床应用基础理论出现了问题，干细胞目前还是处于分子遗传学水平,当干细胞临床应用真正踏入生命量子时代，基因对分子时间有了进一步认识。干细胞有了时间概念，终将化解当前临床转化所有的技术瓶颈。事实上干细胞逆分化也正是想要建造一座细胞逆时空隧道来低抗人类衰老。根据爱因斯坦的相对论，干细胞魂牵梦绕的时空隧道它会出现吗？3、分子遗传学细胞时空隧道技术分子遗传学己经成功制造了时间机器，但它却还不知道什么是时间机器。克隆羊“多莉”的诞生震惊了世界。多莉的诞生证明高度分化成熟的哺乳动物乳腺细胞，仍具有全能性，还能像胚胎细胞一样完整地保存遗传信息，这些遗传信息在母体发育过程中并没有发生不可恢复的改变，还能完全恢复到早期胚胎细胞状态，最终仍能发育成与核供体成体完全相同的个体。以往的遗传学认为，哺乳动物体细胞的功能是高度分化了的，不可能重新发育成新个体。与这一理论相反，多莉终于被克隆出来了，它的诞生推翻了形成了上百年的上述理论，实现了遗传学的重大突破，为开发新的哺乳动物基因操作提供了动力，是一个了不起的进步。但直到现在，人们仍然不知道这就是时间机器，它使已分化的成熟体细胞在卵母细胞的时光中穿梭获得胚胎发育新生(细胞胞质效应技术实际上就是时间机器技术)。 生命科学制造的时间机器已有了大量的成功案例，现举例如下：鸡红血细胞是终末分化细胞，其细胞核不合成RNA或DNA，在与人Hela干细胞融合后，其细胞核可被Hela干细胞的细胞质激活而合成RNA和DNA，说明细胞质在基因表达中起重要作用。Hela干细胞miRNA等小分子在胞质效应中时光穿梭，使鸡红血细胞核获得激活，这是一例非常经典的分子遗传学时空机器技术。尽管大量工作表明细胞核和细胞质在不同动物的不同发育期均起重要作用，但二者间的相互作用、相互依存是胚胎发育过程中调控基因活动最重要环节之一。原肠胚期细胞质开始激活核内不同基因的活动，最初的基因产物移至细胞质中合成专一性蛋白质，它们又可回到核内，参与染色质的合成与复制，并调控另一些基因的活动。通过反复的核-质间相互作用，使未分化的细胞相继分化为定型的细胞，真正做到了细胞时间旅行。 4、量子遗传学细胞时间机器技术量子时间机器原理：细胞核移植实验和细胞移植的医学实践都已有了大量的成功案例，积累了丰富的文献资料。早期伯尔格(Berger)和施瓦格(Shweiger)作了伞藻的核移植，用年轻的和年老的细胞质分别与年老和年轻的细胞核分别在体外培养，10天中移植进去的老核变得年轻起来，而新核移植到衰老的细胞中则会受影响而老化，这说明胞质对核能产生影响。年轻的胞质能使衰老的细胞核恢复青春，年老的细胞质则使年轻的细胞核老化，根据这一原理我们制作了DNA时间机器，让生物细胞分子在细胞质效应中穿越时光。DNA相对论(DNA、蛋白质时间、空间、质量、能量的科学理论)是允许这一时空旅行发生在生物这种特定的时空结构中：一个旋转的生物细胞质宇宙，一个旋转的细胞核柱体，以及非常著名的虫洞—半透膜一条贯穿空间和时间的隧道，它成功构建了第一台细胞时间机器。 溶液通过弥散超滤作用，使细胞内高激发态物质向激发态低一侧流动，而miRNA等小分子由渗透压低向渗透压高的流动过程，最终达到动态平衡。DNA时间机器是通过年老细胞质(时间半衰期短)使年轻(时间半衰期长)的细胞核老化。年轻(时间半衰期长)的细胞质能使年老细胞核时间回到年轻，为癌症、干细胞研究又打开了一扇新的窗口，真正做到了细胞时间旅行。DNA时间机器这项生物量子技术成果将开拓癌症根本性治疗、干细胞应用、病毒快速减毒，解决小分子miRNA两面派特性的新工具(利用紫外吸收光谱测能技术掌握增减DNA核能)具有划时代的重大意义。生物时间机器技术(专利号；201309120065447.0) 5、长生不老神丹妙药的炼丹技术一细胞时空隧道技术时间机器突破干细胞瓶颈所面临的重重困难和障碍间充质干细胞，干细胞外泌体，都被归类为不同组织中多种不同的细胞群生物学特性，并且其中含有大量且种类繁多的蛋白质、细胞因子和生物活性物质，是医药史上最为复杂的治疗性产品。干细胞供者遗传背景千差万别，各种组织来源及不同代次的细胞区别显着，而且不同的技术路径、试剂仪器、操作手法等也会对细胞生理状态存在显着影响，干细胞,外泌体制品的动态性、异质性面临着重重困难和障碍。间充质干细胞，外泌体直接输入注射治疗法永远也不会修成正果，生命时空隧道技术为干细胞临床应用打开了一扇新的窗口。生物时间机器一细胞时间隧道透析机，大体可以分为：时间透析膜隧道系统、时间透析柱内外系统、细胞时间监测系统(DNA蛋白质能量监测仪系统)、自动温度控制系统、时间透析机机械系统等部分组成。将间充质干细胞，外泌体加进在生物时间机器透析外柱內对透析柱內里的人体内采集的某组织衰老细胞,通过溶液及半透膜在时间机器中进行生长因子，激发态物质交换，然后再回输到衰老人体内的方法。 细胞时间机器膜外柱为干细胞等外泌体激发态高的细胞物质通过小分子miRNA等溶质向膜内柱人体内采集的衰老细胞及外泌体物质，撞碰移动从而激发调整了衰老细胞DNA蛋白质激发时间，干细胞时间在年老的细胞质时间中穿梭，能真实的回到过去年轻细胞时间(DNA氢介子结合能一份份合成就是DNA逆时间)。生物时间机器时空结构简单：一个旋转的生物胞质小宇宙，一个旋转的柱体，以及非常著名的虫洞-半透膜所组成。超滤膜根据需要通过干细胞小分子miRNA的大小设计，从干细胞中分离出miRNA以及外泌体来。 最常见的过滤膜具有0.8μm、0.45μm或0.22μm的孔径，也有设计成微柱多孔硅纤毛结构以分离40-100nm的miRNA外泌体。但最为关健一点是要密切利用时间测能技术来监测“干细胞种子”以及“人体内采集的衰老细胞土壤”移植时能量高低的透析时间差问题，这样才能做到安全有效的细胞时间旅行。 虽然间充质干细胞是不同的细胞群，分泌不同的细胞外泌体miRNA等，但它们都具有强大的细胞生长因子。1、利用超滤膜可以中筛选出专一人体内采集的某细胞分泌体miRNA；2、其它不同群细胞miRNA可在时间机器里，通过分子之间耦合作用，快速传递给采集的专一衰老细胞上；3、人体内采集的细胞与时间机器交换后可再监测安全有效性；4、生成某组织增强干细胞后可再进一步纯化分离，然后再安全回输到衰老人体内组织中。利用细胞时间隧道透析机与衰老组织细胞进行胞质效应交换，能生产出万能干细胞是再生医学长生不老的神丹妙药。本文作者：严银芳 武大医学部病毒学研究所武汉市武昌东湖路115号联系电话15927431505☆相关资料，《自然》：打破间充质干细胞神话https://xw.qq.com/cmsid/20180927A0A9PL/20180927A0A9PL00DNA相对论是生命科学的第一生产力http://post.blogchina.com/p/2545288

