双测量系统

一、 前言根据自有设备情况选用公司齿轮测量机、三坐标测量机作为数字化设备，分别对双联行星轮对齿精度进行测量。通过分析测量过程及测量结果，对三坐标测量机间接测量法进行改进，即通过对大小齿轮轮廓进行扫描，构造虚拟量棒直径计算对齿角度偏差，并根据这种测量方法编制了三坐标自动测量程序，提高了检测效率及准确性，保证产品的合格率至98%以上。二、实施背景（一）背景近年来，为降低矿山运输行业成本，提高效率，大型工程运输车开始设计生产，其中轮式自卸车比较热门，一直占据市场主导地位。当前，全球每年轮式自卸车销售额高达100亿美元以上，并且连续6年保持30%的增长率，足以说明一个新兴品类正在崛起。（二）现状轮式自卸车电动轮组成的主要部件为双联行星轮。行星齿轮传动与普通齿轮传动相比，具有重量轻、体积小、传递功率大、结构紧凑、承载能力高等一系列优点，在工业领域应用广泛。在行星传动的各种型式中,NW、NN及WW三种型式的行星齿轮为双联齿轮，当前国内研制和承接的轮边减速器产品中，NW型双联行星轮组的制造工艺难度系数最大。目前，只有GE、西门子等极少数国际大公司具备制造高品质双联行星轮组的能力，形成市场垄断，利润高达500%。最近几年，国内研制了多种双联行星轮组对，但制造过程复杂，工艺和产线瓶颈较多。大多数公司只能选择自行配对组装，但却无法满足与客户整机零件的互换，与行业中成熟产品存在较大差距，产品的销价差别也很大。 （三）实施的紧迫性目前，中车戚墅堰所已涉及共计6款双联行星轮的研制，双联行星轮不仅可以作为零部件安装在总成上，还可以作为成品进行销售。通常双联行星轮需要经过热套、精磨轴承档、磨齿修正三个工序，每个工序都要检测对齿精度，只有保证每次检测的稳定和效率，才能使成品的对齿精度控制在顺逆30秒以内。为攻克目前产品中对齿精度检测的难点，本文对轮边减速器中的行星轮组对齿精度的相关工艺及检测要求进行了讨论分析，助力企业有效地提高生产效率，降低质量风险，固化生产周期并降低生产成本。三、测量方法及改进（一）间接测量方案及参数确定1.双联齿轮对齿技术简介行星齿轮机构传动是指二个或三个双联行星齿轮工作时与太阳轮、内齿轮同时啮合而形成的传动系统。双联行星齿轮对齿在技术条件上一般要求上下联的齿或槽中心对正，常用的对齿和测量方法是用插齿刀对齿，用圆柱棒进行偏差测量。2.测量设备配置检测设备配置如下表1所示，三坐标测量机是20世纪60年代发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器。它的优点是：(1)通用性强，可实现空间坐标点的测量，方便地测量出各种零件的三维轮廓尺寸和位置精度；(2)测量精度可靠；(3)可方便地进行数据处理和过程控制。因此，它被纳入自动化生产线和柔性加工线中，并成为一个重要的组成部分。齿轮测量机主要用于测量齿轮的轮齿精度，包括齿形、齿向误差、周节累积误差、径向跳动误差等，测量精度高。表1 检测所用设备设备名称型号生产厂家三坐标测量机MMZ G 303020德国蔡司ZEISS齿轮测量机P65德国克林贝格3.测量参数的确定选用1Z057双联行星轮作为测量件，它是由小行星轮和大行星轮组合而成的。(如图1) 图1 1Z057双联行星轮选用三坐标测量机进行对齿精度测量时，首先要确定测量圆柱棒的直径。通过查阅1Z057 双联行星轮的设计蓝图，了解大小行星轮的参数，再根据参数信息计算最佳圆柱棒直径进行测量。为保证测量结果的准确性, 量棒直径不可太大, 也不可太小；若直径太大,与齿廓的接触点有可能超出大径，若直径太小, 则量棒外圆将与槽底接触。以上两种情况都无法得出正确的测量结果。为避免这些情况,选择量棒直径时,应使量棒外圆与齿廓的接触点落在分度圆及其附近的任意位置上,一般在距小径的(1/ 3~ 2/ 3 齿高之间为宜。当量棒外圆与齿廓的接触点落在分度圆上时,可通过公式1得出量棒直径。 公式（1）其中dp是量棒直径，db是分度圆直径，α是齿形角，Z为齿数，对于渐开线标准圆柱齿轮db=mz；小行星轮模数为8.367，齿数为17，齿形角为25度。经计算最佳量棒直径为φ16.771；大行星轮模数为8.175，齿数为72，齿形角为25度。经计算最佳量棒直径为φ15.797。4.间接测量方案根据公式（1）计算结果，我们选用φ16的量棒进行间接测量，测量方法如图2。 图2 测量小行星轮（左）；测量大行星轮（右）先扫描上下两个轴承档连成公共轴线，确定轴线基准。将φ16的量棒卡入齿槽内，用探头确定量棒中心位置，建立坐标系，计算出上下中心的偏移量，得出对齿角度偏差。图3为测量数据报告，根据偏移量的正负值确定顺逆方向。 图3 测量数据5.数据验证选用齿轮测量机进行测量，首先找正双联齿轮的轴承档，输入大小行星轮参数，选择角度测量软件，自动扫描轴承档，确定基准中心线，然后扫描大小行星轮齿槽左右齿面的齿形轮廓和齿向轮廓，确定齿槽中心线，通过软件计算，得到偏转距离，从而得出对齿角度。测量过程如图4，数据报告如图5。 图4 测量小行星轮（左）；测量大行星轮（右）图5 测量数据6.数据对比及测量存在的不足通过量棒间接测量的对齿角度为44秒，而齿轮测量机测量结果为1分05秒。以齿轮测量机测量结果为参考值，两次测量存在21秒偏差，偏差交大。对比两种测量方法，间接测量法以手动操作为主，人为不确定性较大；齿轮测量机通过扫描齿形轮廓和齿向轮廓确定齿槽中心线，得出对齿角度，数据精准性较高，但是起吊、找正及测量时间较长，效率低下，无法满足生产进度。（二）对齿精度检测工艺优化改善间接测量法测量结果偏差较大，特对其进行改进。首先选取小齿轮的上端面作为空转方向，小齿轮上端圆作为圆心，小齿轮两边对齿的中心点作为旋转方向建立初定位坐标系；通过初定位坐标系，三坐标测量机能够快速准确地扫描工件的上下两个轴承档并使其公共轴线成为基准；再通过三坐标测量机运用未知曲线扫描功能对上下齿轮中部（即齿向最高点）的齿槽两边进行扫描，得到2条V形曲线（如图6）。构造与V形曲线相切的两个虚拟圆形，小行星轮选择直径为φ16.771的圆，大行星轮选择直径为φ15.797的圆（如图7）。以轴线作为基准，小行星轮虚拟圆圆心到轴线的连线作为方向基准建立坐标轴。通过计算两个虚拟圆圆心到轴线连线的夹角得出对齿角度。 图6 扫描程序图7 小行星轮拟合圆（左）；大行星轮拟合圆（右）表2 双联行星轮对齿角度数据序号改进前（三坐标）改进后（三坐标）（齿轮仪）方向10’40”0’22”0’20”顺时针20’38”0’18”0’20”顺时针30’42”0’23”0’20”逆时针40’20”0’13”0’10”逆时针50’15”0’36”0’35”逆时针60’40”0’51”0’50”逆时针70’28”0’9”0’12”顺时针80’30”0’13”0’13”顺时针90’5”0’21”0’20”顺时针100’13”0’35”0’35”顺时针110’30”0’15”0’12”顺时针120’28”0’10”0’12”逆时针130’5”0’24”0’20”顺时针140’45”0’24”0’25”顺时针150’5”0’25”0’23”顺时针160’10”0’30”0’29”顺时针170’5”0’20”0’20”顺时针180’30”0’10”0’5”逆时针190’24”0’23”0’25”逆时针200’19”0’40”0’38”顺时针210’28”0’14”0’10”顺时针220’13”0’32”0’30”顺时针230’10”0’30”0’32”顺时针240’40”0’25”0’25”顺时针250’15”0’33”0’30”顺时针260’29”0’22”0’20”逆时针270’42”0’22”0’25”顺时针280’8”0’29”0’28”逆时针290’28”0’16”0’12”逆时针300’40”0’20”0’21”顺时针平均偏差0’16”0’2”表2为30件工件的测量数据，以齿轮仪测量结果作为参考值。对比可见，改进前的数据平均偏差为16”，改进后的数据平均偏差为2”，表明改进后三坐标测量数据的稳定性及精确度都有了进一步提升，与齿轮仪的测量数据偏差较小，满足设计要求，提升测试效率，为双联行星轮的加工提供了强有力的数据支持，也为公司打破垄断走向市场提供了关键的检测技术支持。四、实施效果及意义通过对间接法进行改进优化，三坐标测量机适用于各类型双联行星轮组的对齿精度检测。对齿精度检测工艺的优化，也大大提升了产品合格率，取得了巨大成效，主要有以下4个方面。1.双联行星轮对齿精度合格率达98%；2.双联行星轮制造成本降低10%，产品质量和市场竞争力获得极大提高；3.双联行星轮的检测周期缩短20%，由以前的2天以上缩短至1天；4.双联行星轮可实现90%成品的对齿精度在正负30秒以内，媲美GE、西门子等公司同类产品要求。参考文献[1] 王兰群 张国建.渐开线花键M值得测量及量棒直径的选择 2005.9.1[2] 张志宏 张和平 双联行星齿轮模拟装配 2005.8.26[3] 郭海风 张丽 双联行星齿轮对齿技术 1994.1.1本文作者：中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司计量检测工程师 蒋瑞骐

2020年9月，自中国向世界正式提出“碳达峰、碳中和”（以下简称“双碳”）战略目标以来，党中央、国务院围绕“双碳”战略进行了一系列重大决策部署。《建立健全碳达峰碳中和标准计量体系实施方案》（以下简称《方案》）作为“1+N”政策体系的保障方案之一，核心是加快支撑“双碳”战略目标的计量与标准体系建设。《方案》提出了24项重点任务、5项重点工程和4项行动，对统筹推进“双碳”标准计量体系建设进行了全面部署。实现“双碳”战略目标是一场广泛而深刻的变革，核心是控制碳排放总量，摸清碳排放底数，是科学决策、成效评估和国际谈判的重要基础，对我国实现“双碳”战略目标至关重要。其中，计量技术是“双碳”战略的底层驱动。计量技术直接用于碳排放测量、能源测量、自然资源与环境监测等领域，通过国际互认、一致的测量标准和测量方法，保障数据的准确可靠。同时，计量技术为碳排放、碳减排、碳清除和市场化机制等标准制定提供量值依据，是实施检验检测的技术基础，在促进国家质量基础设施（NQI）协同运行中发挥核心功能。《方案》秉承“科技驱动，技术引领”的原则，全面布局计量技术体系建设，就是要通过先进碳测量技术支撑我国碳市场和国家碳排放清单数据质量，推动由宏观“碳核算”向精准“碳计量”的转变，达到“报告的1吨就是排放的1吨”的国际要求，实现国际互认。一、夯实基础研究，建立健全“碳计量”溯源体系完善的量值传递溯源体系是确保测量器具溯源性、测量过程有效性、测量数据准确一致性的基础。具体而言，要加强碳计量基准、计量标准和标准物质研制，开发高精度测量仪器和传感器。在这方面，美欧国家走在世界前列。2022年8月，美国总统拜登签署的《国家标准与技术研究院（NIST）未来法案》授权NIST开发准确测量温室气体排放的工具和标准。NIST在化石和替代燃料、初级气体混合物领域研制了原油、含水甲醇、氮气中的二氧化碳等标准物质。英国国家物理实验室（NPL）目前正研制低成本环境传感器，以构建大型传感器网络，实时获取密集监测数据。NPL与中国计量科学研究院（NIM）合作开展可移动差分吸收激光雷达（DIAL）技术研究，解决开阔空间温室气体和大气污染物时空分布的精准测量和计量溯源难题，实现对分散污染源排放量的高精准测量。因此，《方案》明确提出建立健全碳计量基准、计量标准和标准物质体系，开展碳计量核心器件和高精度仪器研制，为实现“双碳”战略目标提供硬件支撑。二、聚焦前沿创新，攻克“碳计量”关键技术难题绿色低碳关键共性计量技术涵盖从排放因子、测量方法到测量不确定度多个方面，在行业领域广泛应用，能够解决节能减排的关键共性问题，是实现“双碳”战略目标的“公约数”。近年来，美欧国家已经开始重视碳数据的准确性，逐步采用直接测量和间接核算相结合的方法。例如，欧盟为欧洲全部大型火电厂和部分小型机组装备CO2浓度测量装置和烟气流量计，对温室气体进行直接测定。美国《温室气体排放报告强制条例》规定，所有年排放超过2.5万吨二氧化碳当量的排放源必须全部安装连续排放监测系统（CEMs），并将数据在线上报美国环保署。英国商业能源与工业战略部（BEIS）定期通过大气测量和反演模型相结合对碳排放清单进行外部验证，及时查找和减少核算误差。NPL目前正针对全球性大气监测网络开发测量不确定度评定方法，以增强监测活动的可追溯性。因此，《方案》提出开展碳计量学、碳排放因子、碳排放量监测、碳排放测量不确定度等关键共性计量技术研究，攻克关键共性测量难题。三、把握数字化机遇，推动“碳计量”数字化转型数字化是发展大趋势，碳计量数字化转型事关数字经济发展大局随着各行业领域数字化转型的不断深入，在线、动态、远程、虚拟作业场景越来越成为行业常态，新型测量情景和参数不断涌现，伴随而来的是对新型测量器具的需求。同时，数据成为数字化转型中的核心要素，在碳排放智能监测、反演、预警、决策中发挥关键作用，碳计量标准参考数据更可以作为“数字测量标准”直接服务行业，避免重复性测量并减少由于测量结果不准确而造成的损失。美国占据全球标准参考数据垄断地位，在服务低碳方面，NIST已建立碳氢化合物光谱数据库、碳氢化合物热物理性能数据库、二氧化碳光化电离参数数据库、燃烧量热法工具库等标准参考数据库，为全球低碳行动提供权威数据参考。《方案》对碳计量数字化转型做出部署，强调推动相关计量器具的智能化、数字化、网络化改造升级，建立碳计量标准参考数据库，全面助力实现数字化时代的“双碳”战略目标。四、加强领域应用，实现重点行业精准“碳计量”计量是实现“双碳”战略目标的根基，将计量技术创新融入产业低碳转型进程中，将为我国实现“双碳”战略目标注入长久的动力。《方案》秉承“夯实基础，完善体系”的原则，聚焦重点行业和领域，建立健全“双碳”计量技术体系，实现各行业低碳标准重点突破和整体提升。通过开展重点行业和领域碳计量技术研究与应用，提升碳排放和监测数据准确性与一致性，维护碳排放交易市场的公平性和稳定性，为产业低碳转型注入有效新动能，是新形势下计量助力产业转型升级发展的使命和机遇。国际上，温室气体议定书（GHG Protocol）下的《企业碳核算与报告标准》主要对于不同行业内的企业计算温室气体的方式、汇报责任、碳排放核查、减排核算、目标设定、库存设计等方面都提出了统一要求。美国电力行业碳交易市场采用的是以烟道流量数据和烟道温室气体的浓度数据排放端直接测量为主。欧盟碳排放交易体系为企业碳排放监测工作做了很多努力，经过多年发展与完善，已经成为全球最完善的碳交易市场，都在碳核查中明确了数据准确度的要求。欧盟碳交易市场是燃料端核算与排放端直接测量并行的方式，并且通过建立统一的“可测量、可报告和可核查”（MRV）制度，促进核查、认证服务形成内部市场。因此，《方案》提出开展重点行业和领域用能设施及系统碳排放计量测试方法和监测计量技术研究，提升碳排放和监测数据准确性一致性，探索推动具备条件的行业领域实现精准“碳计量”。五、下一步工作建议第一，尽快建立直接测量和间接核算相结合的碳排放统计监测核算报告体系。在重点行业推广直接测量和间接核算相结合的方法，选择典型区域和代表企业试点。制定核算报告国家标准，推行采用直接测量对间接核算数据进行验证，对重点高耗能高排放企业提出明确要求，保障碳排放数据的完整准确和一致可比，有力支撑科学决策和国际谈判。同时，加大先进碳计量技术研发应用力度，对先进碳计量技术和高端碳测量仪器研发应用实施专项经费投入，努力实现核心技术与高端仪器的自主可控，提升统计监测能力。第二，发挥国家战略科技力量作用，为“双碳”战略提供先进测量技术支撑。加快构建支撑“双碳”战略的标准计量体系，需要充分发挥我国新型举国体制优势和国家战略科技力量主力军的核心引领作用。中国计量科学研究院（NIM）作为中国的国家计量技术机构，担负着先进碳测量技术研发与应用的时代使命。国家碳标尺建立、碳交易市场建设、国家碳排放清单编制及未来应对碳关税等具体工作要积极吸纳碳计量技术力量更多参与其中，充分发挥计量“度量衡”的保障作用，提升我国碳数据的可信度，为实现“双碳”战略提供强有力的计量科技支撑。第三，健全完善“碳计量”国家标准，增强国际标准话语权。制定基于直接测量为基础的核算报告国家标准，要在国家标准层面实现测量和核算方法学的统一，完成碳数据准确性的国际互认和接轨。通过主导或积极参与国家间碳数据测量国际比对，以国际互认的碳排放数据测量体系为支撑，推进与国际碳市场接轨，积极维护我国企业的合法权益。参与相关领域国际标准制修订，承担国际标准化组织的技术工作，牵头制定国际标准。加强区域标准化合作，融入国际能效、碳排放标准和规则体系，加强国际标准协调。加快转化碳足迹、碳核算等先进适用国际标准，推进与国际碳市场接轨，增强谈判能力。第四，统筹NQI协同发展，释放全链条应用最大效能。在顶层设计层面，系统研究NQI支撑“双碳”目标的实施路径，同步推进、协同建设和融合发展。在体制机制层面，研究建立支撑“双碳”目标的“计量科技创新—技术标准制定—认证认可实施—示范推广应用—事后监管评估”的联动机制，充分释放最大效能。在建设实施层面，依托重点工程和行动，探索NQI要素融合发展及效能评价的基础理论，创新以单要素为支撑、多要素协同建设的工作机理。研究推进重点领域、重点产业的质量基础能力再造路径，全面夯实支撑“双碳”战略目标的质量基础能力。（方向 中国计量科学研究院院长、党委副书记）