p 　　 strong 扫描隧道显微镜 /strong (scanning tunneling microscope，缩写为STM)，亦称为扫描穿隧式显微镜，是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。它于1981年由格尔德· 宾宁及海因里希· 罗雷尔在IBM位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明，两位发明者因此与恩斯特· 鲁斯卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。 /p p 　　它作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子，它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。此外扫描隧道显微镜在低温下(4K)可以利用探针尖端精确操纵原子，因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。 /p p 　　它主要是利用一根非常细的钨金属探针，针尖电子会跳到待测物体表面上形成穿隧电流，同时，物体表面的高低会影响穿隧电流的大小，针尖随着物体表面的高低上下移动以维持稳定的电流，依此来观测物体表面的形貌。 /p p 　　换句话说，扫描隧道显微镜的工作原理简单得出乎意料。就如同一根唱针扫过一张唱片，一根探针慢慢地通过要被分析的材料(针尖极为尖锐，仅仅由一个原子组成)。一个小小的电荷被放置在探针上，一股电流从探针流出，通过整个材料，到底层表面。当探针通过单个的原子，流过探针的电流量便有所不同，这些变化被记录下来。电流在流过一个原子的时候有涨有落，如此便极其细致地探出它的轮廓。在许多的流通后，通过绘出电流量的波动，人们可以得到组成一个网格结构的单个原子的美丽图片。 /p p 　　 strong 原子力显微镜 /strong (atomic force microscope，简称AFM)，也称扫描力显微镜(scanning force microscopy，SFM))是一种纳米级高分辨的扫描探针显微镜，是由IBM苏黎士研究实验室的比宁(Gerd Binning)、魁特(Calvin Quate)和格勃(Christoph Gerber)于1986年发明的。AFM测量的是探针顶端原子与样品原子间的相互作用力——即当两个原子离得很近使电子云发生重叠时产生的泡利(Pauli)排斥力。工作时计算机控制探针在样品表面进行扫描，根据探针与样品表面物质的原子间的作用力强弱成像。 /p center img alt=" " src=" http://www.kepu.net.cn/gb/special/hydrogenbond/basicknowledge/201312/W020140613331100352076.jpg" height=" 210" width=" 459" / /center p style=" text-align: center " strong 世界上第一台原子力显微镜和发明人之一比宁 /strong /p p 　　以一种简单的方式进行类比，如同一个人利用一艘小船和一根竹竿绘制河床的地形图。人可以站在小船上将竹竿伸到河底，以此判断该点的位置河床的深度，当在一条线上测量多个点后就可以知道河床在这条线上的深度。同样道理绘制多条深度线进行组合，一张河床的地形图就诞生了。与此类似，在AFM工作时的，原子力传感器相当于人和他手中的竹竿，探针顶端原子与样品原子间作用力的大小就相当于竹竿触及河底时水面下的长度。这样，在一艘小船(控制系统)的控制下进行逐点逐行的扫描，AFM就可以绘制出一张显微图像啦。 /p p 　　 /p center img alt=" " src=" http://www.kepu.net.cn/gb/special/hydrogenbond/basicknowledge/201312/W020140613331100358209.jpg" height=" 283" width=" 388" / /center p style=" text-align: center " strong 普通原子力显微镜的原理示意图 /strong /p p 　　原理解释起来并不算十分复杂，但是AFM的发明、使用与改进汇聚了大批科学家们的辛劳努力和创造性思维。特别是拍摄到氢键实空间图像所使用的非接触式原子力显微镜，经过分子沉积、温度控制、防振、探针、真空、控制系统等多方面的摸索与改造才最终具有如此强大的分辨能力。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp strong 1 基本原理 /strong br/ /p p 　　原子力显微镜的基本原理是：将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触，由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力，通过在扫描时控制这种力的恒定，带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法或隧道电流检测法，可测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的信息。 /p p 　　 strong 2 /strong strong 成像模式 /strong /p p 　　原子力显微镜的主要工作模式有静态模式和动态模式两种。在静态模式中，悬臂从样品表面划过，从悬臂的偏转可以直接得知表面的高度图。在动态模式中，悬臂在其基频或谐波或附近振动，而其振幅、相位和共振与探针和样品间的作用力相关，这些参数相对外部参考的振动的改变可得出样品的性质。 /p p 　　1） strong 接触模式 /strong /p p 　　在静态模式中，静态探针偏转用做反馈信号。因为静态信号的测试与噪音和偏移成正比，低硬度探针用来增强外偏转信号。然而，因为探针非常接近于样品的表面，吸引力非常强导致探针切入样品表面。因此静态原子力显微镜几乎都用在总使用力为排斥力的情况。结果，这种技术经常被叫做“接触模式”。在接触模式中，扫描过程时保持探针偏转不变来使其探针和样品表面的作用力保持恒定。 /p p 　　2） strong 非接触模式 /strong /p p 　　 /p center img alt=" " src=" http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/AFM_noncontactmode.jpg" height=" 291" width=" 350" / /center p style=" text-align: center " strong 原子力显微镜非接触模式 /strong /p p 　　在这种模式下，悬臂上的探针并不接触样品表面，而是以比其共振频率略高的频率振动，振幅通常小于几纳米。范德华力在探针距离表面样品1~3纳米时最强，它与其他在表面上的长程力会降低悬臂的振动频率。 /p p 　　通过调整探针与样品间的平均距离，频率的降低与反馈回路一起保持不变的振动频率或振幅。测量(x,y)每个数据点上的探针与样品间的距离即可让扫描软件构建出样品表面的形貌。 /p p 　　在接触模式下扫描数次通常会伤害样品和探针，但非接触模式则不会，这个特点使得非接触模式通常用来测试柔软的样品，如生物组织和有机薄膜 而对于坚硬样品，两个模式得到的图像几乎一样。然而，如果在坚硬样品上裹有一层薄膜或吸附有流体，两者的成像则差别很大。接触模式下探针会穿过液体层从而成像其下的表面，非接触模式下则探针只在吸附的液体层上振动，成像信息是液体和下表面之和。 /p p 　　动态模式下的成像包括频率调制和更广泛使用的振幅调制。频率调制中，振动频率的变化提供探针和样品间距的信息。频率可以被非常灵敏地测量，因此频率调制使用非常坚硬的悬臂，因其在非常靠近表面时仍然保持很稳定 因此这种技术是第一种在超高真空条件下获得原子级分辨率的原子力显微镜技术。振幅调制中，悬臂振幅和相位的变化提供了图像的反馈信号，而且相位的变化可用来检测表面的不同材料。 振幅调制可用在非接触模式和间歇接触领情况。在动态接触模式中，悬臂是振动的，以至悬臂振动悬臂探针和样品表面的间距是调制的。[来源请求]振幅调制也用于非接触模式中，用来在超高真空条件下使用非常坚硬的悬臂和很小的振幅来得到原子级分辨率。 /p p 　　 strong 3）轻敲模式 /strong /p p 　　 /p center img alt=" " src=" http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/72/Single-Molecule-Under-Water-AFM-Tapping-Mode.jpg/285px-Single-Molecule-Under-Water-AFM-Tapping-Mode.jpg" height=" 215" width=" 190" / /center p style=" text-align: center " strong 在不同的pH的溶液环境中使用轻敲模式得到的高分子单链的原子力显微镜图(0.4 nm 厚) /strong /p p 　　通常情况下，绝大部分样品表面都有一层弯曲液面，为此非接触模式下使探针足够靠近样品表面从而可以测试短程力，但是此时探针又容易粘贴到样品表面，这是经常发生的大问题 动态模式就是为了避免此问题而发明的，又叫做间歇接触模式(intermittent contact)、轻敲模式(tapping mode)或AC模式(AC Mode)。在轻敲模式中，悬臂通过类似于非接触下的装载在探针上的微小的压电元件做来上下振动，频率在其共振频率附近，然而振幅则远大于10纳米，大概在100~200纳米间。当探针越靠近样品表面时，探针和样品表面间的范德华力、偶极偶极作用和静电力等作用力会导致振幅越来越小。电子自动伺服机通过压电制动器来控制悬臂和探针间的距离，当悬臂扫描样品表面时，伺服机会调整探针和样品间距来保持悬臂的预设的振幅，而成像相互作用力则得到原子力显微镜轻敲模式图像。轻敲模式减少了接触模式中对样品和探针和损伤，它是如此的温和以致于可以成像固定的磷脂双分子层和吸附的单个高分子链。比如液相的0.4纳米厚的合成聚合物电解质，在合适的扫描条件下，单分子实验可以在几小时内保持稳定。 /p p 　　 strong 3 优点与缺点 /strong /p p 　　相对于扫描电子显微镜，原子力显微镜具有许多优点。不同于电子显微镜只能提供二维图像，AFM提供真正的三维表面图。同时，AFM不需要对样品的任何特殊处理，如镀铜或碳，这种处理对样品会造成不可逆转的伤害。第三，电子显微镜需要运行在高真空条件下，原子力显微镜在常压下甚至在液体环境下都可以良好工作。这样可以用来研究生物宏观分子，甚至活的生物组织。他就像盲人摸象一样，在物体的表面慢慢抚摸，原子的形状很直观的表现。 /p p 　　和扫描电子显微镜相比，AFM的缺点在于成像范围太小，速度慢，受探头的影响太大。 /p

仪器信息网讯 2010年11月3日-5日，由中国科学院武汉物理与数学研究所承办的第十一届扫描隧道显微学学术会议在武汉举行。130余名来自全国高等院校、科研机构、企业的从事扫描探针显微学的专家学者参加了此次会议。仪器信息网作为独家支持媒体也应邀参会。 会议现场 　　扫描隧道显微学学术会议是由白春礼院士发起的全国性会议，每两年一届。会议开幕式由中国科学院武汉物理与数学研究所曹更玉研究员主持，中国科学院武汉物理与数学研究所党委书记詹明生研究员致开幕词。 　　中国科学院武汉物理与数学研究所 曹更玉研究员 　　中国科学院武汉物理与数学研究所党委书记 詹明生研究员 　　本次会议内容主要包括：扫描隧道显微学(STM)与物理、扫描隧道显微学与化学和材料科学、扫描探针显微学(SPM)在生命科学中的应用、扫描探针显微学技术进展。会议展示了最近两年来我国高校与科学研究机构在扫描探针显微术及其应用领域所取得的研究成果。 　　扫描隧道显微学与物理学 　　报告人：中国科技大学 杨金龙教授 　　报告题目：Theoretical studies of inelastic electron tunneling phenomena in STM 　　杨金龙教授介绍了课题组近几年在STM非弹性扫描隧道谱方面的理论研究工作：1. 非弹性电子在扫描隧道显微镜的应用中产生的许多现象；2.在常规的程序包中增加程序，并用于理论非弹性隧道谱和模拟实验的比较；3.研究非弹性电子在扫描隧道显微镜实验中所产生的表面分子化学运动，如旋转、激发、断键等；4.非弹性电子引起的 “分子开关”效应。 　　报告人：合肥微尺度物质科学国家实验室 董振超教授 　　报告题目：STM诱导的分子光电新现象 　　董振超教授指出扫描隧道显微镜不仅可以用来观察和操纵纳米世界的单个原子和分子，而且其高度局域化的隧穿电流可以激发隧道结发光，他介绍了自己如何通过分子光子态调控来实现分子隧道结的新光电效应。 　　报告人：中国科学院物理研究所 肖文德研究员 　　报告题目：Ru(0001)上外延生长单层石墨烯的电子结构和振动模式的STM研究 　　肖文德研究员介绍说虽然光电子能谱、拉曼光谱、红外光谱等技术可对石墨烯的电子和声子特性进行研究，但是这些技术通常获得的是样品表面较大范围的平均信息。而石墨烯通常都呈现一定的起伏和皱，应用高分辨扫描隧道显微镜的扫描隧道谱和非弹性隧道谱法，实现了对Ru(0001)上外延生长单层石墨烯不同区域的电子结构和振动模式的研究。 　　此外，来自合肥微尺度物质科学国家实验室的张汇博士介绍了利用扫描隧道显微镜研究Si(111)表面In原子链上的一种孤子，并利用第一性原理的计算得到了这种孤子的精确结构。大连理工大学吴永宽博士利用原子力显微镜对室温沉积的Ge2Sb2Te5薄膜进行实位温控成像研究。上海交通大学分析测试中心的邹志强研究员利用超高真空STM对Mn及其硅化物薄膜在Si(111)衬底上的固相外延和反应外延生长进行了详细研究。 　　扫描隧道显微学与化学和材料科学 　　报告人：华南理工大学材料科学与工程学院 邓文礼教授 　　报告题目：设计合成有机分子的纳米构筑和仿生纳米制造探索 　　邓文礼教授设计合成了1,3,5-苯三氧十三酸乙酯等化合物分子，并了在大气环境条件下，利用扫描隧道显微镜分别研究了合成化合物分子在固态表面的吸附和自组装行为。 　　此外，邓文礼教授重点介绍了对于爬山虎吸盘粘附作用的研究，通过探究其表面结构、所含的天然成分、生长过程等实现纳米仿生粘附材料的研制，并期望可以在航空航天、医学、建筑等领域发挥作用。邓文礼教授研究小组是目前国内唯一的从事相关研究的课题组。 报告人：中国科学院武汉物理与数学研究所 于迎辉副研究员 　　报告题目：Cu-Al(111)合金及其表面氧化铝薄膜的物性研究 　　于迎辉研究员通过在Cu(111)中引入杂志Al形成α相的Cu-Al合金，进而在合金表面生长有序的氧化铝薄膜做为脱偶层。利用俄歇电子能谱表征Cu-Al合金表面的Al含量、低能电子衍射和低温扫描隧道显微镜检测Cu-Al(111)合金表面原子结构及电子分布。 　　扫描探针显微学在生命科学中的应用 　　报告人：吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室 张文科教授 　　报告题目：AFM在核酸-蛋白质相互作用研究中的应用 　　张文科教授利用原子力显微镜(AFM)成像原位观测核酸与蛋白质之间的相互作用，研究了双螺旋DNA的AFM单分子力学指纹谱，并利用该力学指纹谱研究DNA结合蛋白与DNA的相互作用、外力诱导下DNA构象转变的本质。最后，张文科教授以烟草花叶病毒为例，探索了单分子力谱在研究复杂体系中核酸-蛋白质相互作用中的应用。 　　报告人：暨南大学 蔡继业教授 　　报告题目：扫描探针显微学结合量子点标记研究细胞表面分子 　　蔡继业教授介绍说单分子探测是目前的一个研究热点，但大部分集中在材料和化学研究中，对于细胞中单分子的研究比较少。扫描探针显微镜克服了共聚焦显微镜、扫描电镜在细胞研究中的缺点，量子点标记解决了荧光漂白的缺点。将扫描探针与量子点标记相结合实现了特异性识别细胞表面的抗原和抗体，并探测它们之间的相互作用力。 　　对于扫描探针显微学在生命科学中的应用，东南大学曹黎黎博士介绍了利用AFM研究小分子药物作用于环状双链DNA分子所引起的DNA结构和构象的变化。武汉大学林毅副教授提出一种基于轻敲模式原子力显微术成像原理的在成像同时测量压缩弹性模量通用方法，并应用于单根双链DNA径向压缩弹性模量的测量。东南大学巴龙教授设计了原子力探针的磁力驱动线圈，用于研究聚电解质多层微囊的动态力学性质及其与结构的关系。 　　扫描探针显微学技术进展 　　报告人：北京航空航天大学 钱建强教授 　　报告题目：原子力显微镜自激振调频检测成像模式的研究 　　钱建强教授介绍了自行研制的基于自激励振荡音叉探针的调频成像模式原子力显微镜。采用石英音叉探针作为力检测敏感原件，通过对其驱动电极施加正反馈，在自激振荡控制下使其在谐振频率下工作。由于不使用外部的探针振荡检测器和外部的探针激振器，系统结构简单并且易于操作。通过实验表明仪器能够满足频率调制模式成像要求。 　　此外，将具有高空间分辨率的STM与化学分析能力较强的拉曼光谱结合是一种新型的表征手段。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所钟海舰博士采用自主研发的基于扫描探针显微镜和拉曼光谱仪的扫描近场光电探针测试系统，研究了化学气相沉积方法生长的石墨烯，可在获得样品表面形貌的同时，进行样品原位的局域电学性质研究和光谱测试。中国科学技术大学张瑞博士介绍了实验室组建的结合STM的具有超高真空、低温环境的TERS(针尖增强拉曼光谱)实验设备，利用该设备实现了Au(111)上分子薄膜、单个分子的TERS检测，并在Au(111)台阶处几个分子上得到了约4nm的TERS空间分辨率。 　　会议同期还设置了论文墙报展及小型仪器展览会。布鲁克、安捷伦、天美科技、岛津、SPECS、NT-MDT、汇德信科技等仪器厂商和仪器代理商参加了展会。 论文墙报展　 　　本届大会还评选了“青年科技奖”，用于表彰在扫描探针显微镜研究领域取得突出成就的青年学子，中国科学技术大学张汇博士、暨南大学李盛璞同学获此殊荣。中国科学院物理研究所徐文炎博士、厦门大学李纪军博士获得了本届大会的“优秀墙报奖”。据了解，第十二届扫描隧道显微学学术会议初步确定将由陕西师范大学承办。 颁奖现场 参会人员合影