2020年9月，自中国向世界正式提出“碳达峰、碳中和”(以下简称“双碳”)战略目标以来，党中央、国务院围绕“双碳”战略进行了一系列重大决策部署。《建立健全碳达峰碳中和标准计量体系实施方案》(以下简称《方案》)作为“1+N”政策体系的保障方案之一，核心是加快支撑“双碳”战略目标的计量与标准体系建设。《方案》提出了24项重点任务、5项重点工程和4项行动，对统筹推进“双碳”标准计量体系建设进行了全面部署。 　　实现“双碳”战略目标是一场广泛而深刻的变革，核心是控制碳排放总量，摸清碳排放底数，是科学决策、成效评估和国际谈判的重要基础，对我国实现“双碳”战略目标至关重要。其中，计量技术是“双碳”战略的底层驱动。计量技术直接用于碳排放测量、能源测量、自然资源与环境监测等领域，通过国际互认、一致的测量标准和测量方法，保障数据的准确可靠。同时，计量技术为碳排放、碳减排、碳清除和市场化机制等标准制定提供量值依据，是实施检验检测的技术基础，在促进国家质量基础设施(NQI)协同运行中发挥核心功能。《方案》秉承“科技驱动，技术引领”的原则，全面布局计量技术体系建设，就是要通过先进碳测量技术支撑我国碳市场和国家碳排放清单数据质量，推动由宏观“碳核算”向精准“碳计量”的转变，达到“报告的1吨就是排放的1吨”的国际要求，实现国际互认。 　　一、夯实基础研究，建立健全“碳计量”溯源体系 　　完善的量值传递溯源体系是确保测量器具溯源性、测量过程有效性、测量数据准确一致性的基础。具体而言，要加强碳计量基准、计量标准和标准物质研制，开发高精度测量仪器和传感器。在这方面，美欧国家走在世界前列。2022年8月，美国总统拜登签署的《国家标准与技术研究院(NIST)未来法案》授权NIST开发准确测量温室气体排放的工具和标准。NIST在化石和替代燃料、初级气体混合物领域研制了原油、含水甲醇、氮气中的二氧化碳等标准物质。英国国家物理实验室(NPL)目前正研制低成本环境传感器，以构建大型传感器网络，实时获取密集监测数据。NPL与中国计量科学研究院(NIM)合作开展可移动差分吸收激光雷达(DIAL)技术研究，解决开阔空间温室气体和大气污染物时空分布的精准测量和计量溯源难题，实现对分散污染源排放量的高精准测量。因此，《方案》明确提出建立健全碳计量基准、计量标准和标准物质体系，开展碳计量核心器件和高精度仪器研制，为实现“双碳”战略目标提供硬件支撑。 　　二、聚焦前沿创新，攻克“碳计量”关键技术难题 　　绿色低碳关键共性计量技术涵盖从排放因子、测量方法到测量不确定度多个方面，在行业领域广泛应用，能够解决节能减排的关键共性问题，是实现“双碳”战略目标的“公约数”。近年来，美欧国家已经开始重视碳数据的准确性，逐步采用直接测量和间接核算相结合的方法。例如，欧盟为欧洲全部大型火电厂和部分小型机组装备CO2浓度测量装置和烟气流量计，对温室气体进行直接测定。美国《温室气体排放报告强制条例》规定，所有年排放超过2.5万吨二氧化碳当量的排放源必须全部安装连续排放监测系统(CEMs)，并将数据在线上报美国环保署。英国商业能源与工业战略部(BEIS)定期通过大气测量和反演模型相结合对碳排放清单进行外部验证，及时查找和减少核算误差。NPL目前正针对全球性大气监测网络开发测量不确定度评定方法，以增强监测活动的可追溯性。因此，《方案》提出开展碳计量学、碳排放因子、碳排放量监测、碳排放测量不确定度等关键共性计量技术研究，攻克关键共性测量难题。 　　三、把握数字化机遇，推动“碳计量”数字化转型 　　数字化是发展大趋势，碳计量数字化转型事关数字经济发展大局随着各行业领域数字化转型的不断深入，在线、动态、远程、虚拟作业场景越来越成为行业常态，新型测量情景和参数不断涌现，伴随而来的是对新型测量器具的需求。同时，数据成为数字化转型中的核心要素，在碳排放智能监测、反演、预警、决策中发挥关键作用，碳计量标准参考数据更可以作为“数字测量标准”直接服务行业，避免重复性测量并减少由于测量结果不准确而造成的损失。美国占据全球标准参考数据垄断地位，在服务低碳方面，NIST已建立碳氢化合物光谱数据库、碳氢化合物热物理性能数据库、二氧化碳光化电离参数数据库、燃烧量热法工具库等标准参考数据库，为全球低碳行动提供权威数据参考。《方案》对碳计量数字化转型做出部署，强调推动相关计量器具的智能化、数字化、网络化改造升级，建立碳计量标准参考数据库，全面助力实现数字化时代的“双碳”战略目标。 　　四、加强领域应用，实现重点行业精准“碳计量” 　　计量是实现“双碳”战略目标的根基，将计量技术创新融入产业低碳转型进程中，将为我国实现“双碳”战略目标注入长久的动力。《方案》秉承“夯实基础，完善体系”的原则，聚焦重点行业和领域，建立健全“双碳”计量技术体系，实现各行业低碳标准重点突破和整体提升。 　　通过开展重点行业和领域碳计量技术研究与应用，提升碳排放和监测数据准确性与一致性，维护碳排放交易市场的公平性和稳定性，为产业低碳转型注入有效新动能，是新形势下计量助力产业转型升级发展的使命和机遇。国际上，温室气体议定书(GHG Protocol)下的《企业碳核算与报告标准》主要对于不同行业内的企业计算温室气体的方式、汇报责任、碳排放核查、减排核算、目标设定、库存设计等方面都提出了统一要求。美国电力行业碳交易市场采用的是以烟道流量数据和烟道温室气体的浓度数据排放端直接测量为主。欧盟碳排放交易体系为企业碳排放监测工作做了很多努力，经过多年发展与完善，已经成为全球最完善的碳交易市场，都在碳核查中明确了数据准确度的要求。欧盟碳交易市场是燃料端核算与排放端直接测量并行的方式，并且通过建立统一的“可测量、可报告和可核查”(MRV)制度，促进核查、认证服务形成内部市场。因此，《方案》提出开展重点行业和领域用能设施及系统碳排放计量测试方法和监测计量技术研究，提升碳排放和监测数据准确性一致性，探索推动具备条件的行业领域实现精准“碳计量”。 　　五、下一步工作建议 　　第一，尽快建立直接测量和间接核算相结合的碳排放统计监测核算报告体系。在重点行业推广直接测量和间接核算相结合的方法，选择典型区域和代表企业试点。制定核算报告国家标准，推行采用直接测量对间接核算数据进行验证，对重点高耗能高排放企业提出明确要求，保障碳排放数据的完整准确和一致可比，有力支撑科学决策和国际谈判。同时，加大先进碳计量技术研发应用力度，对先进碳计量技术和高端碳测量仪器研发应用实施专项经费投入，努力实现核心技术与高端仪器的自主可控，提升统计监测能力。 　　第二，发挥国家战略科技力量作用，为“双碳”战略提供先进测量技术支撑。加快构建支撑“双碳”战略的标准计量体系，需要充分发挥我国新型举国体制优势和国家战略科技力量主力军的核心引领作用。中国计量科学研究院(NIM)作为中国的国家计量技术机构，担负着先进碳测量技术研发与应用的时代使命。国家碳标尺建立、碳交易市场建设、国家碳排放清单编制及未来应对碳关税等具体工作要积极吸纳碳计量技术力量更多参与其中，充分发挥计量“度量衡”的保障作用，提升我国碳数据的可信度，为实现“双碳”战略提供强有力的计量科技支撑。 　　第三，健全完善“碳计量”国家标准，增强国际标准话语权。制定基于直接测量为基础的核算报告国家标准，要在国家标准层面实现测量和核算方法学的统一，完成碳数据准确性的国际互认和接轨。通过主导或积极参与国家间碳数据测量国际比对，以国际互认的碳排放数据测量体系为支撑，推进与国际碳市场接轨，积极维护我国企业的合法权益。参与相关领域国际标准制修订，承担国际标准化组织的技术工作，牵头制定国际标准。加强区域标准化合作，融入国际能效、碳排放标准和规则体系，加强国际标准协调。加快转化碳足迹、碳核算等先进适用国际标准，推进与国际碳市场接轨，增强谈判能力。 　　第四，统筹NQI协同发展，释放全链条应用最大效能。在顶层设计层面，系统研究NQI支撑“双碳”目标的实施路径，同步推进、协同建设和融合发展。在体制机制层面，研究建立支撑“双碳”目标的“计量科技创新—技术标准制定—认证认可实施—示范推广应用—事后监管评估”的联动机制，充分释放最大效能。在建设实施层面，依托重点工程和行动，探索NQI要素融合发展及效能评价的基础理论，创新以单要素为支撑、多要素协同建设的工作机理。研究推进重点领域、重点产业的质量基础能力再造路径，全面夯实支撑“双碳”战略目标的质量基础能力。

光学频率梳（Optical frequency comb，简称“光梳”）由大范围、等间隔的梳齿分量构成，每根梳齿均对应绝对频率，如同在光频上的一把梳子（或标尺）。得益于飞秒激光器和非线性光学的发展，1999年美国标准局和德国马普所的研究团队分别在实验上实现了光梳，解决了绝对光频率计量问题，J. L. Hall和T. W. Hänsch因此贡献而分享了2005年诺贝尔物理学奖。光梳的诞生同样给光谱测量领域带来了革命性突破，分辨率提高到皮米量级，光梳光谱学的新技术和新应用也在不断涌现。双光梳光谱学可以充分利用光梳在频率准确度、频率分辨率、光谱范围和脉冲宽度等方面的优势，在诸多基于光梳的测量技术中脱颖而出。在频域上，双光梳光谱学表现为两个有微小重复频率差异光梳的多外差探测，可以将探测光梳记录的待测谱线，如分子吸收谱，从光频转移到射频。双光梳光谱学可以利用光谱交织技术进一步将分辨率提高至几十飞米量级。然而现有方案测量时间大幅增加，使用温度或驱动电流调节时无法提供绝对频率参考，且分辨率仍有进一步提高至光梳梳齿线宽的较大空间。电光调制光频梳（简称“电光梳”）由对连续种子光的电光调制产生，用于构建双光梳系统时其具有天然的互相干性，无需复杂的锁定电路或相位校正算法，可以大幅降低系统复杂度。此外，由于电光梳具有不受谐振腔腔长限制的重复频率以及可自由调节的中心波长，由其构建的更具应用前景的双电光梳系统受到研究人员的广泛关注。上海交通大学何祖源、樊昕昱教授团队提出了一种新型双电光梳光谱测量方案，将光谱测量分辨率进一步提高到亚飞米量级，相较于现有方案提高了两个数量级。该方案利用外调制的稳频光作为扫频电光梳的种子光，可以在实现低频率误差快速光谱交织的同时，提供绝对光频率参考。图1 亚飞米分辨率双电光梳绝对频率光谱测量技术原理示意图研究团队在分析各性能指标的理论限制和相互制约关系的基础上，将光谱测量技术关注的综合性能指标（光谱分辨率、测量带宽以及测量时间）提高至奈奎斯特极限，并且可以通过多次平均提高测量信噪比。该方案用于测量分子吸收谱线和高Q值光纤法布里珀罗腔谐振谱线的实验结果，充分展示了该方案灵活实现超高光谱分辨率、高信噪比和高刷新率的能力。图2 氰化氢（HCN）气体吸收谱线的光谱测量结果图3 光纤法布里珀罗谐振腔反射谱的光谱测量结果该研究成果将推动超精细光梳光谱学的进一步发展，并在温室气体监测、精密光器件测试、生物化学传感，以及诸如电磁诱导透明等物理现象观测中具有非常重要的应用价值。

中国科学技术大学潘建伟、窦贤康、张强和薛向辉等组成的交叉研究团队，通过发展大功率低噪声光梳，结合时间频率传递等量子精密测量技术，在国际上首次实现百公里级的开放大气双光梳光谱测量。这一技术可应用于监测大尺度范围的地球大气温室气体和污染气体，并可以扩展到卫星和地面之间的大气双光梳光谱测量，用于全球尺度的温室气体监测和精确校准。9月12日，相关研究成果在线发表在《自然-光子学》（Nature&ensp Photonics）上。大气光谱学是研究大气化学和物理性质的关键技术，通过探讨光与大气中分子和颗粒的相互作用来研究大气问题，广泛应用于全球气候变化、碳预算评估和空气污染研究等领域。目前，大气光谱遥感使用的光栅光谱仪、外差光谱幅度计和傅里叶变换光谱仪等技术能够以不同的时间和空间分辨率提供地球大气成分的光谱学数据。然而，这些技术存在较多限制，如无法在夜间进行测量、无法同时测量多种组分等。近年来，开放大气双光梳光谱技术被证明是进行准确、连续、多气体测量的理想技术。双光梳光谱技术具有高采集速度、溯源至原子钟级别的绝对频率精度和可以同时测量多个组分等优点，在油田监测、城市车辆排放、畜牧排放测量和温室气体监测等领域应用广泛。该技术不受湍流散斑和背景噪声的影响，在原理上能够在不校准的情况下测量更长的距离，被认为是用于大气遥感的理想精密光谱工具。当前，国际上能够实现的最远的测量距离不超过20公里，只可针对工厂、牧场等小范围区域实现监测，无法应用于更大的区域如大型城市、雨林等。该团队开发出新的双基站开放大气双光梳光谱测量方案。相比于传统单基站方案，该方案无需在测量远端放置反射器，光只需要经过待测路径一次即可完成测量，从而减小了链路损耗，更适用于远距离、大尺度的测量。利用该方案，科研人员在乌鲁木齐测量得到113公里水平开放大气中水汽和二氧化碳的强度谱与相位谱。这一距离比国际上最远的测量距离高了约一个数量级。该工作创新性地融合了潘建伟、张强等前期发展的高精度自由空间时间频率传递技术且频率准确度达到10kHz，并运用自主研发的高精度反演算法，使二氧化碳反演精度在36分钟内小于0.6ppm。该研究使得双光梳光谱能够测量的大气距离从十几公里提升至一百多公里，扩大了这一技术的应用范围。同时，系统可容忍最大损耗为83dB，与中高轨星地链路损耗相当，为实现未来的星地大气双梳光谱测量奠定了基础。上述研究是量子信息科学与地球科学深度交叉融合取得的成果，基于光频梳的量子精密测量技术有望在地球科学、深空探测、环境科学和油气行业等领域得到应用。研究工作得到国家发展和改革委员会、国家自然科学基金委员会、科学技术部、中国科学院、上海市、安徽省和山东省的支持。百公里开放大气双光梳光谱测量示意图

近日，市场监管总局会同有关部门印发了《建立健全碳达峰碳中和标准计量体系实施方案》（以下简称《方案》）。中国计量科学研究院院长、党委副书记方向就《方案》进行了解读。方向表示，《方案》作为“1+N”政策体系的保障方案之一，核心是加快支撑“双碳”战略目标的计量与标准体系建设。《方案》提出了24项重点任务、5项重点工程和4项行动，对统筹推进“双碳”标准计量体系建设进行了全面部署。方向认为，计量技术是“双碳”战略的底层驱动。计量技术直接用于碳排放测量、能源测量、自然资源与环境监测等领域，通过国际互认、一致的测量标准和测量方法，保障数据的准确可靠。同时，计量技术为碳排放、碳减排、碳清除和市场化机制等标准制定提供量值依据，是实施检验检测的技术基础，在促进国家质量基础设施（NQI）协同运行中发挥核心功能。方向还表示，《方案》秉承“科技驱动，技术引领”的原则，全面布局计量技术体系建设，就是要通过先进碳测量技术支撑我国碳市场和国家碳排放清单数据质量，推动由宏观“碳核算”向精准“碳计量”的转变，达到“报告的1吨就是排放的1吨”的国际要求，实现国际互认。对于如何发挥好计量助力“双碳”目标实现，方向认为：第一要夯实基础研究，建立健全“碳计量”溯源体系。完善的量值传递溯源体系是确保测量器具溯源性、测量过程有效性、测量数据准确一致性的基础。具体而言，要加强碳计量基准、计量标准和标准物质研制，开发高精度测量仪器和传感器。第二要聚焦前沿创新，攻克“碳计量”关键技术难题。绿色低碳关键共性计量技术涵盖从排放因子、测量方法到测量不确定度多个方面，在行业领域广泛应用，能够解决节能减排的关键共性问题，是实现“双碳”战略目标的“公约数”。第三要把握数字化机遇，推动“碳计量”数字化转型。数字化是发展大趋势，碳计量数字化转型事关数字经济发展大局随着各行业领域数字化转型的不断深入，在线、动态、远程、虚拟作业场景越来越成为行业常态，新型测量情景和参数不断涌现，伴随而来的是对新型测量器具的需求。同时，数据成为数字化转型中的核心要素，在碳排放智能监测、反演、预警、决策中发挥关键作用，碳计量标准参考数据更可以作为“数字测量标准”直接服务行业，避免重复性测量并减少由于测量结果不准确而造成的损失。第四要加强领域应用，实现重点行业精准“碳计量”。计量是实现“双碳”战略目标的根基，将计量技术创新融入产业低碳转型进程中，将为我国实现“双碳”战略目标注入长久的动力。《方案》秉承“夯实基础，完善体系”的原则，聚焦重点行业和领域，建立健全“双碳”计量技术体系，实现各行业低碳标准重点突破和整体提升。通过开展重点行业和领域碳计量技术研究与应用，提升碳排放和监测数据准确性与一致性，维护碳排放交易市场的公平性和稳定性，为产业低碳转型注入有效新动能，是新形势下计量助力产业转型升级发展的使命和机遇。对于“双碳”计量标准领域下一步需要做的工作，方向表示：第一，尽快建立直接测量和间接核算相结合的碳排放统计监测核算报告体系。在重点行业推广直接测量和间接核算相结合的方法，选择典型区域和代表企业试点。制定核算报告国家标准，推行采用直接测量对间接核算数据进行验证，对重点高耗能高排放企业提出明确要求，保障碳排放数据的完整准确和一致可比，有力支撑科学决策和国际谈判。同时，加大先进碳计量技术研发应用力度，对先进碳计量技术和高端碳测量仪器研发应用实施专项经费投入，努力实现核心技术与高端仪器的自主可控，提升统计监测能力。第二，发挥国家战略科技力量作用，为“双碳”战略提供先进测量技术支撑。加快构建支撑“双碳”战略的标准计量体系，需要充分发挥我国新型举国体制优势和国家战略科技力量主力军的核心引领作用。国家碳标尺建立、碳交易市场建设、国家碳排放清单编制及未来应对碳关税等具体工作要积极吸纳碳计量技术力量更多参与其中，充分发挥计量“度量衡”的保障作用，提升我国碳数据的可信度，为实现“双碳”战略提供强有力的计量科技支撑。第三，健全完善“碳计量”国家标准，增强国际标准话语权。制定基于直接测量为基础的核算报告国家标准，要在国家标准层面实现测量和核算方法学的统一，完成碳数据准确性的国际互认和接轨。通过主导或积极参与国家间碳数据测量国际比对，以国际互认的碳排放数据测量体系为支撑，推进与国际碳市场接轨，积极维护我国企业的合法权益。参与相关领域国际标准制修订，承担国际标准化组织的技术工作，牵头制定国际标准。加强区域标准化合作，融入国际能效、碳排放标准和规则体系，加强国际标准协调。加快转化碳足迹、碳核算等先进适用国际标准，推进与国际碳市场接轨，增强谈判能力。第四，统筹NQI协同发展，释放全链条应用最大效能。在顶层设计层面，系统研究NQI支撑“双碳”目标的实施路径，同步推进、协同建设和融合发展。在体制机制层面，研究建立支撑“双碳”目标的“计量科技创新—技术标准制定—认证认可实施—示范推广应用—事后监管评估”的联动机制，充分释放最大效能。在建设实施层面，依托重点工程和行动，探索NQI要素融合发展及效能评价的基础理论，创新以单要素为支撑、多要素协同建设的工作机理。研究推进重点领域、重点产业的质量基础能力再造路径，全面夯实支撑“双碳”战略目标的质量基础能力。

根据中国科学院官网信息，中国科学技术大学潘建伟、窦贤康、张强和薛向辉等组成的交叉研究团队，通过发展大功率低噪声光梳，结合时间频率传递等量子精密测量技术，在国际上首次实现百公里级的开放大气双光梳光谱测量。这一技术可应用于监测大尺度范围的地球大气温室气体和污染气体，并可以扩展到卫星和地面之间的大气双光梳光谱测量，用于全球尺度的温室气体监测和精确校准。9月12日，相关研究成果在线发表在《自然-光子学》(Nature Photonics)上。资料显示，大气光谱学是研究大气化学和物理性质的关键技术，通过探讨光与大气中分子和颗粒的相互作用来研究大气问题，广泛应用于全球气候变化、碳预算评估和空气污染研究等领域。目前，大气光谱遥感使用的光栅光谱仪、外差光谱幅度计和傅里叶变换光谱仪等技术能够以不同的时间和空间分辨率提供地球大气成分的光谱学数据。然而，这些技术存在较多限制，如无法在夜间进行测量、无法同时测量多种组分等。近年来，开放大气双光梳光谱技术被证明是进行准确、连续、多气体测量的理想技术。双光梳光谱技术具有高采集速度、溯源至原子钟级别的绝对频率精度和可以同时测量多个组分等优点，在油田监测、城市车辆排放、畜牧排放测量和温室气体监测等领域应用广泛。该技术不受湍流散斑和背景噪声的影响，在原理上能够在不校准的情况下测量更长的距离，被认为是用于大气遥感的理想精密光谱工具。当前，国际上能够实现的最远的测量距离不超过20公里，只可针对工厂、牧场等小范围区域实现监测，无法应用于更大的区域如大型城市、雨林等。该团队开发出新的双基站开放大气双光梳光谱测量方案。相比于传统单基站方案，该方案无需在测量远端放置反射器，光只需要经过待测路径一次即可完成测量，从而减小了链路损耗，更适用于远距离、大尺度的测量。利用该方案，科研人员在乌鲁木齐测量得到113公里水平开放大气中水汽和二氧化碳的强度谱与相位谱。这一距离比国际上最远的测量距离高了约一个数量级。该工作创新性地融合了潘建伟、张强等前期发展的高精度自由空间时间频率传递技术且频率准确度达到10kHz，并运用自主研发的高精度反演算法，使二氧化碳反演精度在36分钟内小于0.6ppm。该研究使得双光梳光谱能够测量的大气距离从十几公里提升至一百多公里，扩大了这一技术的应用范围。同时，系统可容忍最大损耗为83dB，与中高轨星地链路损耗相当，为实现未来的星地大气双梳光谱测量奠定了基础。据悉，上述研究是量子信息科学与地球科学深度交叉融合取得的成果，基于光频梳的量子精密测量技术有望在地球科学、深空探测、环境科学和油气行业等领域得到应用。

Haydonkerk Pittman最新推出了一款高效、精确、紧凑的双轴控制运动系统“Z-Theta”，该系统可以在超小空间中同时实现直线+旋转双轴运动，产品设计充分考虑了系统的集成性，与传统设计（需要多个供应商和复杂组装配件）不同，Z-Theta 是一个模块化设计的系统， 客户可以直接使用，给OEM 厂家的集成提供了极大的便利。Z-Theta双轴控制运动系统将ScrewRail花键轴、 螺杆和导轨集成在了一个细长的同轴管中，结合独特且紧凑的Haydonkerk双运动电机系统，实现了直线+旋转双轴运动。与其他方案相比，该系统减少了50%~80% 空间，更加紧凑，并且性价比更高，也更可靠。Z-Theta双轴控制运动系统 的优点：• 空间紧凑，尺寸小• 易于设备系统中集成• 模块集成化设计减少了采购成本和时间• 对于特殊应用可优化配置性能• 可兼容大部分驱动器和控制器Z-Theta双轴控制运动系统具有性能优越，使用寿命长且运行平稳、静音等优点，使得其在医疗仪器，实验室设备，机械自动化、半导体和轻工业自动化等应用中具有绝对优势。该系统支持客户个性化定制，包含多种螺杆导程、自由式或消间隙螺母、步进电机、多种分辨率的光学编码器等多种配置可选。Haydonkerk Pittman产品研发经理Join Keith Knight表示：“Z-theta 是一款高速、精确、尺寸紧凑、高性价比的双轴运动控制系统，Z-theta 双轴控制运动系统开发设计时特别考虑了实验室的自动化设备，适用于例如自动取样器、分析仪器、DNA测序仪等需要精密且高速运动的应用场景。随着实验室设备中的化学提取和分析工艺的进步，样品和流体部分的运动控制正在成为设备中越来越重要的一部分，设备体积越来越小是实验室设备发展的趋势。”Haydon Kerk Pittman在动控制应用和行业方面有丰富的经验，再加上对运动控制组件的专业了解，可以成为您下一个运动控制项目的合作伙伴。关于Haydonkerk PittmanHaydon Kerk Pittman是由精密运动控制领域3个品牌的组合，分别是Haydon、Kerk和Pittman。作为阿美特克精密运动控制（AMS）部门成员，Haydon Kerk Pittman （HKP）供应各种精密直线和旋转运动产品，被公认为是精密梯形丝杠和消隙螺母组件、直线步进电机、直线导轨和导向系统、有刷和无刷电机以及完全定制系统的领先制造商。HKP在全球范围内为实验室自动化、医疗仪器、半导体制造、运输、楼宇自动化和工业自动化等苛刻市场提供高性能的解决方案和产品。阿美特克是电子仪器和机电设备的全球领导者，年销售额约为50亿美金。为材料分析、超精密测量、过程分析、测试测量与通讯、电力系统与仪器、仪表与专用控制、精密运动控制、电子元器件与封装、特种金属产品等领域提供技术解决方案。全球共有18,000多名员工，150多家工厂，在美国及其它30多个国家设立了100多个销售及服务中心。

一、背景介绍：机器视觉可称为人工智能的“慧眼”，成像系统的标定又是机器视觉处理的重要环节之一，其标定精度与稳定性直接影响系统工作效率。在传统机器视觉与摄像测量标定领域，小孔透视模型仍存在高阶透镜畸变无法完备表征和多类复杂特殊成像系统不适用的问题。而基于光线的模型以成像系统聚焦状态下每个像素点均对应空间一条虚拟主光线为前提假设，通过确定所有像素点所对应光线方程的参数即可实现标定与成像表征，可避免对复杂成像系统的结构分析与建模。基于该光线模型，研究院相关课题组发展了各类特殊条纹结构光三维测量方法与系统，实验证明光线模型可通用于多类复杂成像系统的高精度测量，是校准非针孔透视成像系统的有效模型，可作为透视模型的补充。二、光线模型Baker等人最早提出了一种可表征任意成像系统的光线模型[1]，认为图像是像素的离散集合，并以一组虚拟的感光元件“光素”表示每个像素与某像素相关联的空间虚拟光线间的完整几何特性、辐射特性和光学特性，如图1所示。因此，光线模型的标定即确定出所有像素点对应的光线方程，无需严格分析和构建成像系统的复杂光学成像模型，具备一定的便携性和通用性，从一定程度上也可避免镜头畸变的多项式近似表征引入的测量误差，为非小孔透视投影模型成像系统的表征提供了一种新的思路。图1 成像系统的光线模型示意图三、基于光线模型的条纹结构光三维测量在条纹结构光投影三维测量领域，光线模型一方面可作为三维重建的光线方案，用于表征大畸变镜头、光场相机、DMD投影机、MEMS投影机等多类特殊结构的成像与投影装置，可发展新的基于光线模型的条纹结构光三维测量方法与系统；另一方面，发掘光线模型在结构光测量中的优势，光线模型对克服投影与相机的非线性响应、大畸变镜头成像下提升三维重建精度具有优异的效果。3.1 Scheimpflug小视场远心结构光测量系统光线模型与三维测量课题组开发了小视场远心结构光测量系统，采用Scheimpflug结构设计确保公共景深覆盖，如图2所示。考虑到远心镜头属平行正交投影、Scheimpflug倾斜结构造成畸变模型非中心对称，因此，提出一种基于光线模型的非参数化广义标定方法[2]。系统中相机与投影机成像过程均采用光线模型表征，标定其像素与空间光线对应关系，计算光线交汇点坐标，实现三维重建。图3展示了系统实物图与五角硬币局部小区域的三维测量结果，测量精度为2 μm。图2 Scheimpflug小视场远心结构光测量系统图3 测量系统实物图与五角硬币局部的三维测量结果3.2光场相机的光线模型标定与主动光场三维测量课题组发展了基于主动条纹结构光照明的光场三维测量方法与系统。光场相机通过在传感平面前放置微透镜阵列，实现光线强度和方向的同时记录，由于存在微透镜加工误差、畸变像差、装配误差等复杂因素影响，光场相机完备表征与精密标定是个难题。课题组提出光线模型表征光场成像过程[3]，即将光场相机内部看作黑盒，直接建立像素m与所对应的物空间光线方程l的参数，如图4所示。并通过标定光场所有光线与投影条纹相位的映射关系实现被测为物体的高精度三维测量，考虑光场多角度记录特点，构建基于条纹调制度的数据筛选机制，实现了场景的高动态三维测量，如图5所示，黑色面板与反光金属可同时重建。图4 光场成像模型图5 主动光场高动态三维测量3.3 DMD投影机与双轴MEMS激光扫描投影机的光线模型标定与三维测量基于微机电系统（MEMS）激光扫描的投影机以小型化、大景深的优势被应用于条纹投影测量系统，如图6（a）所示。但由于其依赖激光点的双轴MEMS扫描投影图案，不依赖镜头成像，透视投影模型表征会存在一定误差。此外， DMD等依赖镜头成像的投影机，大光圈设计也会影响小孔透视投影模型的表征精度。对此，课题组采用光线模型表征投影机[4]，并提出了一种基于投影机光线模型的条纹投影三维测量系统标定方法，该方法根据双轴MEMS投影的正交相位对光线进行识别追踪，利用投影光线与相机构建的三角测量实现了三维重建。进一步发现：由于投影光线的相位一致性特性，光线模型可显著抑制系统非线性响应引起的测量误差，图6（b）展示了单目系统在3步相移条件下（未额外矫正非线性响应），分别使用透视投影模型与光线模型对石膏雕塑的三维重建结果，可见光线模型对非线性响应影响具有免疫性。图6 双轴MEMS激光扫描投影原理和石膏雕塑三维重建结果（3步相移，左图为透视投影模型，右图为光线模型）3.4单轴MEMS激光扫描投影机光线模型标定与三维测量单轴MEMS投影机将激光点扫描拓展为面扫描大幅提升了投影速率，可应用于动态测量。针对单轴MEMS投影机无透镜结构使得针孔模型不适用、单向投影无法提供正交相位特征点的问题，课题组提出一种基于等相位面模型的系统标定方法[5]，推导出了相机反向投影射线与该等相位面交点处的三维坐标值与相位值间新的映射函数，实现了快速三维重建。图7展示了使用高速相机搭建的单目测量系统和重建场景，投影采集速率为1000 frame/s，采用4步相移与雷码图相位展开，三维重建速率为90 frame/s。后续为适应更高速率测量应用，可将单目扩展为双目或多目系统，采用单帧解调相位和多极线约束相位展开等方法减少投影图像数量，提升三维测量速率。图7三维测量系统与动态重建场景3.5大畸变镜头成像的光线模型标定与三维测量针对传统低阶多项式不能完备表征大畸变镜头的问题，课题组采用光线模型表征大畸变镜头相机成像，并提出一种完全脱离对相机和投影机内参依赖（透视模型依赖相机与投影机内参）的光线与条纹相位映射的三维重建方法。通过直接标定相机光线与条纹相位的倒数多项式映射系数，避免了繁琐耗时的对应点搜索与光线插值操作。图8为装配4 mm广角镜头的光线标定结果与标准球三维测量结果，可见由于广角镜头畸变较大，光线模型较透视模型重建质量有所提升。图8 广角镜头光线标定与标准球三维测量数据的拟合误差分布（a）透视投影模型，（b）光线映射模型四、总结光线模型通过确定所有像素点所对应光线方程的参数实现标定与成像表征，从而避免了对复杂成像（投影）系统的结构分析与建模，解决了特殊条纹投影三维测量系统的标定与重建问题，同时在条纹投影三维测量的系统非线性相位误差抑制和精度提升上展示出优异性能。在结构光三维测量的未来发展中，可进一步扩展光线模型三维测量的方法与应用，提升测量精度、效率与通用性，解决各类特殊复杂场景中的应用测量问题。参考文献[1] Baker S, Nayar S K. A theory of catadioptric image formation[C]//Sixth International Conference on Computer Vision (IEEE Cat. No.98CH36271), January 7, 1998, Bombay, India. New York: IEEE Press, 1998: 35-42.[2] Yin Y K, Wang M, Gao B Z, et al. Fringe projection 3D microscopy with the general imaging model[J]. Optics Express, 2015, 23(5): 6846-6857.[3] Cai Z W, Liu X L, Peng X, et al. Ray calibration and phase mapping for structured-light-field 3D reconstruction[J]. Optics Express, 2018, 26(6): 7598-7613.[4] Yang Y, Miao Y P, Cai Z W, et al. A novel projector ray-model for 3D measurement in fringe projection profilometry[J]. Optics and Lasers in Engineering, 2022, 149: 106818.[5] Miao Y P, Yang Y, Hou Q Y, et al. High-efficiency 3D reconstruction with a uniaxial MEMS-based fringe projection profilometry[J]. Optics Express, 2021, 29(21): 34243-34257.课题组简介：本文作者：刘晓利 ，杨洋 ，喻菁 ，缪裕培 ，张小杰 ，彭翔 ，于起峰 ；深圳大学物理与光电工程学院深圳市智能光测与感知重点实验室。以于起峰院士领衔的深圳大学智能光测图像研究院主要研究方向包括大型结构变形与大尺度运动测量、超常光学测量与智能图像分析、计算成像与三维测量以及多传感器融合感知与控制等。