记者24日从中科院合肥物质研究院了解到，该院技术生物所和强磁场科学中心共同合作，在世界上首次利用造影剂加磁共振成像技术实现水稻全根系无损检测，为植物根系全生长周期研究提供了一种重要的新方法。 　　根系在植物生长发育中具有重要作用，但由于根系生长在不透明的土壤中，缺乏快速、准确、无损的原位观测方法，影响了对植物根系的深入研究。传统的根系研究方法采样破坏性大、工作量大、准确性较低。 　　磁共振成像作为一种在医学上广泛应用的成像技术，其具有无损检测和分辨率较高等优点。中科院研究人员利用强磁场科学中心高场强成像装置为植物根系全生育期成像找到了一个更加优越的研究平台。 　　此外，水稻根系的磁共振成像也面临着磁共振成像信号强度较低等技术问题与挑战。研究人员利用磁共振造影剂来提高根系成像品质，并通过反复试验，得出不影响植物生长、真实反映根系状况的造影剂使用剂量和浓度。 　　据了解，这项研究成果发表在美国《公共科学图书馆》杂志上。

常规的无损检测技术如射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测等，这些方法在实践应用中都有各自的缺点及局限性。红外热成像无损检测技术是近年来应用逐渐广泛的一种新兴检测技术，广泛应用于航空航天、机械、医疗、石化等领域。与其他的无损检测技术相比，红外热成像技术的特点有：1. 测量速度快，因为红外探测器通过物体表面发射的红外辐射能来测得物体表面的温度，所以响应极快，能测得迅速变化的温度场；2. 非接触性，拍摄红外图片时，红外摄像仪与被测物体是保持一定距离的，对被测温度场没有干扰，操作安全、方便；3. 测量结果直观形象，热像图以彩色或黑白的图像形式对结果进行输出，从图上可以方便地读取各点的温度值，并且热像图中还包含有丰富的与被测物体有关的其它信息；4. 测温范围广，由于是采用辐射测温，与玻璃测温计和热电偶测温计相比，测温范围大大扩展，理论上可从绝对零度到无穷大；5. 测量精度高；6. 易于实现自动化和实时观测。红外热成像无损检测原理红外线是一种电磁波，为0.78~1000 μm，可分为近红外、中红外和远红外。任何物体只要不是绝对零度，都会因为分子的旋转和振动而发出辐射能量。红外辐射是其中一种，如果把物体看成是黑体，吸收所有的入射能量，则根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律，在全波长范围内积分可得到黑体的总辐射度为：式中：为黑体的光谱辐射度；c1、c2为辐射常数，c1=3.7418×108 Wm-2μm4，c2=1.4388×104 μmK；σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，为5.67×10-8 Wm-2K-4。实际大部分人工或天然材料都是灰体，与黑体不同，灰体材料的发射率ε≠1，灰体表面能反射一部分入射的长波（λ＞3 μm）辐射，因此灰体表面的辐射由自身发射的和环境反射的两部分组成，用红外探测器可直接测量灰体发射和反射的总和Map，但无法确定各自的份额。通常假设物体表面为黑体，将Map称为表观辐射度，为便于理解，一般将其转换为人们较熟悉的温度单位，称为表观温度Tap，即：上述表观温度Tap即为红外探测器测量所得温度，在无损检测中测量距离一般较近，可以忽略大气的影响，故被测物体的表面发射率ε的取值是否准确是影响测量精度的关键因素。检测方式1. 主动式检测为了使被测物体失去热平衡，在红外热成像无损检测时为被测物体注入热量。被测物体内部温度不必达到稳定状态，内部温度不均匀时即可进行红外检测的方法即为主动式红外检测。该种检测方式是人为给试样加载热源的同时或延迟一段时间后测量表面的温度场的分布。从而确定金属、非金属、复合材料内部是否存在孔洞、裂缝等缺陷。2. 被动式检测被动式红外热成像无损检测利用周围环境的温度与物体温度差，在物体与环境进行热交换时，通过对物体表面发出的红外辐射进行检测缺陷的一种方式。这种检测方法不需要加载热源，一般应用于定性化的检测。被测物本身的温度变化就能显示内部的缺陷。它经常被应用于在线检测电子元器件和科研器件及运行中设备的质量控制。红外热成像技术在无损检测中的应用1. 材料热物性参数检测与其它的测温技术相比，红外热像仪能迅速、准确地测量大面积的温 值，且测温范围宽。因此，当需要准确测量较大范围的温度边界条件时，红外热像仪具有其它测温仪器不可比拟的优越性。哈尔滨工业大学的研究人员针对焊接温度场中材料的传热系数随温度升高而变化的情况进行了研究，证明了焊接过程热传导系数反演算法的可行性，结合红外热像法与热电偶测量了LY2铝合金固定TIG点焊过程的焊接温度场，通过计算分别获得了加热和冷却过程的热传导系数随温度变化的曲线。热传导反问题的研究，具有广泛的工程应用前景，近年来在热物性参数的识别、边界形状的识别、边界条件的识别、热源的识别等多方面已经取得了很多研究成果。在进行传热反问题研究时，采用红外热像技术测量研究对象的温度图，可以方便快捷地解决温度边界的测量问题，该方法在热传导反问题的研究中已被广泛采用。2. 结构内部损伤及材料强度的检测目前利用红外热像技术进行的结构损伤研究有混凝土内部损伤检测、混凝土火灾损伤研究、焊缝疲劳裂纹检测、碳纤维增强混凝土内部裂纹检测等，由于损伤部位的导热系数的变化，导致红外热像图中损伤位置温度异常。与常规的探伤方法如X射线、超声波等相比，红外热像技术具有不需要物理接触或耦合剂，操作简单方便、无放射性危害等优点。同济大学的研究人员采用红外热像技术对混凝土火灾损伤进行了实验研究，得出了火灾损伤混凝土红外热像的平均温升随时间的变化曲线，及混凝土红外热像的平均温升与其受火温度与强度损失之间的回归方程。将红外热像技术应用于火灾混凝土检测，在国际上尚属首创，突破了传统的检测模式，为进行混凝土的火灾损伤评价开创了一条新途径。但将该方法运用于实际工程检测中，尚有许多问题需要解决，如混凝土强度等级、碳化深度、级配、火灾类型等对检测结果的可靠性的影响，以及检测时的加热措施等。近年在光热红外技术的基础上发展的超声红外技术发挥了红外技术和超声技术的优点，该方法以超声脉冲作为激发源，当超声脉冲在试件中传播遇到裂纹等缺陷时，缺陷引起超声附加衰减而局部升温，从而利用红外热像技术可以检测出这些裂纹缺陷。南京大学的研究人员将红外热像仪与超声波发射器结合起来，用超声波发射器对有疲劳裂纹的铝合金试件进行热量输入，拍摄红外热图像，与计算机模拟计算结果进行比较，试验表明超声红外热像技术对裂纹缺陷、不均匀结构及残余应力非常敏感。3. 在建筑节能中检测的应用在建筑物节能检测方面，瑞典早在1966年就开始采用红外热像技术检测建筑物节能保温，美国、德国等许多国家的研究人员也都进行过这方面的研究工作。在我国随着对建筑节能要求的提高，建筑物的节能检测势在必行。目前我国对建筑围护结构传热系数的检测多采用建筑热工法现场测量，红外热像技术只作为辅助手段，通过检测围护结构的传热缺陷，综合评价建筑物的保温性能。目前我国红外热像技术在节能检测领域的研究尚属于起步阶段，还没有确定的指标对建筑物的红外热像图进行节能定量评价，由于建筑物立面形式和饰面材料的多样性，编制专用的图像分析与处理软件和建立墙体内外饰面材料的发射率基础数据库成为该项研究中一个重要环节。4. 在建筑物渗漏检测中的应用建筑物的渗漏有由供水管道引起的渗漏和屋顶或外墙开裂引起的雨水渗漏等，由于渗漏部位的含水率和正常部位不一样，造成在进行热传导的过程中二者温度有差异，因而可以用红外热像仪拍摄湿度异常部位墙面的红外热图像，与现场直接观察结果进行对比分析，可以找出渗漏源的位置。结语红外热像技术在无损检测中的应用前景非常广泛，相应的研究工作也取得了初步的研究成果，并逐步地从定性研究走向定量研究，但总体来说在目前尚属起步阶段，能应用于实际工程中的研究成果不多，且多属一些定性的结论，缺乏相应的操作规范。因此，应加强定量研究工作，提高对红外热像图的处理能力。