为助力国产科学仪器发展，筛选和扶持一批优秀的科学仪器产品和企业，在中国仪器仪表行业协会、中国仪器仪表学会、北京科学仪器装备协作服务中心等单位的支持下，由仪器信息网主办、我要测网协办的“国产科学仪器腾飞行动”于2013年9月5日正式启动。秉承“国产科学仪器腾飞行动”宗旨，仪器信息网于2018年启动“国产科学仪器腾飞行动”之“创新100”项目，筛选、挖掘一批具备自主创新能力的中小仪器厂商，通过公益性的报道、走访、调研、视频、线下座谈会等方式展现其基本情况，在企业发展的关键时期“帮一把”。“双碳”概念正火热的当下，“创新100”走进这个领域的一家创新仪器企业，北京普瑞亿科科技有限公司。企业概况北京普瑞亿科科技有限公司（简称：普瑞亿科，PRI-ECO）深耕温室气体科学研究和监测领域15年，承担和参与过科学技术部、中国科学院和北京市科学技术委员会等发起的温室气体分析相关的仪器研发项目，具备较为突出的仪器研发、设计和生产能力，可以提供多种高、中、低精度的温室气体分析仪及光谱同位素分析仪；在为客户提供技术支持和系统方案的实践中积累了丰富的经验。针对国内“双碳”行动有效性评估，在遵循MVS（可监测-Monitoring、可核查-Verification、可支持-Support）体系的前提下，基于普瑞亿科提供的高、中、低精度的温室气体分析仪和前设，针对性地开发了一整套碳源、碳汇以及净碳核算的“碳计量”解决方案，致力于提供“天-空-地”多源碳（CO2）及其它温室气体监测、碳同化反演、“碳达峰”及“碳中和”行动有效性评估的系统解决方案。主打产品和服务在生态文明建设的大背景下，公司聚焦“双碳”有效性评估体系建设。基于公司掌握的温室气体（GHGs）和同位素（Isotope）监测核心技术， 普瑞亿科推出了一系列的主打产品，兹为中国“双碳”目标实践过程提供所需要的研究级、监测级的仪器设备，并提供碳核查、碳支持及碳评价体系统解决方案。1. 服务城市碳监测评估试点以《碳监测评估试点工作方案》和《城市大气温室气体监测点位布设技术指南》要求为基准，普瑞亿科可以分级提供不同温室气体观测所需的系统解决方案。其中，1.1 高精度温室气体和气象观测系统监测方案 该方案包含PRI-6250 高精度CO CO2 CH4 H2O 分析仪及配套的采气和低温冷肼除水系；MetLog 高精度气象站，包含了风速风向、空气温度和湿度、大气压、降雨量等参数。同时公司提供大气14CO2分析测试服务。1.2 高精度温室气体和气象观测系统监测增强方案该增强方案包含PRI-5251 Plus高精度CO CO2 CH4 N2O H2O 分析仪及配套的采气和低温冷肼除水系；MetLog 高精度气象站，包含了风速风向、空气温度和湿度、大气压、降雨量等参数。同时公司提供大气14CO2分析测试服务。同时可以增加测量CO2 CH4 通量， 13CO2同位素，低成本CO2传感器，以及其它温室气体，氢氟化碳（HFCs）， 全氟化碳（PFCs）,六氟化硫（FS6）,三氟化但（NF3）,地基遥感CO2 CH4柱浓度等参数。2 服务科学研究和生态观测2.1室内模拟和培养研究2.1.1 PRI-8800全自动变温土壤培养温室气体(同位素)测量系统PRI-8800由普瑞亿科与中国科学院地理科学与资源研究所在科技部和中国科学院重大仪器项目的支持下完成研发。该系统结合连续变温培养和高频土壤呼吸在线测量的优势，克服了恒温培养模式土壤微生物对特定培养温度的适应性和底物消化不均的缺憾，基于自动化的逻辑控制，结合培养过程的温度特征，在升降温过程中对每个样品进行连续且高频的测试（2-20min/次），通过测量不少于20个点的温度梯度（Robinson，2017）下的土壤呼吸，更精准的拟合Q10，为未来区域尺度土壤呼吸计算模型提供精准参数。与此同时，模式的培养与测试过程简单高效，这极大方便了大量样品的测试或大尺度联网的研究。PRI-8800的成功推出，也为“双碳”目标研究和评价提供了强有力的工具。至今，利用该产品原型机和商业机器发表的文章超过20篇。2.2.1 PRI-8600L 全自动土壤培养温室气体测量系统PRI-8600L集合了公司PRI-8600野外多点土壤呼吸双循环的技术优势和PRI-8800变温培养的技术优势，在室内土壤恒温和变温培养的过程中，通过引入不同种类的吹扫气体（大气背景空气、氮气等）实现培养瓶内气体的连续置换，完成土壤呼吸或者土壤矿化速率的研究。该产品具有设置简单、操作方便的特点，能帮助科学家在短时间获得大量测试样本，通过室内不同环境的模拟，推演自然态土壤呼吸的环境适应性。2.2室外定位观测和便携研究2.2.1 PRI-8650 分布式土壤呼吸测量系统PRI-8650 分布式土壤呼吸测量系统的每个位点都是一套可以独立运行的土壤呼吸测量系统，两个及以上的呼吸室便可组网，有效地解决了传统土壤呼吸测量系统多个呼吸室之间不能同步测量的问题，消除了测量不同步所带来的测量误差， 测量样本量、准确度和效率均得到极大提升。PRI-8650集成了最新的物联网技术，能通过无线方式上传数据到云端。2.2.2 PRI-8610/ 8630/ 8640 便携式土壤呼吸测量系统PRI-8610 便携式土壤CO2 H2O呼吸测量系统旨在为用户提供一套可以负担得起的土壤碳通量测量系统。PRI-8630 便携式CO2 N2O H2O呼吸测量系统 及PRI-8640 便携式土壤CO2 CH4 N2O H2O呼吸测量系统真正实现了含氮（N2O）气体及多组分温室气体的便携式高精度测量，尤其是PRI-8630，诠释了土壤呼吸便携、高精度测量的新境界。2.2.3 PRI-8600 温室气体CO2 CH4 N2O H2O立体观测解决方案在城市温室气体（包含不限于CO2 CH4 N2O H2O）观测系统的基础上，普瑞亿科可以提供PRI-8600 地上地下廓线、涡动协方差测量系统，PRI-8600土壤呼吸呼吸和群落光合, MetLog高精度梯度气象站等组合式系统解决方案。“硬件为先、方案铺路”普瑞亿科用实际行动助力“双碳”目标2020年9月22日，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上向国际社会作出碳达峰、碳中和的郑重承诺。随后，“3060目标”被纳入“十四五”规划建议，中央经济工作会议也首次将做好碳达峰、碳中和工作列为年度重点任务之一。“双碳”浪潮汹涌而来，将给科学仪器行业掀起一场深刻变革。面对火热的“双碳”需求，普瑞亿科也在积极寻求变革，在行业内率先推出“双碳”有效性评估系统解决方案。从自主品牌的高、中、低精度温室气体分析仪的研发推广，到生态环境监测站科学选址推荐，到高分辨嵌套全球碳同化系统与区域高分辨嵌套格网碳同化反演系统，直至四级不同尺度碳中和策略建议，普瑞亿科成为中国较早提供相关系统解决方案的厂家之一。2022年是普瑞亿科转型关键一年，公司会继续在产品升级定型、新产品研发、碳计量系统解决方案投入精力，通过产品和方案进一步奠定公司在行业的领先地位。国内环境监测市场发展前景广阔，尤其在国家的大力扶持国产设备的当下，借助“双碳”监测和研究契机，普瑞亿科将坚定不移地走自主研发的道路，深耕双碳市场，拓展公司服务内容，通过不断创新和升级产品，完善不同的解决方案，提供第三方的碳计量服务，为国家双碳目标的早日实现贡献自己的力量。附：“创新100”介绍秉承“国产科学仪器腾飞行动”宗旨，仪器信息网于2018年启动“国产科学仪器腾飞行动”之“创新100”项目，通过筛选一批具备自主创新能力的中小仪器厂商，借助报道、走访、调研等方式，在企业发展的关键时期“帮一把”。项目自启动以来，已收到超过180家企业的踊跃申请，通过输出公益性的宣传报道，组织企业研学、参观交流、主题讨论等各类资源对接活动，得到广大科学仪器企业与用户单位的高度关注与一致好评，现已成为中国科学仪器市场颇具影响力的特色活动，对于提升国产仪器品牌影响力，为行业筛选优质仪器企业贡献重要力量。为延续“国产科学仪器腾飞行动”精神，筛选和服务更多国产科学仪器潜力企业，“创新100”将于2021年继续进行，为国产仪器企业输送更多公益资源。诚邀具备实力、符合条件的创新企业扫码申报“创新100”：如有疑问，欢迎咨询：邮箱：C100@instrument.com.cn电话：010-51654077-8129联系人：韦编辑更多活动详情，敬请关注“创新100”专题：https://www.instrument.com.cn/zt/chuangxin100-2021

近日，上海计量院机械制造所承担的上海市市场监督管理局科技项目“空气中双称重法体积测量装置的研制”通过验收。 　　该项目提出空气中双称重法砝码体积测量新方法，解决液体静力体积测量法中砝码入水引起的系列问题，并研制国内首台基于空气中双称重法体积测量装置，实现1kg砝码质量测量重复性最大值为0.012 mg，1kg砝码质量测量不确定度U=0.35 mg(k=2)，1kg砝码体积相对测量不确定度Urel=3.5×10-5(k=2)，填补华东大区体积测量空白。 　　项目成果将应用于砝码体积测量，及复杂尺寸固体材料体积、多孔材料孔隙率测量等，为开辟复杂形状固体材料和多孔材料体积溯源提供新思路，助力新材料科技发展。

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员曹俊诚、黎华团队与华东师范大学教授曾和平团队合作，在高稳定自参考太赫兹双光梳方面取得研究进展。研究团队提出自参考方法，完全消除了THz双光梳共有载波噪声，同时抑制了重复频率噪声，将THz双光梳梳齿线宽由未稳频的2-3 MHz量级压缩至14.8 kHz，大幅提升了THz双光梳光源的稳定度。相关成果以Terahertz Semiconductor Dual-comb Source with Relative Offset Frequency Cancellation为题发表在《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）上，并被遴选为封面论文。双光梳由两个重复频率略有不同的光频梳组成，通过多外差采样将光谱信息直接映射在微波波段，这种不依赖机械扫描的时间延迟结构令双光梳天然具有高速、高分辨等优势，在高精度光谱、成像、测距以及大容量高速通信方面具有重要应用。在THz波段，基于电泵浦的半导体量子级联激光器（quantum cascade laser，QCL）是实现THz光频梳与双光梳的理想载体。当前，THz QCL双光梳通常工作于自由运行模式，具有较高的相位噪声，限制其高精度应用。提高双光梳频率稳定性的主要思路是分别控制两个光频梳基础频率分量，即载波包络偏移频率和重复频率。要完全锁定THz QCL双光梳需要同时锁定四个不同频率，即两个载波包络偏移频率和两个重复频率。尽管研究团队在前期工作中将THz双光梳一根梳齿通过锁相环实现了锁定，提升了双光梳的稳定性，但是还未实现THz双光梳的完全硬件锁定，而要在实验室实现四个频率的完全锁定，将涉及复杂的硬件系统。该工作中，研究人员提出了自参考“软锁定”方法，不采用任何硬件锁模模块，对双光梳整体信号进行操控，实现了高稳定自参考THz QCL双光梳光源。双光梳梳齿噪声来源于两个未锁定的光频梳的载波包络偏移频率和重复频率噪声，通过多外差拍频产生的双光梳的每根梳齿都享有相同的载波包络频率及噪声。通过消除共有的载波包络频率噪声，则可以显著提高每根双光梳梳齿的稳定性。研究通过窄带滤波器将双光梳的一根梳齿滤出并将其与整个双光梳信号进行混频，从而彻底消除双光梳梳齿的共有载波噪声，同时还可以抑制重复频率噪声，构造出无载波包络偏移频率的零偏双光梳，显著提高双光梳信号的长期稳定性【图1（a）】。未稳频THz双光梳光谱在15 s的测试时间内，测得的梳齿“最大保持”线宽为2 MHz【图1（b）】。施加自参考稳频之后测得的THz双光梳光谱，在60 s内，测得的“最大保持”线宽为14.8 kHz，比未稳频的THz双光梳梳齿线宽提升了130倍以上【图1（c）】。研究工作提出的自参考稳频方法，不依赖任何锁定元件，同时可方便移植于其他激光系统中，为提高光谱、成像等各种应用的稳定性提供一种简单有效的稳频方法。 相关研究工作得到国家自然科学基金重点项目、国家优秀青年科学基金项目、中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划、中科院“从0到1”原始创新项目、中科院科研仪器设备研制项目、上海市优秀学术带头人计划等的支持。 　图1（a）自参考稳频原理。其中frep1和frep2分别是两个光频梳的重复频率，其中frep2通过微波注入锁定到fRF。“彩虹”频谱表示MHz范围内的下转换双光梳信号，通过带通滤波器将其中一根梳齿滤出（虚线框），从而采用混频实现零偏自参考双光梳。（b）未稳频THz双光梳“最大保持”频谱，测量时间为15 s。（c）自参考双光梳“最大保持”频谱，测量时间为60 s。

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所曹俊诚、黎华研究员领衔的太赫兹（THz）光子学研究团队与华东师范大学曾和平教授团队合作，在高稳定自参考太赫兹双光梳方面取得重要研究进展。项目团队提出自参考方法，完全消除了THz双光梳共有载波噪声，同时抑制了重复频率噪声，将THz双光梳梳齿线宽由未稳频的2-3 MHz量级压缩至14.8 kHz，大幅提升了THz双光梳光源的稳定度。相关成果于2023年2月3日以“Terahertz Semiconductor Dual-comb Source with Relative Offset Frequency Cancellation”为题发表在Laser & Photonics Reviews期刊，并被遴选为封面论文。双光梳由两个重复频率略有不同的光频梳组成，通过多外差采样将光谱信息直接映射在微波波段，这种不依赖机械扫描的时间延迟结构令双光梳天然地具有高速、高分辨等优势，在高精度光谱、成像、测距以及大容量高速通信方面具有重要应用。在THz波段，基于电泵浦的半导体量子级联激光器（quantum cascade laser, QCL）是现实THz光频梳与双光梳的理想载体。当前，THz QCL双光梳通常工作于自由运行模式，具有较高的相位噪声，限制其高精度应用。提高双光梳频率稳定性的主要思路是分别控制两个光频梳基础频率分量，载波包络偏移频率和重复频率。因此，要完全锁定THz QCL双光梳需要同时锁定四个不同频率，即两个载波包络偏移频率和两个重复频率。四个不同频率的复杂系统。尽管项目团队在前期工作中将THz双光梳一根梳齿通过锁相环实现了锁定，并提升了双光梳的稳定性，但是还未实现THz双光梳的完全硬件锁定。而要在实验室实现四个频率的完全锁定，将涉及非常复杂的硬件系统。在本工作中，研究人员提出了自参考“软锁定”方法，不采用任何硬件锁模模块，对双光梳整体信号进行操控，实现了高稳定自参考THz QCL双光梳光源。双光梳梳齿噪声来源于两个未锁定的光频梳的载波包络偏移频率和重复频率噪声，通过多外差拍频过程，双光梳的每根梳齿都共享相同的载波包络频率及噪声。通过消除共有的载波包络频率噪声，则可以显著提高每根双光梳梳齿的稳定性。如图1（a）所示，通过窄带滤波器将双光梳的一根梳齿滤出并将其与整个双光梳信号进行混频，从而彻底消除双光梳梳齿的共有载波噪声，同时还可以抑制重复频率噪声，构造出无载波包络偏移频率的零偏双光梳，显著提高双光梳信号的长期稳定性。图1（b）为未稳频THz双光梳光谱，在15 s的测试时间内，测得的梳齿“最大保持”线宽为2 MHz。图1（c）为施加自参考稳频之后测得的THz双光梳光谱。在60 s内，测得的“最大保持”线宽为14.8 kHz，比未稳频的THz双光梳梳齿线宽提升了130倍以上。本工作提出的自参考稳频方法，不依赖任何锁定元件，同时可方便移植于其它激光系统中，为提高光谱、成像等各种应用的稳定性提供一种简单有效的稳频方法。本论文共同第一作者为中科院上海微系统所副研究员李子平、博士生马旭红，黎华研究员、曹俊诚研究员、曾和平教授为论文共同通讯作者。同时，上海理工大学李敏副教授和华东师范大学闫明研究员为该工作也做出了重要贡献。该研究工作得到了国家自然科学基金重点项目（62235019）、国家优秀青年科学基金项目（62022084）、中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划（YSBR-069）、中科院“从0到1”原始创新项目（ZDBS-LY-JSC009）、中科院科研仪器设备研制项目（YJKYYQ20200032）、上海市优秀学术带头人计划（20XD1424700）等支持。图1（a）自参考稳频原理。其中frep1和frep2分别是两个光频梳的重复频率，其中frep2通过微波注入锁定到fRF。“彩虹”频谱表示MHz范围内的下转换双光梳信号，通过带通滤波器将其中一根梳齿滤出（虚线框），从而采用混频实现零偏自参考双光梳。（b）未稳频THz双光梳“最大保持”频谱，测量时间为15 s。（c）自参考双光梳“最大保持”频谱，测量时间为60 s。图2 论文封面论文链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202200418封面链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202370016

近日，中科院上海微系统所曹俊诚、黎华领衔的太赫兹（THz）光子学团队基于电泵浦THz量子级联激光器（QCL）双光梳，突破激光自探测，利用锁相环技术，国际上率先实现THz QCL双光梳锁相。研究结果以“Active Stabilization of Terahertz Semiconductor Dual‐Comb Laser Sources Employing a Phase Locking Technique”为题发表在Laser & Photonics Reviews期刊，并被遴选为封面论文。光频梳与双光梳在高精度光谱检测、成像、通信等领域具有重要应用。在近红外波段，光频梳与双光梳技术相对较成熟。而在远红外尤其是THz波段，由于缺乏高效辐射源，光频梳与双光梳还处于实验室研究阶段。THz QCL具有电泵浦、大功率输出、高远场光束质量、宽频谱覆盖等特点，是实现THz光频梳和双光梳的理想载体。另外，THz QCL光频梳具有小的SWAP（尺寸、重量和功率消耗），在未来工业应用中具有优势。在前期工作中，中科院上海微系统所THz光子学团队在THz QCL光频梳与双光梳方面具有一定的积累，如实现了主/被动稳频THz QCL光频梳、THz片上双光梳、双光梳THz实时光谱检测等。而在THz QCL双光梳方面，目前国际上均采用的是自由运行THz QCL光频梳，其频率稳定性和相位噪声相对较差。到目前为止，提高THz QCL双光梳的频率稳定性是一个尚未解决的关键难题。图片来源于网络图1：THz QCL双光梳锁相工作原理及实验结果。上图：双光梳锁相工作原理。将THz QCL双光梳中的一根梳齿（蓝色圆圈）下转换到90 MHz附近，然后利用带通滤波器将其选出进行锁相。通过动态调控THz QCL的驱动电流对双光梳信号进行稳频锁相。左下图：锁相之后的测量得到的THz QCL双光梳频谱，其双光梳光学带宽为165 GHz。右下图：锁相之后的实验测量得到的THz QCL双光梳时域脉冲信号一个光频梳中的每根梳齿频率可以由两个频率完全定义，其一为载波漂移频率（fCEO），其二为重复频率（fREP）。对一个光频梳的锁定需要同时锁定fCEO和fREP。而对于双光梳的完全锁定，需要同时锁定四个不同的频率（两个fCEO和两个fREP），难度巨大。在本工作中，研究团队并非分别对两个THz QCL光频梳的fCEO和fREP进行控制，而是利用激光自探测，将THz QCL双光梳中的一根频率线进行下转换，然后利用锁相环进行锁定，最终提高整个THz QCL双光梳的频率稳定性并大幅降低其相位噪声。进一步，研究团队在锁相的条件下，对THz QCL双光梳成功进行了时域脉冲信号测量。由于该锁相技术并没有直接对单个光频梳的fCEO和fREP进行锁定，所以测量得到的双光梳时域脉冲信号可以证明单个THz QCL光频梳在没有锁相的条件可以产生时域脉冲。本工作为THz双光梳稳频提供了一项简单有效的方案，为THz光谱高分辨、成像和宽带THz通信等奠定重要基础。该论文的共同第一作者为中科院上海微系统所博士生赵逸然、博士后李子平、和博士生周康，通讯作者为黎华研究员。新微半导体许东研究员、法国微电子与纳米技术研究所（IEMN）Stefano Barbieri教授也为该工作做出了重要贡献。该项工作得到了中科院“从0到1”原始创新项目（ZDBS-LY-JSC009）、中科院仪器研制项目（YJKYYQ20200032）、国家优秀青年科学基金（62022084）、上海市优秀学术带头人计划（20XD1424700）、上海市青年拔尖人才开发计划等经费支持。关于黎华黎华，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员，博士生导师，国家优秀青年科学基金获得者。2009年毕业于中国科学院上海微系统与信息技术研究所，获工学博士学位；2009至2015年，先后在德国慕尼黑工业大学肖特基研究所（洪堡学者）、日本东京大学生产技术研究所（日本学术振兴会JSPS特别研究员）、法国巴黎七大材料与量子现象实验室（博士后）开展合作研究；于2014年底加入中国科学院上海微系统与信息技术研究所，任研究员。黎华博士从事太赫兹（THz）量子级联激光器（QCL）与光频梳研究，在Advanced Science、Nature Communications、Optica、ACS Photonics、Advanced Optical Materials、Physical Review Applied等期刊发表SCI论文60余篇，在国际会议做邀请报告20余次，获授权中国发明专利15件。曾获得国家优青、入选上海市优秀学术带头人、上海市青年拔尖人才开发计划、中国科学院高层次人才计划、德国洪堡学者等。获得上海市自然科学奖二等奖（排名第三）、中国电子学会“优秀科技工作者”、国家人社部留学人员择优资助、中科院“从0到1”原始创新项目、中国科学院院长优秀奖等。

北京普瑞亿科科技有限公司（PRI-ECO）成立于2007年，深耕温室气体科学研究与监测领域16年，承担和参与过科学技术部、中国科学院和北京市科学技术委员会等授予的温室气体分析相关的重大仪器研发专项，具有优秀的仪器研发、设计和生产能力，可以提供各种高、中、低精度的痕量和温室气体分析仪、光谱和质谱同位素分析仪、室内和室外土壤呼吸测量系统等。2022年，针对“双碳”市场需求，在遵循MRV体系的前提下，普瑞亿科升级体系至MVS（可监测-Monitoring、可核查-Verification、可支持-Support），并针对性地开发了国内首套区域碳监测核查支持系统解决方案，包含监测设备租售运维、碳核查核算支持、碳源汇科学评价、以及区域“碳中和”建议。公司产品及解决方案：1、会“飞”的分析仪——PRI-5251F 飞行版温室气体测量系统全球气候变暖给人类的生产生活带来严重威胁，减缓气候变暖、监测温室气体排放变得日益迫切，而传统的监测方法只能获取有限的数据，很难测量一些难以到达的区域，因此构建“天-空-地”一体化监测体系已然成为新形势下生态环境、农林气象等领域的重要解决方案。普瑞亿科创新研发的PRI-5251f Plus CO CO2 CH4 N2O H2O 飞行版温室气体测量系统，通过创新的微型激光传感器引擎，可以短时间内获得更高精度、准确度和宽范围的气体浓度数据，多样化的应用场景为研究人员提供更加灵活、高效、便捷的温室气体测量解决方案。PRI-5251f Plus CO CO2 CH4 N2O H2O 飞行版温室气体测量系统是一套高精度、多组分飞行版温室气体测量的全新解决方案，采用中红外激光直接吸收光谱技术（MIRLAS）。系统包含了高精度多组分温室气体分析模块、微型气象站和ELF-600六旋翼无人机系统，能同步在线测量3种主要的温室气体（CO2、N2O、CH4）、伴生气体（CO）和水汽（H2O），以及三维超声、空气温湿度、大气压等参数。系统核心的PRI-5251f Plus CO CO CO2 CH4 N2O H2O 分析仪基于创新的微型激光传感器引擎，通过中红外波段极强的光谱吸收提供更高精度、准确度和宽范围的气体浓度数据，具有ppb级的灵敏度；在尺寸、重量和低功耗与整体性能的综合优化设计上，最佳适配微型无人机载。2、PRI-5251CT：空气高效除水“新标杆”,高精度温室气体观测“必备品”“双碳”战略目标的实现，需要对区域范围内、特定排放源进行温室气体的高精度监测，并将监测分析计算结果服务于国家战略目标和国家核证自愿减排量（CCER）。包含但不限于二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等温室气体的高精度测量和监控是评估“双碳”目标行动有效性重要的技术手段，是获取我国二氧化碳气体及其他温室气体浓度的长期变化趋势、深入开展气候变化研究的基础，有助于科学评估各地区、各行业的碳减排成效，有助于支撑我国“碳达峰、碳中和”工作的开展和相应政策的制定。通常，我们需要采用高精度温室气体监测设备连续抽取大气进行目标气体的在线测量。但是大气中的不同水平的水汽含量会很大的影响高精度温室气监测设备对目标气体测量精度和准度。针对目前基于光谱技术的高精度温室气体分析仪，世界气象组织（WMO）和生态环境部环境监测总站等组织和机构明确要求，其待检目标气中的水汽含量应低于500ppm，因此，需要通过专业设备对待测气进行高水平的干燥处理，以获得低于500ppm 或者更低水平水汽含量的待测气体。为实现高效地大气除水，普瑞亿科针对性地开发了一套PRI-5251CT 全自动低温冷阱在线除水系统，该系统特别适配温室气体高精度观测量，具有两级除水功能，可以通过交替双工模式实现待测气体的高效除水和快捷除冰，输出的水汽浓度低于0.01%。PRI-5251CT包含两个一级低温除水单元和两个超低温除水单元，通过两次除水提高冷阱除水效率和降低冷阱切换频率；优化设计的冷阱管内容积小，气体消耗量低而气体周转速率高，且标准气和样品气都过冷阱，能确保标定和测样具有统一的系统误差；包含双泵双通道主动送气单元，可以提前对下一个待测通道进行吹扫净化并制取干燥气体，实现不同冷阱之间的无缝切换；包含压力和流量平衡设计，可以消除不同通道间因电磁阀切换造成的压力波动带来的测量误差。PRI-5251CT 全自动低温冷阱在线除水系统是高精度温室气体测量更好的除水解决方案，针对性解决了目前其他品牌冷阱稳定性差等各种弊端。3、PRI-8800: 土壤呼吸温度敏感性（Q10）室内快速测量的新方法气候变暖如何影响土壤有机质分解，以及陆地生态系统碳排放如何响应气候变暖成了目前科学家主要关注的内容之一。在国内“双碳”背景的目标下，如何快速、科学、高效地监测、核查和支持因为升温导致的土壤呼吸速率的增加成了科学家和政府组织的重点关注。为响应国家“双碳”目标，针对国内“双碳”行动有效性评估，2022年普瑞亿科全新升级了PRI-8800 全自动变温培养土壤温室气体在线测量系统，结合了连续变温培养和高频土壤呼吸在线测量的优势，模式的培养与测试过程非常简单高效，这极大方便了大量样品的测试或大尺度联网的研究，可以有效服务科学研究和生态观测。PRI-8800的成功推出，为“双碳”目标研究和评价提供了强有力的工具。土壤有机质分解速率（R）对温度变化的响应非常敏感。温度敏感性参数（Q10）可以刻画土壤有机质分解对温度变化的响应程度。Q10是指温度每升高10℃，Ｒ所增加的倍数；Q10值越大，表明土壤有机质分解对温度变化就越敏感。Q10不仅取决于有机质分子的固有动力学属性，也受到环境条件的限制。Q10能抽象地描述土壤有机质分解对温度变化的响应，在不同生态类型系统、不同研究间架起了一个规范的和可比较的参数，因此其研究意义重大。以往Q10研究通过选取较少的温度梯度（3-5个点）进行测量，从而导致不同土壤的呼吸对温度变化拟合相似度高的问题无法被克服。Robinson最近的研究（2017）指出，最低20个温度梯度拟合土壤呼吸对温度的响应曲线可以有效解决上述问题。PRI-8800全自动变温土壤温室气体在线测量系统为Q10的研究提供了强有力的工具，不仅能用于测量Q10对环境变量主控温度因子的响应，也能用于测量其对土壤含水量、酶促反应、有机底物、土壤生物及时空变异等的响应。PRI-8800为Q10对关联影响因子的研究，提供了一套快捷、高效、准确的整体解决方案。为了更好地助力科学研究，拓展设备应用场景，普瑞亿科重磅推出「加强版」PRI-8800——PRI-8800 Plus全自动变温培养土壤温室气体在线测量系统。1）选型推荐：2）实验设计：1）原状土冻融过程模拟：气候变化改变了土壤干湿循环和冻融循环的频率和强度。这些波动影响了土壤微生物活动的关键驱动力，即土壤水分利用率。虽然这些波动使土壤微生物结构有少许改变，但一种气候波动的影响（例如干湿交替）是否影响了对另一种气候（例如冻融交替）的反应，其温室气体排放是如何响应的？通过PRI-8800 Plus 的冻融模拟，我们可以找出清晰答案。2）湿地淹水深度模拟：在全球尺度上湿地甲烷（CH4）排放的温度敏感性大小主要取决于水位变化，而二氧化碳（CO2）排放的温度敏感性不受水位影响。复杂多样的湿地生态系统不同水位的变化及不同温度的变化如何影响和调控着湿地温室气体的排放？我们该如何量化不同水位的变化及不同温度的变化下湿地的温室气体排放？借助PRI-8800 Plus，通过淹水深度和温度变化的组合测试，可以查出真相。3）温度依赖性的研究：既然温度的变化会极大影响土壤呼吸，基于温度变化的Q10研究成为科学家研究中重中之重。2017年Robinson提出的最低20个温度梯度拟合土壤呼吸对温度响应曲线的建议，将纠正以往研究人员只设置3-5个温度点(大约相隔5-10℃)进行呼吸测量的做法，该建议能解决传统方法因温度梯度少而导致的不同土壤的呼吸对温度变化拟合相似度高的问题，更能提升不同的理论模型或随后模型推算结果的准确性。而上述至少20个温度点的设置和对应的土壤呼吸测量，仅仅需要在PRI-8800 Plus程序中预设几个温度梯度即可完成多个样品在不同温度下的自动测量，这将极大提高科学家的工作效率。除了上述变温应用案例外，科学家还可以依据自己的实验设计进行诸如日变化、月变化、季节变化、甚至年度温度变化的模拟培养，通过PRI-8800 Plus的“傻瓜式”操作测量，将极大减少科学家实验实施的周期和工作量，并提高了工作效率。PRI-8800 Plus除了具有上述变温培养的特色，还可以进行恒温培养，抑或是恒温/变温交替培养，这些组合无疑拓展了系统在不同温度组合条件下的应用场景。4）水分依赖性的研究：多数研究表明，在温度恒定的情况下，Q10很容易受土壤含水量的影响，表现出一定的水分依赖特性。PRI-8800 Plus可以通过手动调整土壤含水量的做法，并在PRI-8800 Plus快速连续测量模式下，实现不同水分梯度条件下土壤呼吸的精准测量，而PRI-8800 Plus的逻辑设计，为短期、中期和长期湿度控制条件下的土壤呼吸的连续、高品质测量提供了可能。5）底物依赖性的研究：底物物质量与Q10密切相关，这里的底物包含不限于自然态的土壤，如含碳量，含氮量，易分解/难分解的碳比例、土壤粘粒含量、酸碱盐度等；也可能包含了某些外源底物，如外源的生物质碳、微生物种群、各种肥料、呼吸促进/抑制剂、同位素试剂等。通过PRI-8800快速在线变温培养测量，能加速某些研究进程并获得可靠结果，如生物质炭在土壤改良过程中的土壤呼吸研究、缓释肥缓释不同阶段对土壤呼吸的持续影响、盐碱土壤不同改良措施下的土壤呼吸的变化响应等等。6）生物依赖性的研究：土壤呼吸包含土壤微生物呼吸（90%）和土壤动物呼吸（1-10%），土壤微生物群落对Q10影响重大。通过温度响应了解培养前后的微生物种群和数量的变化以及对应的土壤呼吸速率的变化有重要意义。外源微生物种群的添加，或许帮助科学家找出更好的Q10对土壤生物依赖性的响应解析。