FlawExplorer是一种用于无损检测（NDT）和质量控制的检测解决方案，通常用于复合材料和金属材料。该系统基于激光错位散斑干涉技术，由一个传感器单元和一台带有控制和报告软件的笔记本电脑组成。FlawExplorer有两种版本，带有2或8个激光二极管，支持一次检查10×10 cm到2平方米的区域。该系统可根据热激励、真空激励和振动激励分别配置可选的激励模块，使之适合于从制造到研发QA到现场检测等一系列应用。激光错位散斑干涉是一种用于无损检测（NDT）和质量控制的光学测量技术，通常用于复合材料和金属材料，该方法用于缺陷的快速检测。该检测系统能快速检测和定位复合材料中的不连续性。该系统系统的发现了如下缺陷：褶皱、脱胶、分层、液体进入、岩心破碎、修复缺陷、空洞、异物、冲击损伤等。FlawExplorer可以在很短的时间内检查很大的区域。一个2平方米的区域可以在30秒内得到结果，这使得它成为时间敏感、大规模工业无损检测相关应用的完美解决方案。FlowExplorer是一个简单易用的检测系统，可以在几秒钟内运行。该快速系统提供实时测量。由于用户友好的检测和报告软件，任何技术人员都能很容易的获得清晰、可靠和有用的检测数据。当超声波测试（UT）和热成像检测技术难以获得特定的复合材料如CFRP和蜂窝时，激光错位散斑干涉技术能够检测这些材料的缺陷，这要感谢它在选择合适的激发方式上的通用性。该系统有助于加快完整的无损检测和质量控制过程，从而节省时间和金钱。1平方米(10平方英尺2英寸)的面积可以在30秒内检查。激光剪切成像是时间敏感、大规模工业无损检测和维护应用的完美解决方案。该方法是在NAS410/EN4179框架下标准化的。创新点：1、复合材料无损检测，检测速度快 2、检测精度高 3、操作简单 Shearography无损检测仪

6月11日凌晨，国家重大工程深中通道海底沉管隧道最终接头从E23管节顺利推出，与E24管节成功实现精准对接，标志着世界最长最宽钢壳沉管隧道正式合龙。最终接头长5.1米，宽46米，高9.75米，重约1600吨，套置于E23管节扩大段内，这种整体预制水下管内推出的结构装置为世界首创，进一步丰富了世界跨海沉管隧道的“中国方案”。该项目中要实现管道精准对接，首先要保证施工船舶稳定，船舶由于受到海面风浪的影响会不断地产生姿态变化，需要实时调节。同时施工船舶通过吊钩与沉管隧道连接，整个吊装、运输、下沉、对接过程，需要实时监测吊钩的应变应力以评估受力情况。某单位采用江苏东华测试DH59系列采集系统、表面式应变计、速度传感器，对吊钩进行应变应力实时监测以及施工船舶航向、转体、振动实时监测，为稳定船舶姿态、管道精准对接提供了技术保障。部分图文来源于网络

据美国物理学家组织网10月16日报道，美国俄亥俄州立大学科学家开发出一种名为“纳米隧道电穿孔”的新技术，或称为NEP。利用其给细胞注射基因治疗药剂时，不用针头，而是用电脉冲通过微小的纳米隧道，几毫秒内就能把精确剂量的治疗用生物分子“注射”到单个活细胞内。该研究发表在最近的《自然纳米技术》杂志网站上。 　　长期以来，在进行基因治疗时，人们对插入细胞的药剂数量无法控制，因为人体绝大部分细胞都太小，最小的针头也无能为力。而“NEP让我们能研究药剂和其他生物分子是怎样影响了细胞的生物和基因路径的，现有其他技术都无法达到这么细微的水平。”该校化学与生物分子工程教授詹姆斯李说。他们用这种方法，将定量的抗癌基因成功插入到白血病细胞中并杀死了它们。 　　研究人员用聚合物压制成一种电子设备样机，用DNA(脱氧核糖核酸)单链作为模板来构建纳米隧道。詹姆斯李发明了一种使DNA链解旋的技术，并使其按照需要形成精确结构。他们给DNA链涂上一层金涂层并加以拉伸，使之连接两个容器，然后将DNA蚀去，在设备内部留下一条连通两个容器的尺寸精确的纳米隧道。 　　隧道中的电极将整个设备变成一个微电路，几百伏特的电脉冲从一个装药剂的容器经纳米隧道到达另一个装细胞的容器，在隧道出口处形成了强大的电场，与细胞自身的电荷相互作用，迫使细胞膜打开一个小孔，足够投放药物而不会杀死细胞。调整脉冲时间和隧道宽度，就能控制药物剂量。 　　为了测试NEP能否递送活性药剂，他们把一些治疗用RNA(核糖核酸)插入了白血病细胞，发现5毫秒的电脉冲能递送足够剂量的RNA杀死这些细胞 而更长的脉冲，如10毫秒，能杀死几乎所有的白血病细胞。作为对照，他们还插入了一些无害的RNA到白血病细胞中，这些细胞都没死。 　　詹姆斯李指出，由于这种方法一次只能给一个或几个细胞注射，更适合用在实验室。目前他们正在开发一种机械式细胞装载系统，一次能给10万个细胞注射，有望用于临床诊断和治疗。 　　“我们希望NEP能最终用于早期癌症检测与治疗，比如在干细胞或免疫细胞中插入精确剂量的基因或蛋白质，引导它们分化改变，不必担心过量注射带来的安全问题，然后把这些细胞放回体内作为一种细胞基础疗法。”詹姆斯李说，这种方法还可能用于白血病、肺癌及其他肿瘤。