近日，黄建平团队在《环境科学与技术》杂志发表了题为《工业重镇氧气观测揭示“城市呼吸”》的封面文章，在国际上率先开展“城市呼吸”研究，从观测的角度提供了城市氧气浓度下降的有力证据，开拓了氧循环城市健康效应研究的新领域。　　国内首个高精度观测平台 作为地球上几乎所有生物生存的必需品，氧气是大气中最关键的气体成分之一。人口众多且密集的城市地区仅占全球土地的2%，却居住着全球56%以上的人口，并消耗了全球70%的化石燃料。近几十年来，随着越来越多的人口涌入城市，城市地区在适应和减缓气候变化方面面临严峻挑战。现有观测资料表明，过去30年中，大气中二氧化碳占比快速上升，氧气下降的速度是二氧化碳上升速度的两倍左右。　　针对这一现象，研究人员选取了兰州市进行实地测量。兰州市地处中国西北部半干旱地区，作为甘肃省省会，其总人口超过440万，由于两山夹一河的独特地形，以及少风少雨的气候特点，大气扩散受到抑制，导致了流域内污染物的稳定积累。　　“我们看到兰州市中心的地形十分独特，南北最窄处仅1公里左右。考虑到大量人口在如此狭窄的区域聚集，人类的呼吸过程势必会影响大气中的氧浓度，因此我们希望对这个问题进行深入探索。”论文第一作者、兰州大学大气科学学院2020级气候学专业博士研究生刘晓岳说。　　基于上述考虑，黄建平团队提出了“城市呼吸”的新概念，用来衡量城市空气的健康状态。　　目前，针对“城市呼吸”中二氧化碳、污染物、能源等要素的研究在国际上已经比较全面，但是针对氧气的研究几乎是空白状态。　　“这主要有两个原因，一是没有意识到氧气减少的危害，现在越来越多的研究表明，氧气浓度降低与人体健康特别是心血管健康密切相关；二是氧气浓度实时观测对仪器精度要求很高，一般仪器无法测量。”黄建平介绍。　　目前，国内外已有一些研究团队在全球设立了大气氧气定期观测站点，探究全球大气氧气浓度的长期趋势。这些观测通常是使用密封瓶进行大气采样分析，密封瓶采样受实验条件的限制，数据的时空分辨率有限，因此还需对大气氧气进行连续观测来提高对大气传输和混合过程的认识。虽然近年已有一些站点开始连续观测，但是大多数氧气观测站点都设在人烟稀少、远离人类活动的区域。　　在大的自然背景下探测微小的氧气变化相当具有挑战性。“大气中氧气变化信号以百万分之一计，这种探测犹如探讨一滴水对于整个海平面的影响，因此，对氧气监测分析仪器的精度和漂移有严格的要求。”团队负责技术的工程师王莉说。　　2017年，黄建平团队在兰州大学城关校区一栋22层建筑的顶楼建立了国内首个高精度大气氧气观测平台。空气采样的采气口正对着兰州市最繁忙的街道——天水路。这条路有双向10车道，毗邻火车站，路段交通发达，受人为活动影响比较显著。　　氧气观测平台采用气相色谱热导检测器（GC-TCD）技术测定大气氧含量，该技术已经使用了20多年，可以较准确地量化大气氧气的变化。团队利用气相色谱仪直接测量的是氧氮比，这是因为大气中氮气的变化比氧气的变化小得多，可忽略不计，因此氧氮比的变化可以被认为是氧气造成的。　　“在氧气观测平台建设初期，我们克服了一系列技术难题，包括仪器调试、定标以及后期数据处理，构建了适用于平台的大气氧观测数据的订正方法等。经过团队的不懈努力，我们的观测资料最终得到了国际同行的认可。”黄建平介绍。　　定量估算氧气浓度变化　　城市中居民呼吸和化石燃料燃烧是两个独立的过程，因此很难直接将上述两个过程的影响分别从大气氧气观测资料中分离出来。但值得注意的是，居民呼吸是不排放污染物的，而化石燃料在燃烧过程中不仅排放了二氧化碳，同时也排放了包括氮氧化物、一氧化碳、二氧化硫在内的各类污染物。因此，在观测到的氧气浓度变化信号中，有一部分是和污染物相关的信号，指示着化石燃料燃烧消耗的氧气，另一部分和污染物无关的信号，则指示着居民呼吸过程消耗的氧气。将现有的氧气浓度和污染物浓度的观测资料进行对比，就可以从氧气浓度变化的信号中分离出化石燃料燃烧信号和居民呼吸信号。　　黄建平团队将城市氧气浓度观测数据分为两组。在空气质量较好的情景中，大气扩散条件较好，工业、交通活动等消耗的氧气能够较快补充，兰州市氧气浓度整体较高。这种情景下人类呼吸占氧气亏损的33.08%，化石燃料燃烧占比66.92%。此外，大气传输模型也显示，扩散条件较好时，有利于工业区污染气团远距离传输至兰州市中心城区，因此排放二氧化硫、一氧化氮等污染物的过程对氧气的消耗占比有所上升。这种情景下，大气充分混合，各类耗氧过程对兰州氧气浓度的影响较为均衡，对人体健康影响较小。　　在氧气浓度较低、污染严重的情境下，化石燃料燃烧对氧气的消耗占比升高到72.5%，居民呼吸对氧气损耗的占比降低。高精度的大气传输模型显示该情景下耗氧过程主要发生在中心城区，氮氧化物和PM1排放过程的耗氧量明显增加，对应机动车尾气排放过程消耗的氧气显著增加。　　植物光合作用是氧气的主要来源，兰州市耗氧量是产氧量的500倍以上，其缺口主要来自周边植被的支援。这种情况不仅发生在兰州，全球人口超过100万的大城市中，有75%的大城市耗氧量和产氧量的比值超过100。　　黄建平团队曾做过测算，如果化石燃料燃烧稳定在一定水平不下降，会发生持续的氧气浓度下降，26世纪将降至20.0％以下，并在29世纪初将降至19.5％，可能会对地球上部分生物的生存造成威胁。　　下一步，团队希望对全世界大城市的“呼吸指数”进行估算，通过城市耗氧和产氧的具体数据呼吁国际社会关注氧浓度问题，进一步评估不同情景下城市氧气浓度变化带来的健康风险，为制订因地制宜的、与产业结构相协调的“双碳”路径提供科学依据。　　“这是一个前瞻性的研究，更长远来说，我们希望推动一个关于‘城市呼吸’的大科学计划，呼吁全世界更多的城市关注这个问题，因为它不仅是一个科学问题，也对每个城市、国家、地区的可持续发展都至关重要。”黄建平说。

探索材料角度相关的磁输运性质是凝聚态物理学中应用广泛和重要的课题研究方向。该研究通常需要很宽的样品温度范围，比如从室温到几开尔文或更低，还需要强大的矢量磁场。控制矢量磁场对此类研究尤为重要。然而，传统的超导矢量磁体不仅价格昂贵，而且场强也有限：三个方向上至少两个方向的磁场强度通常不能超过2T。 德国attocube公司是上著名的端环境纳米精度位移器制造商。近期，该公司推出的atto3DR低温双轴旋转台，将施加在样品上固定方向的单一磁场（垂直或水平方向）的改变为三维矢量磁场。通过这种方式，在任何其他方向上也可立即获得非常高的磁场（例如9 T或12 T）。因此，它相当于提供了9T-9T-9T矢量磁铁的等效系统，这是目前尚无法实现的。此外，与常规矢量磁铁（如5T-2T-2T）只能在旋转中提供大2T的磁场相比，此解决方案的成本也非常低。 另外，双旋转轴的应用保证了样品在任意磁场方向上的变化和灵活性，通过水平固定轴的旋转，可控制样品表面与外界磁场的倾角（+/- 90°）；而沿面内固定轴的旋转提供了另外+/- 90°的运动，从而实现样品与磁场形成任意相对方向。同时还兼容2英寸样品空间和He气氛，配备Chip carrier，提供多达20个电信号接口。 1. 为什么要旋转你的样品？ 物理学家、化学家和材料科学家正在不懈地寻找具有理想性能的新材料。新材料几乎每天都会被合成出来，并经历各种各样的测量和表征。费米面的表征在材料表征中起着核心作用，因为将电子结构与材料的性质相关联，可以设计出具有所需性质的材料，并针对特定的应用进行调整。若能够地控制磁输运测量中的场方向有助于提取样品各向异性的信息。能够旋转样品在面内和面外场之间切换，或沿所需方向（例如，沿准一维样品，如纳米管或纳米线）对准就显的尤为重要。 Attocube公司研发的压电驱动的纳米旋转台有效地取代了价格昂贵的矢量磁铁，甚至提高了它们的性能，不仅扩大了其任意方向上的大可用磁场，而且也能很好的实现自动化的测量。更为重要的一点是：它们优于传统无法避免的机械滞后性的机械转子。此外，当需要超高压条件时，例如在ARPES中，与机械旋转器相比，压电陶瓷旋转台提供了额外的优势-压电陶瓷旋转台不会导致超高压室泄压或者漏气。2. Attocube提供的解决方案2.1 attocube 的纳米精度旋转台 attocube提供了多种可以组合的压电驱动纳米定位器，其中包括水平旋转台和竖直旋转台（attocube纳米旋转器-ANR/ANRv）。旋转台组合包括一系列不同尺寸和方向，以及适用于低温环境、超高真空和/或高磁场的不同环境下的需求。由于其体积非常紧凑，attocube的旋转台能够适配于大多数的超导磁体样品腔。图1: ANR portfolio [4]2.2 atto3DR：在3D中模拟强矢量磁场 atto3DR双旋转器具有两个立的旋转台，它们组合在一起，从而提供相对于样品表面的所有方向上的全磁场（例如14 T），如引言中所述。atto3DR如图2所示。atto3DR可以提供普通低温版本，同时也可根据具体需求提供用于低温真空（如稀释制冷机）的定制版本；有关mK温度下的应用案例，请参阅应用部分。图2: atto3DR：（a）带有无铅陶瓷芯片载体的样品架，配备20个触点；（b） 面内ANR；（c） 另外一个面内的ANR[4]。 3. 应用案例 在概述了ANRs、atto3DR的主要特点和优点之后，本文后一章将重点介绍通过使用基于我们的旋转器获得的传输测量的研究结果。3.1 基于ANR旋转台的应用案例3.1.1 在强磁场和200 mK条件下考察的g因子的各向异性 在Zumbühl集团（瑞士巴塞尔）与RIKEN（日本Saitama）、SAS（斯洛伐克布拉迪斯拉发）和UCSB（美国圣巴巴拉）课题组的合作进行了以显示GaAs量子点中各向同性和各向异性g因子校正的分离实验。这项研究是在两个立的横向砷化镓单电子量子点上进行的。为了在实验上确定g因子修正，通过测量具有不同强度和方向的平面内磁场的隧穿速率来得到自旋分裂。自旋分裂定义了自旋量子位的能量，是磁场中自旋的基本性质之一。在这里，他们测量并分离了两个GaAs器件中对g因子的各向同性和各向异性修正，发现与近的理论计算有很好的一致性。除了公认的Rashba和Dresselhaus项，作者还确定了动量平方依赖的塞曼项g43和穿透AlGaAs势垒gP项[5]。 此项工作是在attocube纳米精度旋转台ANRv51的帮助下完成的：样品安装在压电驱动旋转器上，并在磁场平面内旋转。由于旋转台有电阻编码器，因为能够读出旋转器的状态角度。此外，ANRv51可在高达35 T的磁场环境下使用，并可在低至mK的低温范围内使用-该实验在稀释制冷机中进行，电子温度为200 mK，磁场高达14 T。该磁场强度在任意面内方向上施加，只能通过旋转器实现不同角度下的测量。图3: sample in chip carrier mounted on ANRv513.1.2 mK位移台在材料输运性质随磁场角度的变化研究中的应用 北京大学量子材料科学中心林熙课题组成功研制出基于attocube低温mK位移台研制的低温强磁场下的样品旋转台，用于测量材料的输运性质随磁场角度的变化研究。 该系统是基于Leiden CF-CS81-600稀释制冷机系统的一个插杆，插杆的直径为81 mm，attocube的mK位移台通过一个自制的转接片连接到插杆上，如图4所示，位于磁场中心的样品台的尺寸为5 mm*5 mm，系统磁场强度为10T。系统的制冷功率为340 μW@120mK，得益于attocube低温位移台低的发热功率及工作时非常小的漏电流，使得旋转台能够很好的在＜200mK的温度下工作（工作参数：60V，4Hz, 300nF）。 图4. 实现的旋转示意图和ANR101装配好的实物图 图5. 侧视图，电学测量的12对双绞线从旋转台的中心孔穿过 图6中是GaAs/AlGaAs样品在不同角度下测试结果，每一个出现小电导率的点，代表着不同的填充因子。很好的验证了其实验方案的可行性和稳定性。图6. Shubnikov–de Haas Oscillation at T = 100 mK3.1.3 25 mK和强磁场下的自旋弛豫测量 基于量子点的自旋量子位是未来量子计算机的一个有希望的核心元件。2018年，一项国际合作（(Basel, Saitama, Tokyo, Bratislava and Santa Barbara）在理论预测电子自旋弛豫现象15年后，次通过实验成功证明了一种新的电子自旋弛豫机[8]。图7: Measurement setup with sample on an ANRv51 for rotating around the angle ϕ in the plane of the magnetic field. 在25 mK 的稀释制冷机和高达14 T的磁场条件下，半导体纳米结构（GaAs）中的电子自旋寿命在0.6 T左右达到了一分钟以上的新记录。有关此记录的更多信息，请参见[9]。对于该实验设置，使用了attocube的ANRv51，只有它完全符合mK温度和高磁场系统的要求。此外，在GaAs二维电子气体中形成的单电子量子点样品可以与平面内磁场相对于晶体轴作任意角度的旋转。3.1.4 从缓慢的Abrikosov到快速移动的Josephson涡旋的转变 来自瑞士苏黎世ETH的Philip Moll及其研究组使用attocube的ANR31研究了层状超导体SmFeAs（O，F）中磁旋涡的迁移率，发现旋涡迁移率的大增强与旋涡性质本身的转变有关，从Abrikosov转变为Josephson[12]。该实验中如果磁场倾斜出FeAs平面，即使小的未对准（图8: Flux -flow dissipation as a function of the angle between the magnetic field (H = 12 T) and the FeAs layers (= 0°) for several temperatures.图9: Rotator setup showing the ANR31/LT rotator carrying the sample and two Hall sensors.3.1.5 用于量子输运分析的超低热耗散旋转系统 在2010新南威尔士大学（澳大利亚悉尼）的La AYOH ET.A.课题组分析了半导体纳米器件中的量子输运。他们的主要目标是获得一个合适的旋转系统来研究各向异性塞曼自旋分裂。为了充分观察测量这种效应，需要在保持温度低于100mK的情况下，在磁场（高达10T）方向旋转样品。该样品安装在陶瓷LCC20器件封装中的AlGaAs/Ga/As异质结构。两条铜线连接到载体上。使用带RES传感器的ANRv51进行位置读出，该小组设计了一个具有两个可选安装方向的样品架（见图10）：一个具有芯片载体的平面内旋转，另一个具有芯片载体的平面外旋转（见图）。ANRv51非常适合此应用：先其由非磁性材料制成，完全兼容mK，并具有一个小孔，可将20根铜线送至转子背面。在他们的论文中，研究小组仔细描述了不同驱动电压和频率下，旋转器的散热作为转速的函数[13]。在缓慢的旋转速度下，散热可以保持在低限度，即使连续旋转，仍然能让系统温度低于100 mK。当关闭旋转器时回到25 mK基准温度的时间仅仅为20 min。此外，由于滑移原理，旋转台可在到达终目标位置时接地，从而确保位置稳定性和零散热。图10: Rotation system assembly for rotating the sample in two separate configurations with respect to the applied magnetic field B.3.2. atto3DR 应用案例3.2.1 范德华异质结器件在低温40mK中旋转 理解高温超导物理机制是凝聚态物理学的核心问题。范德华异质结构为量子现象的模型系统提供了新的材料。近日，国际合作团队（团队成员来自美国伯克利大学，斯坦福大学，中国上海南京以及日本韩国等课题组）研究石墨烯/氮化硼范德华异质结具有可调控超导性质的工作发表在《Nature》杂志上。在温度低于1K的时候，该异质结的超导的特特性开始出现，电阻出现一个明显的降低，出现一个I-V电学曲线的平台[14]。图11: 图左低温双轴旋转台；图右下：石墨烯/氮化硼异质结器件，图右上，电输运测试结果，样品通过旋转后的方向与与磁场方向平行。 电学输运工作的测量是在进行仔细的信号筛选后，在本底温度为40mK的稀释制冷剂内进行的。样品的面内测量需要保证样品方向与磁场方向平行，因而使用了德国attocube公司的atto3DR低温双轴旋转台。该atto3DR低温双轴旋转台可以使样品与单轴线管的超导磁场方向的夹角调整为任意角度。通过电学输运结果，证实了样品中存在的超导与Mott缘体与金属态的转变，证明了三层石墨烯/氮化硼的超晶格为超导理论模型（Habbard model）以及与之相关的反常超导性质与新奇电子态的研究提供了模型系统。3.2.2 30mk下的扭曲双层石墨烯的轨道铁磁性 范德华异质结构，特别是魔角双层石墨烯（tBLG），是当今固态物理研究的热点之一。尽管之前对tBLG的测量已经表明，铁磁性是从大滞后反常霍尔效应中推断出来的，随后又指向了Chern缘体，但A.L.Sharpe及其同事通过输运测量实验表明，tBLG中的铁磁性是高度各向异性的，这表明它是纯轨道起源的——这是以前从未观察到的[15]。 为了进行测量，该小组将封装在氮化硼薄片中的tBLG样品安装在attocube atto3DR双旋转器上，通过巧妙设计，使其在电子温度低于30 mK的条件下正常工作，在高达14 T的磁场中，使用霍尔电阻对倾斜角度进行专门的现场校准，以便在实验过程中控制准确的面内和面外方向。图12: Angular dependence of hysteresis loops in twisted bilayer graphene, measured with atto3DR at 磁性输运测量通常涉及可变温度和强磁场。能够旋转样品是提取有用信息的关键先决条件，如三维费米表面、电荷载流子的有效质量和密度，亦或块体材料、薄膜或介观结构的各向异性相关的许多其他参数。使用基于压电陶瓷的旋转器有助于获得比矢量磁场更高的矢量场，而且能够大大降低成本。因此，attocube ANR及其成套解决方案——atto3DR——对于每一位在具有磁场依赖和低温下进行电气和磁性输运测量的研究人员来说，都是佳和的解决方案。5. 参考文献[1]L.W. Shubnikov, W.J. de Haas, Proc. Netherlands Roy. Acad. Sci. 33, 130 (1930)[2]Fermi Schematics, Sabrina Teuber, attocube systems AG[3]http://www.phys.ufl.edu/fermisurface/[4]attocube systems AG[5]L.C. Camenzind et al., Phys. Rev. Lett. 127, 057701 (2021)[6]U. Zeitler et al., attocube Application Note CI04 (2014)[7]P. Wanget al., Rev. Sci. Instrum. 90, 023905 (2019)[8]L.C. Camenzind et al. Nat Commun 9, 3454 (2018)[9]https://www.unibas.ch/en/News-Events/News/Uni-Research/New-mechanism-of-electron-spin-relaxation-observed.html[10]Y. Pan et al., Sci. Rep. 6, 28632 (2016)[11]A.M. Nikitin et al., Phys. Rev. B 95, 115151 (2017)[12]P.J.W. Moll et al., Nature Mater. 12, 134 (2013)[13]L. A. Yeoh et al., Rev. Sci. Instrum. 81, 113905 (2010)[14]G. Chen et al., Nature 572, 215 (2019)[15]A.L. Sharpe et al., Nano Lett 2021, 21, 10, 4299 – 4304 (2021)