林俊明，研究员，爱德森(厦门)电子有限公司总经理/技术总监，福建省爱德森院士专家工作站站长，中国无损检测学会副理事长，再制造技术国家重点实验室NDT中心副主任，空军飞行事故和失效分析中心客座研究员，西安交大、南昌航空大学等多所大学兼职教授。拥有140多项国家发明及实用新型专利，负责及参与制修订120多项国家及行业标准。获国家科技进步奖及全军、省、市科技奖多项及中国无损检测学会特殊贡献奖、中国标准化创新人物奖、十一五机械工业标准化先进工作者等奖项。　　2011年，您首次提出了无损云检测这个概念，是什么契机让您想到并促使您提出这个概念的呢，同时，请您简单介绍下无损云检测的具体内容与实现路径。　　云检测概念是在检测技术集成和云计算的发展中产生的。20世纪末期，计算机技术与数字电子技术的普及推动了无损检测设备的小型化、集成化发展。进入21世纪后，互联网技术得到飞速发展，并迅速覆盖到我国工业生产各个领域中。随着互联网技术的发展，云计算也从概念演变为实际行为，进入了人们的生活，云计算能够给我们提供可靠的、自定义的、最大化资源利用的服务，是一种崭新的分布式计算模式。　　2011年，在全球华人无损检测高峰论坛中，我们发表了《云检测——检测与评价技术的发展趋势》论文，首次提出了无损云检测新概念。基于云计算技术的无损云检测(云监测)是一个全新的、广义的检测概念，它通过各种先进物理与化学无损检测集成技术和互联网、云计算、大数据的结合，将智能终端采集的数据送至云端，进行数据管理、分析、处理、存储、评估、预测、交互等，实现信息共享和远程服务。　　值得一提的是，在2012年第18届世界无损检测大会中，我们的无损云检测技术专题报告引起了世界无损检测同行的广泛关注。　　下面我简单介绍一下无损云检测的具体内容与实现路径：　　无损云检测的主要技术路线为：搭建无损云检测服务技术平台，建立无损云检测云端超级计算中心，建立云端智能无损检测与评价全生命周期集成化数据管理系统和无损云检测云端大数据库，开发出针对多种无损检测方法的智能专家云端分析软件系统，研制出针对多种无损检测方法的智能网络传感器终端。　　智能网络传感器终端将拾取的基础检测信号通过网络传输至无损云检测云端超级计算中心，云端智能专家系统对每个智能传感器终端传输过来的基础检测信号进行分析，将检测信号分析结果传输反馈给用户端，同时将分析评价结果存储至无损云检测云端大数据库中。　　云端智能无损检测管理系统针对每个被检设备建立相应的全生命无损检测数据库档案，通过自动分析数据库档案，评价被检设备的安全生命状态，将安全生命状态评价信息传输至智能网络传感器终端，供用户参考决策。用户可以随时通过智能网络传感器终端无线远程调取检测数据库档案，随时了解被检设备的安全生命状态。此外，这一被检设备的全生命无损检测数据库档案也可共享给其他需要对相同被检设备进行全生命检测分析的用户，实现检测信息云共享。这样，每一个用户都可以获得更便捷、更高效的服务，提高检测效率，节省资源，提高检测结果的可靠性，最大程度地实现检测结果的完整性。　　爱德森 (厦门) 电子有限公司作为云检测技术开发的领军企业，这几年做了哪些工作，取得了怎样的成绩?同时，也请介绍下无损云检测行业的整体发展情况。　　爱德森作为无损云检测新概念的首创企业，近几年结合云计算技术的进展和无损检测技术领域的实际情况，就云检测集成技术在无损检测领域的开拓与应用作了不懈的努力。按时间顺序，大致归纳如下：　　2011年提出无损云检测框架结构 　　2012年设计出“准”云检测客户终端 　　2013年建立了小型模拟无损云检测系统平台，它以电磁检测雏形客户终端、超声检测雏形客户终端以及分别建立于厦门、北京两地的云端服务节点/中心所组成，完成了无损云检测网络验证试验 　　2014年在爱德森与学会同仁的共同推动下，无损云检测技术列入了无损检测学会2025发展规划 　　2015年5月，在爱德森北京办事处召开了首届无损云检测沙龙，提出了成立中国无损云检测产业联盟的设想 　　2015年11月，在第八届全国腐蚀大会展出业界首台无损检测技术与互联网技术相融合的超声/电化学云监测设备 　　2015年12月初，在中国无损检测学会路线图古田会议中，进一步明确将云检测技术列入学会2025发展规划 　　2015年12月中旬，在全国无损检测标委会年会中，无损云检测标准化体系框架正式通过审查，列入标委会标准体系中 　　2016年初，与三所在厦高校签订合作意向书，成立无损云检测与结构健康安全工程中心。　　无损云检测是一项跨领域、跨学科的综合检测技术，具有技术深、分工细、投资大、规模广、协作密等特点。就目前状况而言，美国已经起步，并率先申请了国际专利。我国虽最早提出云检测概念，并拥有全球第一个云检测专利，但发展还处于初级阶段，在模型建立、技术研究、应用推广等方面还有很多工作需要加速推进。单一企业、科研机构和院校及应用单位只能参与无损云检测产业链中某些环节的工作，不可能独立承担全过程、全范围的技术开发任务。若要形成综合技术优势，打造完整的产业链，必须采取产学研用相结合的方式，多单位、多领域联合持续攻关才能实现这一目标。2015年中国无损检测学会在《无损检测技术2025年发展路线图》中将无损云检测技术列入我国无损检测行业未来发展规划，将给我国开展无损云检测项目研发及工程应用，带来前所未有的发展空间与契机。　　近几年国际无损检测同行已开始着手建立基于云计算网络的无损检测生态联盟。在这种形势下，我们迫切需要成立一个以中国无损检测学会为依托、以联盟为主体、以云检测为平台的中国无损检测产业联盟，从大处着眼，从小处着手，形成资源整合、信息共享、联合推广、人才培养等于一体的产业联合体和科研转化互动平台 根据联盟各成员企业的技术优势，开展行业分工，避免重复建设，加速实现无损云检测在各个领域的普及与应用。　 2015年，爱德森 (厦门) 电子有限公司推出了云检测平台，该产品有哪些特性与优势呢?将应用于哪些领域，市场反响如何?　　2015年底，爱德森成功研发出业界首台无损检测技术与互联网技术相融合的超声/电化学云监测设备，这套云监测设备通过多种电化学与无损检测集成技术和云计算的结合，可实现工业关键设备的原位、实时、精准、全面、高效腐蚀/安全监测，将智能终端采集的数据送至云端，进行海量数据管理、分析、处理、存储、评估、预测、交互等，实现信息共享和远程服务，应用前景广泛，将催生服务于重大设施、装备的大健康监测产业。该云监测设备具有如下功用：共享相关软、硬件资源 解决资源孤岛和技术不对称问题 提高检测效率和水平 简化无损检测的管理规划实施 保证检测结果的准确性、权威性 实现对重大设施和复杂装备全生命周期安全检测及数据管理 低投入大产出-高效益。PLMS-301 管道超声/电化学在线监测终端　　有人说，无损云检测技术是无损检测的未来，您认为呢?它对无损检测的未来将产生怎样深远的影响?　　无损云检测技术是无损检测的未来，这在目前已经成为了业界的共识。个人认为，这将是一场产业革命。李克强总理在2015年政府工作报告中提出，加快建立国家产业联盟，制定“互联网+”行动计划，推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合̷̷。无损云检测技术就是互联网与传统无损检测行业相结合的“互联网+”产物，是无损检测行业未来发展的方向。在互联网、物联网以及大数据分析的时代背景下，人们对物质文明的安全意识进一步提高，面对检测领域迫切而复杂的需求，无损云检测旨在构建无损检测技术设备硬件和管理软件的资源池，其广泛应用将会对无损检测的发展带来深远影响。　　作为国内生产智能无损检测仪器的著名厂家， 2015年贵公司在其他专业领域推出了哪些新产品?实现了哪些新的技术突破或者说有哪些新的重点应用?　　2015年，爱德森着重开发无损云检测设备及平台建设的同时，在高速旋转涡流、变阵列涡流等电磁无损检测的高精度、高速检测技术领域中也得到了重大进展。例如，爱德森承担的国家创新基金项目《金属管棒材高速旋转涡流自动检测系统》中的高速旋转涡流信号提取处理和晃动补偿处理技术难题得到突破，目前该产品已进入批量生产阶段，对该系统我们拥有完全自主知识产权，核心技术发明专利已获得授权，系统的各项技术指标和性能与进口设备相当，且某些方面略有提高，尤其在智能化、小型化方面优势明显。本项目的推广应用，不仅可以大大地降低用户检测成本，提高其生产效率，而且可以全面推广至中小型冶金企业及出口创汇，这对于进一步提高我国冶金制造行业的产品质量具有重要意义。另外，在飞机发动机及高速旋转装置油液监测方面，也取得重大突破，可完全取代国外同类产品。另外，基于阻抗平面的30MHz扫频涡流仪已研发成功，可有效解决航空、航天、核工等领域金属材料表面微缺陷及热障涂层厚度或低电导率材料等的高精度检测难题。

2018远东无损检测新技术论坛（以下简称“2018远东论坛”）于2018年7月6日-8日在中国福建厦门国际会展酒店成功举办。此次出席2018远东论坛的代表800余人，参展单位62家。此次无损检测行业盛会，聚光科技（杭州）股份有限公司（以下简称“聚光科技”）下属子公司北京聚光盈安科技有限公司（以下简称“聚光盈安”）携手持合金现场分析明星产品——MiX5系列手持式合金分析仪及手持合金现场分析新秀——日立Vulcan系列手持式激光诱导击穿光谱仪出席。2018远东论坛开幕式现场　　7月6日上午，2018远东论坛开幕式隆重举行，国家市场监管局特种设备监察局领导出席开幕式并在会议现场发表重要讲话，希望无损检测行业能够积极响应中国制造2025的号召，实现智能化检测，智能化管理，推进无损检测快速进入物联网时代。随后，4位国内外著名学者做了精彩的主旨演讲，分别阐释了国内外先进的无损检测技术及发展前景与趋势。　　7月6日下午至8日各个分会场和专场报告紧锣密鼓的开展起来，共设立14个主题分会场和专场，安排学术报告338场。专家、学者及一线企业代表们广开言路，各抒己见，共同探讨先进的检测技术，方案及应用案例，现场气氛热烈，呈现出一场场科研盛宴。国外无损检测专家做精彩演讲聚光盈安展台　　聚光盈安自1995年成立以来，为无损检测领域以服务20余年，始终坚持提供最专业的检测仪器及解决方案，最优质，贴心的售前及售后服务。　　聚光科技MiX5系列手持式合金分析仪采用了世界领先的X荧光分析技术，能快速、精确及无损的分析多种材质。优异的金属分析能力，能在1-2秒钟内判定金属牌号，若延长检测时间即可获得接近实验室级别的分析结果。可轻松实现快速准确分析、大幅降低分析成本、提高检测效率，为无损检测行业的材料鉴别提供优异的解决方案。 聚光科技MiX5系列手持式合金分析仪精彩亮相　　日立Vulcan 系列手持式激光诱导击穿光谱仪采用激光诱导击穿光谱技术 (LIBS)，无需担心X射线的影响。分析速度快无论分析何种合金，都可在一秒内给出分析结果。在测量铝合金时,测量速度甚至比XRF快十倍。日立Vulcan 系列手持式激光诱导击穿光谱仪市作为PMI检测行业的后起之秀。因其极快的检测速度和安全无辐射的特性，引起了行业内的广泛关注。日立Vulcan系列手持式激光诱导击穿光谱仪精彩亮相　　真金不怕火炼，看专家现场亲自检验仪器速度与准确度。 与会专家现场使用日立Vulcan系列检测消防设备

新华网北京12月28日电 用摄像头拍摄鸡蛋透光照射的图片，再用类似麦克风的仪器获得鸡蛋被敲击后的声音，可将98%的裂纹鸡蛋检测出来。这项自动无损检测新技术，可有效保证蛋品工业化生产中的鸡蛋质量。 　　记者从28日举行的中国科协科技期刊与新闻媒体见面会上了解到，由南京农业大学食品科技学院潘磊庆博士等领导的学术团队完成的这一成果刊登于《农业工程学报》2010年第11期上。 　　鸡蛋富含蛋白质、脂肪、多种维生素和微量元素，是人们日常生活中不可或缺的食品。蛋壳薄且易破碎，细菌会很快侵入和繁殖，引起腐败、变质，影响人们的身体健康。因此，剔除“坏蛋”是鸡蛋生产、经营和加工的重要环节。 　　“我们依次采用单一的数字图像技术、声学敲击响应技术以及二者信息融合技术检测鸡蛋裂纹，分别模拟人的眼睛、耳朵以及二者并用的方法来检测裂纹鸡蛋。结果表明，采用两种技术信息融合模式的新方法对裂纹鸡蛋的检出率可达98%，能够充分避免裂纹对鸡蛋安全造成的隐患，保证产品质量。”潘磊庆说。 　　传统方法依靠人工照蛋观察和听蛋壳发出的声音两种方法剔除裂纹鸡蛋。大批量鸡蛋生产时，劳动强度大、生产效率低，而且检测精度易受人工注意力、体力、经验和工作态度的影响。 　　据悉，为实现裂纹鸡蛋的自动化检测，潘磊庆等科研人员从2004年便开始在国家自然科学基金和科技部“863”项目支持下，开展对鸡蛋裂纹检测的无损技术研究。