INSTEMS系列为用户提供了7种原位TEM实验平台。其中包含三种单外场施加平台，三种双外场耦合平台和一种三外场耦合平台。三种单外场产品为INSTEMS-M（力学加载）、INSTEMS-E（电学加载）和INSTEMS-T（热场加载）；三种双外场耦合产品为INSTEMS-ME（力电耦合）、INSTEMS-TE（热电耦合）和INSTEMS-MT（力热耦合）；一种三外场耦合产品为INSTEMS-MET（力热电耦合）。产品介绍：INSTEMS-MET采用独特的MEMS芯片设计和新颖的集成策略，克服了多场耦合的诸多兼容性难题，完美保存了TEM样品杆的双轴倾转功能。可以在TEM中向样品施加力、热、电三种外场，实现外场的灵活组合，原位观察材料原子尺寸微观结构变化。该产品极大地拓宽了原位电子显微学的研究范畴，是科研工作者研究复杂力/热/电环境下材料的强大工具。突出优势：1、灵活热/力/电场耦合超宽加热范围 ( RT-1200 oC ) 超高加热精度( 100 mN) pm级驱动控制多种加载模式多种通电程序pA级电学测量2、双轴倾转α 轴倾转最高至±25° β 轴倾转最高至±25°3、稳定的原子尺度成像极限样品漂移＜50 pm/s空间分辨率≤0.1 nm技术优势：ItemParametermini-lab兼容性MT/TE/ME/M/E/T加热范围RT up to 1200 ℃ *加热准确性≥98%加热速率10000 °C/s最大驱动力 100 mN最大驱动位移4 μm驱动精度电流测量范围1 pA-1 A空间分辨率≤0.1 nmEDS兼容性√应用领域：半导体电池安全器件失效热电材料… … 创新点：1、独特设计与精密加工的MEMS芯片排除了热膨胀或者样品抖动带来的干扰，提高实验成功率。 2、多通道信号传输保障多场的独立控制与信号采集 3、三场耦合大大提高了工作效率以及研发者的使用需求 百实创-双倾力热电集成系统 原子尺度分辨 原位

双碳战略下，智易时代温室气体在线监测系统已准备就位背景现状：随着全球气候变化问题日益严重，减少温室气体排放、实现“碳达峰、碳中和”已经成为世界各国共同关注的重要议题。温室气体是指在大气中捕获热量的气体，目前环境空气中主要管控的温室气体成分有：二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、N2O、氢氯氟烃（HCFCs）、三氟化氮（NF3）、六氟化硫（SF6）等，其中CO2、CH4、N2O三种合计占比达到98%，环境空气温室气体监测系统主要以这三种气体为主要监测内容。而大气中的CO2是三大主要温室气体中浓度最高的一种，也是对温室效应贡献最大的气体，尤其随着国家“碳达峰”和“碳中和”战略的实施，温室气体的准确监测与评估将成为降碳目标的根本前提，在双碳战略下，温室气体监测也成为环境监测的重点。因此，为进一步做好碳达峰、碳中和工作，积极开展碳排放核算方法研究，逐步提升碳排放核算的准确性、实时性，开展温室气体在线监测是极为必要的。产品介绍：针对双碳战略，智易时代研发的温室气体在线监测系统可以实时、准确地监测大气中的温室气体浓度，主要针对温室气体在线监测系统设计，内部集成盘装式可调谐可调谐激光气体分析仪、搭配温压流一体机和湿度仪，可在线监测污染源排口的CO2、CH4、N2O等温室气体。系统具有结构简单，维护、安装方便，可靠性高、适应强等特点。核心部件：作为温室气体在线监测系统的重要组成部分，HGA-1008型CO2气体分析仪是一款适用于国内环保、温室气体监测、碳排放管控等在线气体的分析仪表，主要由红外传感器（光源、气体吸收池、探测器）、数据采集单元、信号接口板及控制电路、电源等部分组成。本产品主要基于红外相关滤波技术（GFC）和非分散性红外技术（NDIR）实现二氧化碳（CO2）浓度的测量，具有精度高，稳定性好，响应时间快等特点，可广泛应用于电力、化工、水泥、钢铁、冶炼等场景。优势特点：&bull 看得见——让模糊的碳核算数据变得清晰化、可视化借助监测仪器实时监测的感知手段，基于大数据、物联网和云计算技术打造智能化监测平台，实现城市区域级别的碳达峰、碳中和路径动态规划管理，解决重点控排企业碳资产管理难题。借助多元立体的数据感知网络做到双碳路径实时动态分析调整，使能源结构调整效果预评估、碳汇能力监测分析评价、达峰峰值与达峰时间对碳中和的影响反演分析预测等等这些常规城市双碳路径规划中的“盲区”变得清晰可见。&bull 看得清——碳达峰碳中和痛难点分析辨别，路径动态管控根据城市的发展定位，通过对历史数据的收集和分析，结合立体的温室气体监测网络是实时动态感知数据，寻找和锁定双碳行动中的重点源头并分析与区域经济社会发展目标的平衡关系，在实施“降碳增汇”的措施过程中，以模拟出的达峰和中和目标为导向，解决识别什么措施可选，什么行业该“一刀切”，什么难点是实现双碳的瓶颈的问题。&bull 看得住——以碳中和为导向，聚焦达峰时间目标，落地降碳措施通过设备数据实时上传，帮管理者解决双碳目标实现过程中的数字化动态管理问题，让管理者对双碳目标的认识从朦胧变得透彻，并进一步协助将通过数据分析出的难点锁定落地，实现从源头治理。结语：在我国，温室气体在线监测系统已经广泛应用于钢铁、化工、电力、能源、煤炭等行业。这些行业是温室气体排放的主要来源，通过使用温室气体在线监测系统，可以有效地控制温室气体排放，为实现碳达峰、碳中和目标做出贡献。通过对温室气体排放的实时监测，我们可以及时了解排放情况，对排放量进行控制，从而实现双碳战略目标。

TOF和OrbitrapTM 双分析器融合系统，超高质量分辨（＞240000），高质量精度（＜1ppm）。适用于定性需求较高的蛋白、脂类等生物样本及未知有机物的定性。01 背景SIMS非常适合从亚微米样品区域获取有机和无机化学信息。这种能力对生命科学应用领域的研究人员来说尤其有趣。在过去的几年里，在亚细胞水平上成像和精确识别分子特征的愿景一直在推动仪器和应用的发展。虽然新的团簇离子源扩大了SIMS仪器在生物应用中的可用性，但使用中的质谱仪缺乏质量分辨率、质量精度和质谱联用能力。除了质量精度之外，高质量分辨率也是获得可靠结果的关键因素。下图中的这两个质量峰，它们的质量分数非常接近，但横向分布却截然不同，若想要解析这些峰，质量分辨率必须大于80000。02 Hybrid SIMS为了满足上述高质量分辨的需求，在现有TOF-SIMS M6的基础上搭载Q ExactiveTM扩展，IONTOF推出了首款商用Hybrid SIMS仪器，该仪器基于TOF和OrbitrapTM双分析器融合系统，可以实现最高质量分辨率( 240,000)和最高质量精度( 1 ppm)以及高质量分辨率SIMS成像。最新一代的气体团簇离子源可以结合亚微米成像与超高质量分辨率，即使在极端复杂的有机系统中（如组织或细胞），也能够很好地区分不同的特征物质。Hybrid SIMS 示意图：Hybrid SIMS 主要性能优势： - 使用ToF和Orbitrap TM双分析器配置 - 超越静态SIMS极限的高分辨成像和质谱测定 - 最高质量分辨率（ 240,000） - 最高质量精度（1 ppm） - 扫描频率高达18 Hz - 高传输率高质量分辨率的离子预选择 - 最佳质量分辨率的碎片全谱 - 高质量分辨MS / MS功能 - 包含Thermo完备的数据库03 Hybrid SIMS应用案例案例一：在以下例子中，代表骨髓内胶原纤维的肿块间隔用红色表示。蓝色为C5H15NPO4+的分布，对应于磷脂酰胆碱头基团。案例二：由于质量分辨能力和质量精度，根据Orbitrap分析仪的精确质量，从图中给出的类别中划分出140个不同的物种。案例三：因高质量分辨能力，可以通过共定位分析找到与这个质量为1121.5（番茄苷A）的信号相关的片段，从而判断番茄苷A的分配。案例四：在下列人体纹身皮肤的切片上，ToF-SIMS成像显示在红墨区域有318.14的增强信号。高分辨率Orbitrap的结果分析表明，此处的信号由至少3种不同横向分布的离子组成。案例五：对利用硅片和红/黑记号笔自制的样品进行分析，下图是结合双分析器的3D分析结果。04 总结Hybrid SIMS系统的特点总结为以下几点：1、高质量分辨率和质量精度，可以进行精确的信号识别，减少由于大量干扰而造成误判的风险2、即使是粗糙和绝缘的样品也可以在不影响质量分辨率和质量精度的情况下进行深度成像和分析3、基于双分析器的3D分析能够结质量分辨率、空间分辨率、成像速度和低质量离子的信息，使用TOF-SIMS具有Orbitrap&trade 测量的质量分辨率和精度，包括高性能MS/MS。

成果名称 扫描探针显微镜宽动态范围电流测量系统的研制 单位名称 北京大学 联系人 马靖 联系邮箱 mj@labpku.com 成果成熟度 &radic 研发阶段 □原理样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产 成果简介： 扫描探针显微镜（SPM）是研究材料表面结构和特性的重要分析设备，具有高精度和高空间分辨的优点，可以在多种模式下工作。其中，扫描隧道显微镜（STM）和导电原子力显微镜（CFM）技术，通过探测偏压作用下针尖与样品间产生的电流，可以获得器件电学特性或材料表面局域电子结构等重要信息，成为目前微纳电子学研究领域的重要工具。SPM中用于探测针尖与样品间电流的关键部件是电流-电压转换器（I-V Converter），其作用是把探测到的微弱电流信号转换为电压信号以便后续处理。目前商用SPM设备中采用的是虚地型固定增益线性电流-电压转换器，典型灵敏度为108 V/A，其主要缺点是电流测量的动态范围较小，只能达到3~4个数量级，这使得目前SPM的电流测量能力被限定在10pA~100nA之间，阻碍了SPM在微纳电子学领域的应用。 2012年，信息学院申自勇副教授申请的&ldquo 扫描探针显微镜宽动态范围电流测量系统的研制&rdquo 获得了第四期&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金的支持，在项目资金的支持下，申自勇课题组开展了富有成效的工作，包括：（1）宽动态电流测量系统总体设计；（2）测量系统与SPM控制系统的接口设计；（3）测量系统加工制作和联机调试；（4）测量系统性能指标的测试评估与优化。此外，课题组还克服了皮安级微弱电流的高精度低噪声测量、反馈回路中用于非线性转换的双极结型晶体管的温度补偿等技术难题，所研制的测量系统取得了良好的效果。目前，该项目已经顺利结题，其成果装置已经在该课题组相关仪器上正常使用，并在向校内外相关用户推广。 应用前景： 扫描隧道显微镜（STM）和导电原子力显微镜（CFM）技术，通过探测偏压作用下针尖与样品间产生的电流，可以获得器件电学特性或材料表面局域电子结构等重要信息，成为目前微纳电子学研究领域的重要工具。

关于INSTEMS系统原位透射电子显微分析方法是实时观测和记录位于电镜内部的样品对于不同外场如力、热、电等激励信号的动态响应过程的方法，是当前物质结构表征科学中最新颖和最具发展空间的研究领域之一。受限于透射电镜样品室狭小的空间及特殊的结构，目前商业化的透射电镜原位力学样品杆多采用探针式力场加载，无法实现双轴倾转，大大限制了研究者从原子尺度下原位研究材料的力学行为及变形机制。针对这一世界性技术难题，百实创公司专项开发的INSTEMS系列透射电镜用原位原子尺度双轴倾转力、热、电一体化综合测试系统拥有独特创新设计的MEMS芯片以及与之相匹配的微驱动系统，保证了样品在透射电镜毫米尺度空间内实现力场与热场或电场耦合加载条件下，同时具备大角度正交双轴倾转功能，进而实现在多场耦合加载下材料原子尺度显微结构及其性能演化的原位观察与记录。该系统可实现1200℃高温下力热耦合加载，最大驱动力大于100mN，驱动行程大于4μm，最小驱动步长低于0.5nm，达到国际领先水平，极大的扩展了透射电子显微镜在材料科学原位研究领域的应用。本系统与各大品牌电镜有优异的机械及电磁兼容性，稳定性高，保证电镜原有的分辨能力。整合了独特创新设计的MEMS芯片与微型驱动器的高集成Mini-lab原位样品搭载平台，保证了不同形状、性质的样品在TEM中有稳定的力、热、电加载实验环境，并能精确控制参数变量；通过更换不同Mini-lab实验台，可以灵活的实现力、热、电单场或任意两场耦合加载，并能做到互不干扰。精密的结构设计保证样品能在场加载条件下实现大角度双倾，结合皮米级超高精度控制系统，确保显示的原子像无抖动、分辨率高。功能强大，操作便捷的控制软件提供了丰富的加载模式，并实时收集与处理数据，满足用户不同条件下的实验与测试设计要求。可实现多场耦合加载：ISTEMS系列产品具有高度集成的可定制化微型实验系统。通过更换不同功能的微型实验台（Mini-lab），该系列可灵活施加力、热、电等多种外场组合。Mini-lab独特的MEMS芯片设计和新颖的集成策略解决了小区域多场耦合加载兼容性难题。可独立控制多场加载，避免相互干扰。 原子尺度分辨率：INSTEMS系列结构紧凑的微型实验台和特殊设计的β轴倾转机构完美融合了多场耦合施加和双轴倾转功能，可轻松实现原子尺度分辨的动态观察。 高精度控制与测量：超灵敏微型驱动器稳定的四电极MEMS芯片 可靠的电学连接无干扰的电路布局 强大的高精度多通道源表确保INSTEMS系列产品可同时实现高精度加热、pm级驱动控制和pA级电信号测量。 适用范围极宽、功能易于扩展：INSTEMS系列适用于多种形态尺寸的材料（适用于块体以及一维、二维纳米材料）；可实现多种类型的多场耦合施加（热-力-电耦合）；加载灵活，可对样品进行拉伸加载、压缩加载、弯曲加载，也可进行纳米压痕实验；同时可根据用户需求进行功能扩展。适用于大部分固体无磁材料的研究。 关键技术指标与参数：热场指标温度范围室温~1200℃*加热速率＞10000℃/s温度精度≥98%测温方式四电极法EDS兼容性√力场指标驱动精度＜500pm最大驱动力＞100mN最大位移4μm电场指标最大输出电压±50V电流测量范围1pA-1A*电压测量范围100nV-50V双倾指标α角倾转范围±25°β角倾转范围±25°*驱动精度＜0.1°分辨率极限稳定性＜50pm/s*空间分辨率≤0.1nm* * 列出参数取决于Mini-lab型号与电镜状态。 硬件说明：样品杆部分包含双轴倾转样品杆与配套的Mini-lab实验台，MET型号样品杆可兼容所有类型的Mini-lab实验台。软件控制：力、热、电三场都具有丰富的加载模式可供选择：力场可选择单向拉/压加载或循环加载；电场拥有7种可供选择的波形加载；热场可自由设置温控程序。 应用范围1. 高温环境下的力学行为在力场与热场条件下原位实时观察材料原子像，并能获取成分信息。可应用于加速蠕变、高温相变、元素扩散、高温塑性变形、再结晶、析出相与位错的关系等方面的研究。原位原子尺度研究高温合金相在高温下（1150℃）的形变机理原位观察超级合金在400℃与750℃下塑性变形过程2. 高温环境下的电学行为 在热场与电场条件下原位实时观察材料原子像，并获取电场数据。可应用于热电材料、半导体、相变存储、电场可靠性分析、介电材料等领域的研究。 热电耦合条件下SnSe原位原子尺度失效分析3. 力与电场的交互行为在力场与电场条件下原位实时观察材料原子像，测量和控制样品电信号。可应用于压电材料、铁电材料、锂离子电池、柔性电子器件等领域的研究。 4. 力场、热场、电场单场条件下的材料组织变化可定量的控制单力场、热场、电场施加于样品，并实时原位的观察样品原子像及成分信息。高熵合金900℃条件下观察元素扩散创新点：一、独特设计的MEMS芯片以及与之相匹配的微驱动系统，保证了样品在TEM毫米尺度空间内，在力场与热场或电场耦合加载条件下具备大角度双轴倾转功能，进而实现在多场耦合加载下材料原子尺度显微结构及其性能演化的原位观察与记录。该系统可实现1200℃高温下力热耦合加载，驱动力大于100mN，驱动行程大于4μ m，最小驱动步长低于0.5nm，达到国际领先水平。 二、MEMS芯片采用特殊结构及材料设计，加热响应迅速（＞10000℃/s），温度精度高＞98%，热稳定好（＜50pm/s），使用寿命长（＞100h），相较于传统一次性使用的MEMS芯片，很大程度上降低了实验成本。 三、采用高度集成的可定制化微型实验系统，可实现力、热、电以及力热耦合，力电耦合和热电耦合等多种外场的施加。 四、适用范围广，不仅适用于多种类，多维度材料研究，还可实现包括拉伸、压缩、弯曲、纳米压痕等多种力场加载方式。 透射电子显微镜原位-原子尺度双倾力热电集成系统