今天是CCATM&rsquo 2014国际冶金及材料分析测试学术报告会分会阶段的最后一天，笔者抽空旁听了一下&ldquo 无损检测&rdquo 分会场的报告，这也是我头一次和&ldquo 无损检测&rdquo 的零距离接触。 在分会上宣读会议报告的主要是来自国内钢铁企业的代表。当然，这也不奇怪，无损检测技术本身就是一项工业技术。最常用的无损检测主要有五种：超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测和涡流检测。近年来声发检测、漏磁检测（本次会议上有多个报告涉及这一无损检测技术）和激光全息摄影等检测技术也获得了一定的发展和应用。目前，无损检测已被广泛应用在生产过程的质量控制、成品的质量控制和产品使用过程中的监测等方面。 中国的钢铁工业经过几十年的发展，已取得了举世瞩目的成绩，我国钢铁生产不仅在数量上，而且在质量上都有了极大提高（在会上笔者了解到，像制造航空母舰需要的特种钢材我国已经解决）。当然，同发达国家相比，差距还是有的。据了解，我国目前因为不能生产、产量低和质量达不到用户要求等原因，年需从国外进口钢材约700万吨，即使能生产的大宗钢材品种，产品质量与国外相比也存在一定差距，如钢制纯净度低、有害气体和杂质含量较高、性能的均匀性差等。而无损检测恰恰是保证钢铁产品（例如：钢管）质量的重要手段之一。据有关代表介绍，无损检测发展至今，已不仅仅是通常的&ldquo 无损检查/无损检测/无损探伤&rdquo 的含义了，其已发展到通过对记录的指示进行解释后的一种审查，以确定这些指示是否满足特定的验收准则阶段，即无损检测已向&ldquo 无损评价&rdquo 方向发展，为产品的质量提供有力的支持。 可能多数代表都是来自企业的缘故，在每一个报告的问答环节，大家讨论得都异常热烈，有啥说啥，表达意见都非常直爽。尤其是在争论问题的过程中，时不时还能听到两句&ldquo 粗口&rdquo ，这一点倒是很对笔者的脾胃。尽管讨论的内容可能不是那么&ldquo 阳春白雪&rdquo ，但很解决实际问题。经过这样热烈的讨论，多数报告人表示非常有收获，对自己今后工作的开展大有裨益。 会议现场 热烈讨论

地铁隧道气象传感器Czujnik pogody tunelu metra风途【FT-WQX5】是一款闪闪发光的五要素气象传感器。随着公路隧道向长大化方向发展，行车速度和密度加大，公路隧道火灾事故的发生率也随之增加，隧道通风排烟问题也逐渐引起高度重视。　　一、产品简介　　山东风途物联网科技有限公司作为专业研发生产销售微型气象仪的企业，一直致力于微型气象仪和气象环境解决方案推广应用。具有完整的生产链、实力雄厚的技术团队和全面的营销团队，我们研发生产的超声波风速风向仪、五要素微气象仪、六要素微气象仪和小型自动气象站等气象产品，已广泛应用到气象监测、城市环境监测、风力发电、航海船舶、航空机场、桥梁隧道等领域，客户遍布全国各地，并取得了良好的社会效益和经济效益。　　与传统的微型气象仪相比，我司产品克服了对高精度计时器的需求，避免了因传感器启动延时、解调电路延时、温度变化而造成的测量不准问题。　　FT-WQX5型五要素微气象仪创新性地将风速、风向、温度、湿度、大气压力通过一个高集成度结构来实现，可实现户外气象参数24小时连续在线监测，通过数字量通讯接口将五项参数一次性输出给用户。　　二、产品特点　　1、顶盖隐藏式超声波探头，避免雨雪堆积的干扰，避免自然风遮挡(实用新型专利，专利号ZL 2020 2 3215713.X)☆　　2、原理为发射连续变频超声波信号，通过测量相对相位来检测风速风向(发明专利，专利号ZL 2021 1 0237536.5)☆　　3、风速、风向、温度、湿度、大气压力五要素一体式(实用新型专利，专利号ZL 2020 2 3215649.5)☆　　4、采用先进的传感技术，实时测量，无启动风速☆　　5、抗干扰能力强，具有看门狗电路,自动复位功能,保证系统稳定运行　　6、高集成度，无移动部件，零磨损　　7、免维护，无需现场校准　　8、采用ASA工程塑料室外应用常年不变色　　9、产品设计输出信号标配为RS485通讯接口(MODBUS协议) 可选配232、USB、以太网接口，支持数据实时读取☆　　10、可选配无线传输模块，最小传输间隔1分钟　　11、探头为卡扣式设计，解决了运输、安装过程松动不准的问题☆

在近日举行的首届“大走廊杯”中国杭州博士后科创精英赛总决赛中，杭州师范大学物理学院杨泽超教授团队带来的项目“高时空分辨变温扫描隧道显微镜的研发与制造”从来自美国、英国、德国等13个海外国家和北上广深等30余个城市的300多个青年博士后团队中脱颖而出，得到不少科研人员和投资者的关注。首届“大走廊杯”中国杭州博士后科创精英赛总决赛现场要实现弯道超车、跨越发展，科学研究就要更具前瞻性一位创投公司高级投资总监表示:“我很看好这个项目，觉得这个产品应用范围很广，而且有较高的技术壁垒，他们把分辨率做到了原子级。同时，此仪器还能对原子的运动过程进行毫秒级的实时捕捉。”物理学院杨泽超教授据悉，扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，STM）是一种空间分辨率可以达到原子量级的微观探测工具，它能使人类直接地观察到物质表面的单个原子及其排列状态，并且能够研究其相关的物理、化学性质，因此在表面科学、材料科学、生命科学等领域得到了广泛应用。杨泽超介绍，表面纳米结构在不同温度条件下表现出不同的物理化学性质，而扫描隧道显微镜因具有原子分辨率实空间成像能力，尤其适合用来研究这类材料的表面物性。但同时表面结构动力学过程通常发生在毫秒或微秒的时间尺度。因此，在变温条件下工作的同时具有高时间分辨率的扫描隧道显微镜已经成为世界上很多研究小组的研究项目。“目前基于超高真空环境的扫描隧道显微镜已经高度商品化，尤其是德国和日本公司的产品占据市场的统治地位。但是兼具高时空分辨的变温快速扫描隧道显微镜国内外尚未出现成熟商品化产品。”杨泽超瞄准了这个空白， 2016年在德国马普学会弗里茨-哈伯研究所开展博士后研究工作时，将精力和重心放在高时空分辨变温扫描隧道显微镜的研发与制造上。他说，要实现弯道超车、跨越发展，科学研究就要更具前瞻性。“光搭建这个显微镜设备就花了2年时间，如果算上前期研发设计，总共花了6年。我们每周工作70个小时以上，无论酷暑还是严寒，我们都坚守在实验室内，紧盯测试过程，饿了就几顿并作一顿，累了就趴在桌子上休息。”回忆起研发历程，作为团队核心成员的杨泽超非常感慨，“六年磨一剑，不仅要坐得住冷板凳，还要有不惧困难的勇气。下一步我们将继续优化仪器的软硬件设计，提高仪器操作的便捷性。”个人价值和国家需要相结合，是很有成就感的事2021年，在德国求学生活已过十年的杨泽超，做出了一个决定，结束自己的海外生涯，正式归国。他带着“高时空分辨变温扫描隧道显微镜的研发与制造”项目加入物理学院。“我们不仅针对性解决了传统扫描隧道显微镜在快速扫描时图像畸变和快速慢速扫描不易切换等硬件方面的问题，而且自主研发的扫描头和快速扫描控制系统，在保有原子分辨率的前提下可以达到120帧/秒的成像速率。可以系统地研究不同覆盖度下氧原子在 Ru(0001) 表面的扩散运动机制。仪器的工作温度范围也扩展到了（200-1000 K）。这套设备将成为研究纳米材料‘时间-结构-性质’构效关系的理想科研仪器，为表面物理和化学的研究提供更多的实验手段，在原位实时实空间研究表界面原子扩散、薄膜材料生长和化学反应等领域均具有重要意义。” 杨泽超自豪地介绍道，“作为杭师大的老师，我不仅想让这个项目在祖国落地，更想在我工作生活的杭州有所作为，能将个人价值和国家需要相结合，是很有成就感的事。”目前杨泽超已将他研发的高时空分辨变温扫描隧道显微镜放置在学校实验室内。“作为一名教师，除了基础的教学，我也想通过自己研发扫描隧道显微镜的经历引导学生了解前沿的技术动态和趋势，带给学生更多的启发。” 他动情地说，“物理学作为基础学科，对于国家的现代化建设和产业升级具有重要的推动作用，我愿为培养这样的基础学科人才而继续努力。”

无损检测行业在我国已有几十年的历史，随着社会经济的发展，无损检测行业已经涉及到了人们生活当中的各个方面。曾有专家表示，无损检测是一个朝阳行业，这个行业的发展空间很大，尤其是中国发展前景非常广阔。我国的无损检测行业的现状又是怎样呢?小编带你一起来看看。　　一、涉及无损检测的一些相关数字：　　截止2013年4月份，据调查的数字表明：　　(1)应用无损检测技术的企业单位据估计超过3万家，并且还有不断增加的趋势。　　(2)从事无损检测的专业机构和服务单位(公司、检验所、检验站、检验中心等)超过 2000 家(其中特种设备检验协会核准的持证机构 300 多家，有资料说我国目前从事第三方无损检验服务的公司达 600 多家， 也有说是我国能够提供第三方检测的大大小小检测公司有 6000 多家，包括无损检测、理化试验、计量等)。　　(3)涉及相关无损检测设备器材制造的厂家单位达 800 多家，分布于全国25个省、市及自治区，下表列出涉及相关无损检测设备器材制造的厂家单位的统计数字供参考：　　(4)开展无损检测技术方面的研究与相关应用的各种科研院所超过200 家。　　(5)开展无损检测应用技术方面的研究、开设无损检测技术课程的大学、学院、职业技术学院、技术学校超 过 100 家 每年全国培养超过千名无损检测专业或无损检测方向的毕业生(包括博士、硕士、学士，本科、 大专、中专、技校) 其中开设无损检测专业或者以无损检测技术为方向的检测技术专业的高等职业技术 学院、技术学校已经有 20 多家，包括军队系列的士官学校和职业技术学院以及开展在职教育的军事学院。　　(6)无损检测设备器材经销贸易、维修服务和技术服务企业单位超过600家。下表列出涉及相关无损检测设 备器材经销贸易、维修服务和技术服务企业单位的统计数字仅供参考：　　(7)目前在我国从事与无损检测技术相关工作的人员估计在35万人以上，包括生产第一线的无损检测操作人员，无损检测工程技术人员，无损检测技术管理人员，无损检测设备器材制造企业人员，教育界、科研 界与无损检测技术应用相关的科研教学人员、与无损检测技术专业相关的在校学生和研究生，无损检测设 备器材经销贸易、维修服务技术服务以及专业从事第三方无损检测服务企业的人员等。　　例如铁道系统据称有5万人以上，石油化工、油田、天然气、锅炉压力容器四个行业据称有 12 万人以上、航空工业系统据称有2万人以上，台湾无损检测业界约有 3000人，此外还有航天、汽车、机械工业、电力、核电、军队、 电子工业、食品医药卫生、轻工及其他行业领域未作了解。　　(8)中国无损检测市场的容量，据笔者估计，目前每年无损检测仪器设备器材销售总额约 30 亿元人民币(例如目前工业射线胶片销售量每年就约达5亿元)，连同无损检测人员技术资格等级培训与资格鉴定、认证 费用，第三方无损检测业务等，与无损检测技术相关的市场总容量估计达到约 60 亿元人民币。　　国外某知名度和权威性很高的检测公司估测中国第三方检测市场是一个超过500亿美元的巨大市场(未说明是每年还是一段时期)，不过这个数字包括无损检测、理化检测、计量检测及其他所有检测业务，也有一说是中 国第三方无损检测业务每年有大约 20 亿人民币的市场)。　　应当指出，由于中国无损检测市场存在着巨大的容量和潜力，目前除了世界上著名的无损检测设备器 材制造商几乎都在中国建立了分公司、办事处或者有其代理商外，许多国家的中、小无损检测设备器材制 造商以及国际著名的检验机构、培训机构等也都纷纷在努力寻求进入中国市场，还有不少国外无损检测设备器材产品在中国已经采取或者正在寻求“OEM”(俗称贴牌)制造方式，还有的国外企业正在寻求并购中国的无损检测设备器材制造企业。　　二、国产无损检测设备器材基本状况　　国产无损检测设备器材大致上可以分为26 大类，具体产品型号和品种则超过千种。大体上已经涵盖了目前国内无损检测技术应用的大部分领域，特别是常规无损检测的设备、器材、附件、耗材等，基本上达到了价廉物美和能够满足一般的检测需要，并且已经有不少国产的NDT产品输出到大陆以外的国家和地区。　　例如便携式数字超声探伤仪和模拟式超声探伤仪、数字式超声测厚仪、超声检测标准试块、超声探头、X 射线探伤机、各种射线检测辅助器材、便携式涡流检测设备、大型涡流检测自动化系统̷̷等。　　[1] 超声波检测设备：数字式与模拟式通用便携式超声探伤仪，大型自动化超声探伤系统(管材、棒材、 板材、焊接管等)，各种专用检测仪器设备(如球墨铸铁球化率计、螺栓紧固力检测仪、声速计、陶瓷绝 缘子超声检测仪等)，各种通用与专用的超声探头，超声测厚仪(测厚精度最高能达到 0.001mm，已有具 备穿过涂层测厚功能的测厚仪)，TOFD超声探伤仪，相控阵超声探伤仪等。　　国内超声探伤仪制造厂已超过 30 家，其中能够制造TOFD、相控阵仪器的已经超过5 家，专业超声探头制造厂家超过50家，并已经有能够制造TOFD、相控阵探头以及复合压电材料探头的专业厂家。与超声检测相关器材制造厂家总计超过 165 家。此外，管道磁致伸缩导波检测系统、桥梁缆索磁致伸缩导波检测系统、空气耦合超声检测系统等也已经在 2011 年问世。　　[2] 磁粉检测设备与材料：通用便携式(交直流式、蓄电池式、带逆变器的蓄电池式)、移动式、床式磁粉探伤机(采用多种类型的磁化电流，最大周向磁化电流已能达到 3.5 万安培)，各种专用磁粉检测设备，大型半自动化与自动化磁粉检测系统，脉冲磁化设备，退磁机，辅助仪器(如磁场测量仪器、退磁计等)，耗材(磁粉、磁膏、浓缩磁悬液、高闪点载液等)。旋转磁场、复合磁化、荧光磁粉检测等方法的应用得 到更大普及，用于磁粉检测的自动爬行装置、应用CCD摄像记录的自动化荧光磁粉探伤系统等都已面市。相关磁粉检测设备与材料的制造厂家超过 129 家。　　[3] 渗透检测设备与材料：适应不同灵敏度等级要求(普通工业级到核工业级和特种材料)的着色渗透、 荧光渗透、着色荧光渗透用材料，便携式器材(如喷罐型)、大型自动渗透流水线系统，各种辅助设备器 材(如静电喷涂设备、荧光渗透液专用污水处理设备等)。与渗透检测器材相关的制造厂家超过 36 家。　　[4] 射线检测设备：X射线、γ 射线、β 射线、中子射线、高能X射线(如电子直线加速器)，X射线管(定 向、周向，玻璃管、波纹陶瓷管、金属陶瓷管)，通用便携式、移动式、大型固定式射线检测设备，变频、恒频、恒电位X射线机，辅助设备器材(如半自动及全自动洗片机、干片机、观片灯--包括最新的LED型观 片灯、黑白密度计、符合国内外各种标准的像质计、工业X射线底片扫描仪、射线剂量监测仪器、工业射 线胶片、暗盒、铅字、磁钢、洗片架、洗片槽̷等)，各种射线防护器材与装置，各种放射性同位素源(如192Ir、60Co、75Se、137Cs、137Yb、170Tm、153Gd等γ 源和252Cf中子源等)。相关射线检测设备器材、辅助器材等的制造厂家超过 240 家。　　[5] 涡流检测设备：通用便携式数字化涡流探伤仪、脉冲涡流检测系统、阵列涡流检测系统、大型自动化涡流探伤系统、各种专用涡流检测仪器设备、配套的各种涡流换能器、涂镀层测厚仪，配套的辅助器材，材质分选仪、导电率仪、硬度分选仪、金属探测器、钢绳张力测试仪、钢丝绳检测仪等。相关涡流检测(电 磁检测)的制造厂家超过 47 家。　　[6] 漏磁检测设备：通用、专用以及大型自动化漏磁检测系统。　　[7] 内窥镜：光学内窥镜、光纤内窥镜、视频内窥镜(电子内窥镜)。　　[8] 光学测量仪器：白光照度计、黑光照度计、紫外线强度计、荧光亮度计等。　　[9] 声发射检测设备：多通道声发射检测便携式系统与大型系统。　　[10] 泄漏检测设备：电火花检漏仪、智能声脉冲快速检漏仪、管道泄漏检测定位仪、有机惰性荧光示踪检 漏产品、渗透检漏液、地下管道探测检漏仪、地下电缆探测检漏仪、管线定位仪、燃气管道检漏仪、湿法 涂层检漏仪等。　　[11] 硬度测定仪器：里氏硬度计、超声波硬度计。　　[12] 电磁超声探伤设备：电磁超声检测系统、自动化电磁超声探伤系统、电磁超声测厚仪。　　[13] X 射线实时成像与工业 CT 设备：采用图像增强器型、DR 型的通用设备、专用设备，分辨率测试卡。　　[14] 激光检测设备：便携式激光电子散斑仪、利用激光数字散斑干涉技术的大型自动化轮胎无损检测系统、激光材料厚度在线测量仪、在线激光测径仪、激光数字检测仪，激光超声检测系统，全息感光胶片与干板 等。　　[15] 电位法裂纹深度测量仪。　　[16] 红外检测设备：红外线测温仪、红外内窥仪、红外热象仪。　　[17] 配合各种无损检测方法应用的各种系列的标准试块、灵敏度试块与试片、通用对比试块、专用对比试 块，还有如山东瑞祥模具有限公司(山东济宁模具厂)专业化生产的系列商品化焊缝自然缺陷试件可满足 检测方法试验和无损检测人员技术资格培训与考核应用的需要。　　[18] 配合无损检测应用的各种专用机械辅助装置与系统：半自动化与自动化探伤系统的机械装置、射线检 测用管道爬行器、试块刻伤机、商品化 X 射线机固定夹具和支架、升降车等。　　[19] 配合荧光磁粉、荧光渗透检测的紫外线灯(便携式、袖珍式、大面积辐照型)、黑光光源(除了常规的高压汞灯、灯管外，还有采用 LED 的紫外光源)。　　[20] 岩石、混凝土、桩基的检测设备，混凝土钢筋检测仪、数显回弹仪、钢筋位置测定仪、楼板厚度测定 仪、波速测井仪等。　　[21] 微波检测系统、太赫兹波检测系统。　　[22] 热电金属材料分选仪。　　[23] 磁测应力仪。　　[24] X 射线应力测定仪、X 射线衍射仪。　　[25] 金属磁记忆技术：智能化磁记忆金属检测仪、应力集中磁检测仪、裂纹磁指示仪。　　[26] 其他：如表面粗糙度仪、测振仪、残余应力测试仪、超声波浓度计、超声波流量计、超声波液位计、 陶瓷泥料水份速测仪̷̷等。

巨磁阻效应自发现以来就被广泛应用于MRAM、磁传感器等自旋电子器件中。目前，基于巨磁阻效应的自旋电子器件主要是铁磁体磁隧道结，其研究和发展受限于铁磁体的使用。因此，为进一步提升自旋电子器件的磁阻比等性能，探究其他磁体开发的高效自旋电子器件的研究非常有必要。近期，东京大学的Satoru Nakatsuji团队对手性反铁磁体Mn3Sn组成的磁隧道结进行了深入探究。作者首先对Mn3Sn手性反铁磁态中自旋正极化、负极化和磁八极的投影态密度进行了表征，发现八极矩的大多数和少数能带之间存在明显的能量漂移，与铁磁性铁中自旋矩的大多数和少数能带的漂移非常相似，并根据第一性原理进行了模拟验证，结果表明Mn3Sn在基于隧穿磁阻(TMR)的器件(如MRAM)中具有巨大的应用潜力。此外，为了更好的观测其TMR效应，作者制备了基于Mn3Sn的磁性隧道结( MTJ )，测得室温下的隧穿磁阻(TMR)比率约为2%，出现在手性反铁磁状态下簇磁八极的平行和反平行构型之间。该成果以《Octupole-driven magnetoresistance in an antiferromagnetic tunnel junction》为题发表在Nature上。图1 带簇磁八极的反铁磁隧道结（a）铁磁（FM）隧道结示意图（b）反铁磁（AFM）隧道结示意图（c）（d）铁磁隧道结和反铁磁隧道结的投影态密度图（pDOS） 本文中，作者使用了英国Durham公司的磁光克尔效应系统-NanoMOKE3，通过系统自带的磁滞回线测量功能，对反铁磁隧道结顶部和底部Mn3Sn电极的矫顽力进行了测量。图2 室温基于手性Mn3Sn反铁磁体的磁隧道结表征图 （a）高分辨率TEM表征图（b）磁光克尔测量示意图（c）顶部和底部Mn3Sn反铁磁体的磁滞回线图 英国Durham公司是依托于英国Durham大学的高科技企业。与Durham大学强大的磁光学研究相对应，Durham公司的Russell Cowburn教授（英国剑桥大学卡文迪许实验室主任，英国科学院院士）设计并研发了灵敏度能到10-12 emu兼具Kerr显微镜与回线测量功能的高精度磁光克尔效应系统——NanoMOKE3。相比于历代MOKE系统，NanoMOKE3系统将磁光克尔的光路部分集成在光学盒中，避免了实验人员测试前搭建光路的工作，大大减少了实验人员操作量。另外，光学盒中的光路经过特殊设计，可以同时实现极向克尔和纵向克尔的测量，无需调整光路，只需更换镜片即可完成极向克尔和纵向克尔的切换。左）NanoMOKE3磁光克尔效应系统；右）NanoMOKE3光学集成盒因其高集成度的系统设计和开放式的样品环境，NanoMOKE3具备丰富的拓展性。实验人员可以以NanoMOKE3系统为基础，与其他实验设备组合搭建，进行其他领域方面的测量。一、低温磁光克尔系统NanoMOKE3系统允许用户在样品台部分搭建低温恒温器，实现低温磁光克尔的测量。例如，下图所示为NanoMOKE3与美国Montana Instrument无液氦低温恒温器进行了组合使用，从而实现了10K以下的磁光克尔测量。NanoMOKE3的低温磁光克尔测量性能在国内外领域内具有极高的水平。此低温MOKE方案已在南方科技大学安装使用。NanoMOKE3 磁光克尔系统与 Montana Instrument无液氦低温恒温器组合使用示意图二、晶圆扫描探测系统如今，越来越多的晶圆检测设备采用非接触式的光学测量，取代了传统的接触式晶圆测试方法。其中，以磁光克尔效应原理进行晶圆检测的方法就因其操作简单、检测速度快而被广泛使用。Durham公司在现有磁光克尔系统基础上改造升级，推出了超高灵敏度的晶圆扫描探测系统（wafer mapper），专门用于测量整个晶圆表面的磁滞回线和磁畴图像。系统中集成的磁光克尔能对整个晶圆样品区域（可按X和Y轴自由移动）进行磁滞回线扫描和区域Mapping的测量，最终绘制得到晶圆样品整体区域的磁性分布图，从而完成晶圆样品的检测。该款晶圆级磁光克尔测绘仪选用NanoMOKE3特创的光学盒，继承了其测量速度快，操作简单的优点。整个测量过程可以通过系统自带的LX PRO3软件完成，无需进行繁琐的实验预设值，大大增加了实验效率。晶圆扫描探测系统装配图 Durham公司特创的NanoMOKE3磁光克尔光学集成盒是Cowburn教授从事MOKE系统研发和深耕多年的结晶。不但减轻了实验人员的操作繁琐度，更重要的是以磁光克尔效应为基础，为更丰富领域的测量提供了可能，有望助力各个领域科研人员实现更高水平的突破！参考文献：[1]. Chen, X., Higo, T., Tanaka, K.et al. Octupole-driven magnetoresistance in an antiferromagnetic tunnel junction. Nature 613, 490–495 (2023).

近日，中国科学院空天信息研究院（广州园区）-广东大湾区空天信息研究院（以下简称“大湾区研究院”）成功研制出太赫兹扫描隧道显微镜系统，实现了优于原子级（埃级）的空间分辨率和优于500飞秒的时间分辨率，成为国内首套自主研制的太赫兹扫描隧道显微镜系统。THz-STM系统扫描隧道显微镜（STM）是一种用于观察和定位单个原子的扫描探针显微工具，通过原子尺度的针尖，在不到一个纳米的高度上，对不同样品进行超高精度扫描成像。STM在低温下可以利用探针尖端精确操纵单个分子或原子，不仅是重要的微纳尺度测量工具，也是颇具潜力的微纳加工工具，在原子级扫描、材料表面探伤及修补、引导微观化学反应、控制原子排列等领域广泛应用。但是，传统的电学调制速率限制了STM在更高时间分辨率的观测（一般具有微秒量级的时间分辨率）。2013年，加拿大阿尔伯塔大学教授Frank Hegmann，首次将太赫兹脉冲和STM结合，实现了亚皮秒时间分辨和纳米空间分辨，随后德国、美国等科研团队纷纷开展相关技术研究。大湾区研究院太赫兹研究团队历时近12个月，突破了太赫兹与扫描隧道针尖耦合、太赫兹脉冲相位调制等核心关键技术，成功研制出国内首台太赫兹扫描隧道显微镜（THz-STM）。该显微镜具有埃级空间分辨率和亚皮秒时间分辨率（提升100万倍以上），可同时实现高时间和空间分辨下的精密检测（飞秒-埃级），为进一步揭示微纳尺度下电子的超快动力学过程提供了强有力的技术手段，可用于新型量子材料、微纳光电子学、生物医学、超快化学等领域。该研究得到国家自然科学基金委太赫兹基础科学中心、广东省科学技术厅、广州市、黄埔开发区等相关项目的资助。THz自相关脉冲和THz-STM电流信号硅重构表面原子分辨和金表面原子分辨

2022年2月，中国科学院空天信息研究院（广州园区）-广东大湾区空天信息研究院（以下简称“大湾区研究院”）成功研制出太赫兹扫描隧道显微镜系统，实现了优于原子级（埃级）的空间分辨率和优于500飞秒的时间分辨率，为国内首套自主研制的太赫兹扫描隧道显微镜系统。扫描隧道显微镜（STM）是一种用于观察和定位单个原子的扫描探针显微工具。通过原子尺度的针尖，在不到一个纳米的高度上，对不同样品进行超高精度扫描成像。STM在低温下可以利用探针尖端精确操纵单个分子或原子，不仅是重要的微纳尺度测量工具，也是颇具潜力的微纳加工工具，在原子级扫描、材料表面探伤及修补、引导微观化学反应、控制原子排列等领域具有广泛应用。但是，传统的电学调制速率限制了STM在更高时间分辨率的观测（一般具有微秒量级的时间分辨率）。2013年，加拿大阿尔伯塔大学Frank Hegmann教授，首次将太赫兹脉冲和STM结合，实现了亚皮秒时间分辨和纳米空间分辨，随后德国、美国等著名科研团队纷纷开展相关技术研究。但我国在该领域的研究一直处于空白。大湾区研究院太赫兹研究团队历时近12个月，突破了太赫兹与扫描隧道针尖耦合、太赫兹脉冲相位调制等核心关键技术，成功研制出国内首台太赫兹扫描隧道显微镜（THz-STM），具有埃级空间分辨率和亚皮秒时间分辨率（提升100万倍以上），可同时实现高时间和空间分辨下的精密检测（飞秒-埃级），为进一步揭示微纳尺度下电子的超快动力学过程提供了强有力的技术手段，可用于新型量子材料、微纳光电子学、生物医学、超快化学等诸多领域，有望取得具有重要国际影响力的原创性科研成果。该研究得到国家自然科学基金委太赫兹基础科学中心、广东省科技厅、广州市、黄埔开发区等相关项目的资助。 THz-STM系统硅重构表面原子分辨（左），金表面原子分辨（右）

人的心脏有问题了，可以做个心电图检测，查清楚心脏的情况，从而对症下药施治。那大树要是“肚子”里生虫子或者开裂了，除把树木锯开检查外，还有没有简单点的检查方法呢? 　　浙江林学院电子信息专业大三学生刘凯等3名同学和导师李光辉，花了3年的时间给大树研究了一个“心电图”检测仪——木材无损检测仪，这几天已经申请专利。价格是国外同类产品的十分之一。 　　“170微秒，和数据对比看看，好，健康。”刘凯与合作的同学一起，动作麻利地给一棵直径14厘米的樟树两边各插上了一个传感器，插好后，启动开关，手里的木材无损检测仪上就显示出树木内部应力波的传播速度。从给树木“穿衣服”，到数据显示后显示树木正常，这个过程一共历时3分钟。 　　“别看它小，可别小看它。”刘凯称手里的木材无损检测仪为“手持设备”，看着比家用的电视遥控器要厚2倍，宽1倍的样子，“虽然小，但它的测量精度、可靠性和灵敏度比国内外市场上的所有同类产品都高。” 　　“这个发明，最重要的是利用脉冲锤撞击树木，使树木内部产生应力波的传播。”李光辉教授介绍说，使用者就是通过测量应力波的传播时间和传播速度的变化，并计算木材弹性模量等参数，通过对比正常同类树种的相关数据，来判断木材内部有无缺陷。 　　在国外，同类产品最便宜的也卖到3000多欧元，折合人民币3万多元，而刘凯他们设计的这个仪器，价格则不到3000元。 　　活着的树木和古建筑中的木材适用 　　“有很多树木，外面看着是好好的，可里面的‘心’早都空了，这样的树特别容易引起火灾。”刘凯说，以往要给树木做检查，都要先把木材砍掉，再用锯子锯开才能了解木材的内部情况。如果是古建筑中的木材，所受的损伤则更大。因此，很多文物保护单位也希望能有简单的防范，提前知道古建筑中的木材内部有没有长虫子或开裂。从2007年初开始，刘凯、蔡步森等3名同学，在李光辉的指导下，利用电子信息、计算机软件开发等专业知识，开始就这一难题进行研究，最终并成功开发出了基于应力波原理的木材无损检测仪。 　　“要想不损伤木材进行检测，需要很庞大的设备。”刘凯说，在此之前，木材研究领域也有红外线检测法、超声波检测法、核磁共振检测法等检测方法，但因为设备实在太昂贵，操作程序又复杂而难以推广。 　　“这个木材无损检测仪既不破坏材料的原有特性，又能在短时间内连续获得检测结果。”据刘凯介绍，检测仪与被测木材之间不需任何的耦合剂，也不受木材尺寸和形状的影响，更不会对人体造成危害，“所以，活着的古树名木和古建筑中的木材更适合使用。” 　　对于学生的这项发明，浙江林学院木材研究专家、木材过程中心负责人马灵飞教授认为，该项仪器能够准确的检测、分辨出健康树木和有内部缺陷的树木，而且便于携带、使用方便，具有很强的实用价值，尤其是对木质文物保护、检测古树名木的健康状况等具有重要作用，该仪器还可以应用在林业管理、林业教学与科研等领域，应该具有广阔的市场前景。 　　本文来自: 中国木材网(www.chinatimber.org) 详细出处参考：http://www.chinatimber.org/news/28832.html