9月22日，由聚光科技携手自主孵化子公司双谱科技参与编制的团体标准T/AHEPI 0010—2023《车载水质污染监测溯源系统技术规范》发布。该规范由大地安柯（合肥）科技有限公司、浙江双谱科技有限公司、北京大学、南开大学、江苏省环境监测中心、浙江省生态环境监测中心、浙江农林大学、安徽大学、合肥综合性科学中心环境研究院、聚光科技（杭州）股份有限公司、安徽中科智慧环境检测技术服务有限公司共同起草完成。技术规范规定了车载水质污染监测溯源系统的方法原理和测定范围、设备与装置、检测方法和性能指标、实施步骤、溯源流程和质量保证与质量控制，适用于对江河湖库、工业园区、重点水源地等领域开展的应急监测和污染溯源及入河/湖排口精细指纹调查及痕量新型污染物监测。T/AHEPI 0010—2023《车载水质污染监测溯源系统技术规范》水质有机物与重金属特征因子溯源移动实验室双谱科技水质有机物与重金属特征因子溯源移动实验室完全符合技术规范。溯源车基于SPME 前处理技术、全二维气相色谱-飞行时间质谱联用技术、水质重金属XRF监测等技术，可以实现水中上千种有机物和四十余种重金属元素的高精度测量。针对不同场景提供合理溯源路线，结合多种溯源算法，追溯污染迁移过程，识别水中污染来源。水质有机物与重金属特征因子溯源移动实验室GC×GC-TOFMS 3000W水中VOCs/SVOC在线监测全二维色谱质谱系统 可实现上千种水中有机物组分分离检测； 超高灵敏度，检出限低至ppt级； 丰富四维图谱信息，指纹特征表征全面，实现精准溯源； 多种进样方式结合，适用于在线、离线、应急等多场景；XRF-3000水质重金属在线监测系统 广谱监测，可同时监测40余种重金属元素； ppb级别检测限，满足地表水Ⅰ类监测需求； 自动标定； 维护简单，无二次污染；SIA-3000常规水质在线分析系统小型模块化、体积小，重量轻，便于运输安装与集成；多种量程可选，实现自动量程切换，适应多变工况需求；连续测量、周期测量、远程触发测量等多测量模式；周期自动清洗、周期自动标准标定，提升仪器可靠性；水质污染溯源分析软件 海量特征污染物排放指纹谱库及质谱信息自建库； 样品信息管控系统，保证样品信息追踪及结果可靠； 高精细指纹匹配及相似性算法，快速摸清污染源头； 水体污染物传输分析，立体展示污染物迁移转化规律；溯源流程溯源流程以“查-测-溯”为重点，依次制定溯源方案、开展溯源分析、呈现溯源结果、校验溯源结果，为“管”提供基础数据和技术支撑。“查”：摸清污染底数，构建基础信息库；“测”：科学合理布点，全面监测污染物；“溯”：融合溯源算法，快速精准溯源；“管”：提供排污名单，协助制定管控策略；溯源案例① 某流域氮磷超标溯源浙江某水质监测站监测到流域断面总磷含量升高。双谱科技根据站点周边污染源整体分布情况，设置采样点位，通过溯源移动实验室进行总磷浓度及有机成分分析，并进行污染溯源。采样点5至采样点1 TP浓度逐渐升高，经水质监测站后降低。其中采样点5至采样点4 TP出现突升。水样中有机物种类数量与TP浓度变化一致。根据有机物二维图谱显示，采样点4、采样点3和采样点1分别出现了TP升高的伴随物质，且物质存在差异，说明这两处分别存在影响TP浓度的排放源。经分析，伴随物质主要为药物合成中间体，对比周边污染源排放信息，锁定影响源为A医药企业及B生物公司。② 某河道死鱼事件应急溯源某医药化工园区周边河道，出现死鱼现象，周边伴有密集浮藻。双谱科技受业主委托出动溯源移动实验室至现场，分别从该河道死鱼点以及其上、下游设点取样，对比指纹差异，分析特征物质，溯源排污单位。对比上、中、下游水质有机指纹图谱发现，在中游（死鱼事件点位）污染物丰度最高，且出现明显指纹。死鱼点及上下游水中有机物分析全二维图谱根据周边企业排污许可信息披露的工艺过程中的原辅料信息，对比非靶向扫描结果，识别到A制药科技有限公司原辅料对三氟甲氧基苯胺在环境样本中检出。对三氟甲氧基苯胺MSDS信息危险性概述-健康危害-急性毒性（经口） 第3级 ；急性毒性（经皮） 第2级 ；皮肤腐蚀/刺激 第2级 ；严重损伤/刺激眼睛 第1级 。关于双谱聚光科技自主孵化子公司双谱科技是一家以产品技术研发为核心的高新技术企业，公司以全二维色谱飞行时间质谱/离子迁移谱技术为特色，专注于解决复杂体系中有机及无机组分高精准检测难题，打造集复杂样品前处理、多维分离、高端检测器和高维数据分析为一体的多维分析技术完全自主研发的高科技公司。在大气光化学、恶臭异味、化工园区、工业过程、食品药品、公共安全、生命健康等领域为客户提供全方位、专业化的科学分析解决方案。

自Spark Lasers公司推出ALCOR 920系列920nm飞秒光纤激光器以来，该系列产品就成为脑科学双光子显微成像系统主要使用的光纤飞秒激光器。凭借其高功率、窄脉宽、高稳定性、免维护等特性，ALCOR 920不仅成为传统钛蓝宝石飞秒激光器的高性价比替代产品，也成为同类产品的市场引领者。 ALCOR 920采用了Spark Lasers最新的HPC® 技术（High Pulse Contrast），功率有了进一步提高，同时脉冲形状也得到了优化。与前一代产品相比，ALCOR 920-1的平均功率从之前的1W提高到了1.5W；ALCOR 920-2的平均功率从之前的2W提高到了2.5W。ALCOR 920-4仍提供高达4W的平均功率，是目前市面上920nm飞秒光纤激光器中输出光功率最高的产品。图1 ALCOR系列产品主要参数列表 飞秒激光器作为双光子显微成像系统的核心部件之一，对系统成像效果是至关重要的。那么，如果想要得到好的成像效果，应该怎么办呢？我们有方法：1. 选择高峰值功率的激光器由于双光子效应是与光子密度正相关的非线性效应，越高的峰值功率就意味着越多的荧光分子能够同时吸收两个光子到达激发态，并在跃迁至基态的过程中发出荧光，也就是说最终被探测器采集到的荧光信号也就越强，最终生成的图像亮度和对比度也就越高。峰值功率的计算方式可以由下面的公式计算得出：例如，标准款ALCOR 920-2的平均功率为2.5W，重复频率为80MHz，脉冲宽度为100fs，那么ALCOR 920-2的峰值功率就高达312.5kW。 假如有一款飞秒激光器脉冲宽度只能做到150fs，平均功率和重复频率却能和ALCOR 920-2一样，那么会有什么影响呢？我们通过计算可以得到，这款激光器的峰值功率仅有208kW，仅有ALCOR 920-2的66.6%，这也就意味着相应的荧光强度也会有很大幅度的降低。同样地，假如有另一款产品，脉冲宽度也能达到100fs，但是平均功率却比较低，那么其峰值功率也是比较低的。 图2 使用低脉冲质量的激光器和Spark Lasers的高质量脉冲激光器的最终图像对比 2. 使用色散预补偿得到最优化的脉冲宽度然而，拥有一台激光器只是搭建双光子显微成像系统的第一步。由于成像系统内部有很多光学元器件，如反射镜、滤光片、光强调制器、空间光调制器、分光棱镜、物镜等等，而这些光学元器件中的大部分都会引入正色散，导致飞秒脉冲激光到达测量点处的过程中发生展宽，即脉冲宽度变宽。在上面的计算中我们可以看出，脉冲宽度变宽会导致激光峰值功率的下降，会在很大程度上降低荧光光强，以至于最终的图像亮度和对比度会变差。 ALCOR 920系列在激光头内部集成了色散预补偿模块，可以在激光发射时就带有负色散，这些负色散可以在激光脉冲传播过程中和光学器件引入的正色散相互抵消，从而使得在测量点处，脉冲宽度能保持比较窄。 标准款ALCOR带有0～-60000fs2的大色散补偿范围，同时提供0～-90000fs2的超大色散补偿范围选配，可以满足大部分双光子显微成像系统对色散补偿要求，甚至是最复杂的系统。根据我们的经验，一般复杂程度的双光子显微成像系统对色散补偿的要求在-30000fs2～-50000fs2。3. 对功率进行调制和精确控制ALCOR 920可提供XSight选配模块，即集成化内置AOM模块，以满足双光子显微成像系统对激光实现光强的开/关调制或模拟调制来实现复杂的功能的需要。内置模块可以在很大程度上节省光学平台的空间以及在光路中调试外置调制器的时间精力，同时，该模块能够提供：超高精度光强调节（分辨率高达0.1%）高带宽模拟调制（0～1MHz）高速光开关（上升/下降沿关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

INSTEMS系列为用户提供了7种原位TEM实验平台。其中包含三种单外场施加平台，三种双外场耦合平台和一种三外场耦合平台。三种单外场产品为INSTEMS-M（力学加载）、INSTEMS-E（电学加载）和INSTEMS-T（热场加载）；三种双外场耦合产品为INSTEMS-ME（力电耦合）、INSTEMS-TE（热电耦合）和INSTEMS-MT（力热耦合）；一种三外场耦合产品为INSTEMS-MET（力热电耦合）。产品介绍：INSTEMS-ME可以实现多种模式的电学施加和高精度的电学测量。同时，可以根据不同的倾转需求选择不同驱动方式。该产品可实现拉伸、压缩、弯曲等多种力学加载模式。借助于独创的力电耦合模式，INSTEMS-ME完美保存了TEM样品杆的双轴倾转功能，成为市场上首个可实现原子尺度力电耦合研究的实验平台。突出优势：1、力场施加条件下高温加热能力超宽加热范围( RT-1200 oC ) 超高加热精度( 最大驱动力 100 mN最大驱动位移4 μm驱动精度电流测量范围1 pA-1 A空间分辨率≤0.1 nmEDS兼容性√应用领域：压电材料铁电材料驱动/传感光电伏材料锂离子电池纳米器件柔性电子器件 … … 创新点：拥有pA等级的高精度电场测量，同时能实现7种电场加载模式应用，包括波形选择与恒压恒流模式等 透射电子显微镜原位-原子尺度双倾力电耦合系统

只争朝夕,不负韶华，翻开2020年新的篇章，为满足国内日益增长的测试需求，更好的为广大科研工作者服务，Quantum Design中国子公司北京总部的样机实验室迎来了一个崭新而又熟悉的伙伴—PPMS DynaCool无液氦综合物性测量系统。 此次引进的DynaCool样机拥有9T的强磁场和1.9K-400K的变温环境，同时配备了常用的电学、磁学、热学测量功能，并会在未来继续增加更丰富的测量选件。为方便大家了解PPMS DynaCool系统的功能以及之后的测试申请，我们将对此套PPMS DynaCool系统目前配备的选件及应用进行介绍： PPMS 直流电输运测量选件(DCR)直流电输运测量选件采用样品托设计，用标准4引线法测量样品的直流电阻，每次可同时测量三个样品，并能够针对每个通道的样品分别设定激励电流或大功率。能够在全温区全磁场范围内测量?10 μΩ - 5 MΩ的材料电阻。 直流电输运选件测量的NbTi合金在不同磁场下的Tc相变点变化 振动样品磁强计选件（VSM） 与传统的电磁铁VSM相比，PPMS系统上的VSM在很多方面都更具优越性。先，PPMS系统选取了磁场方向与样品振动方向平行的VSM，与传统电磁铁中磁场方向垂直于样品振动方向的VSM相比，其测量精度大幅度提升。其次， PPMS系统的VSM采用线性电磁驱动马达，测量速率快、精度高且振动频率幅度连续可调，能在1秒内采集到灵敏度 热输运测量选件(TTO)可同时连续地测量热传导系数、Seebeck系数(热电势)和交流电阻率，并由此得出热电性能指数(ZT)的指标。在高真空环境下，选件通过给样品施加方波脉冲加热功率，并记录其温度和电压响应来实现对样品热输运性能的连续测量。 进一步基于热电路模型的拟合算法从测量曲线中计算出样品的热导率和热功率，同时进行电阻测量。该选件可以在 PPMS提供的整个温度和磁场范围内自动计算样品ZT值。典型的热输运测量曲线图，包含热导率、Seebeck系数、电阻率以及通过计算得到的ZT值 比热测量选件(HC) 比热选件是一个基于样品托设计的微量热计，结合主机自带的高真空和磁场低温环境实现在全温度和磁场范围的样品比热容测量。通过脉冲热功率和温度迟豫响应建立的双τ模型能够准确拟合出被测样品的热容。该选件凭借简易而精致的实验设计方案获得了R&D100设计大奖。 NbTi合金在9K附近超导相变的比热测量曲线

新品全球首发！思看科技NimbleTrack灵动式三维扫描系统！2024年4月9日，思看科技（SCANTECH） 正式发布NimbleTrack灵动式三维扫描系统。NimbleTrack集全无线、不贴点、双边缘计算、一体成型架构于一身，精准驾驭中小型场景动态三维测量，领跑工业计量“无线”新时代！灵动式三维扫描系统NimbleTrack，轻巧身型，自在随行，集全无线、多功能等超凡性能于一身，精准驾驭中小型测量场景，成就绝妙之作。其扫描仪和跟踪器深度集成高性能芯片与嵌入式电池模组，实现了全域无线测量和高速稳定的数据传输，开启工业计量智能无线新时代。整套系统巧妙融合了思看科技的自研生态圈，多种功能形态随心变幻，万般场景灵活应对，以极致技术成就极致性能。轻装上阵 即开即扫NimbleTrack超轻型机身，以极致细节重构性能想象，解锁性能美学的超然进化实力。跟踪器仅重2.2kg，身长57cm，恣意穿梭于各类场景，轻装上阵；扫描仪仅重1.3kg，单手掌控游刃有余，轻松完成长时间测量任务。标配一体式便携安全防护箱，兼顾轻型化与紧凑型，容纳万象，灵动出鞘，带上它，即开即扫，尽显轻盈畅快之感。一体成型 稳如堡垒扫描仪采用全新的碳纤维框架一体成型技术，兼备轻量化和高强度性能，在加工工艺上颠覆了传统组装式框架的装配技术，实现了超高结构稳定度和超强温度稳定性，使得一次校准即可长时间内保持良好的精度范围，让每一次扫描都尽在掌控。双内置电池 真正全无线全栈无线三维扫描系统，无线数据传输、零线缆供电，可满足无电、用电不便等应用场景，开启工业计量无线新时代。扫描仪隐藏式电池仓设计，优雅无束缚；跟踪器双循环电池仓设计，供电不间断，无线转站更顺畅。双边缘计算 性能狂飙扫描仪和跟踪器均搭载新一代高性能边缘计算模组，运算效率跃升至全新高度，解锁120 FPS高帧率流畅测量体验，每一帧都行云流水，驾驭自如。扫描时无需外接电源、贴点，与市面上现有的手持式三维扫描仪相比，整体扫描流程大幅简化，复杂场景更显从容，是当之无愧的效率担当。计量基因 精益求精 依托思看科技计量级产品成熟强大的系统架构和自研算法，最高精度可达0.025mm，在标准跟踪范围内，体积精度可达0.064 mm，精准有实力，还原肉眼可见的细微处。万般场景 挥洒自如NimbleTrack三维扫描系统小巧灵动，轻盈穿梭。面对狭小空间或视角遮挡处，扫描仪可无线单独使用，实现最高0.020 mm的高精度扫描。面对大范围测量场景，跟踪器即刻化身远距离红外标记点扫描利器，精准把控全局精度。智能边界检测模块可选配智能边界探测模块，利用高性能灰阶边缘算法，自动采集孔、槽、切边等特征的三维数据，快速获取高精度的尺寸和位置度信息。i-Probe500 跟踪式测量光笔面对隐藏点或基准孔等难以触达之处，可选配便携式测量光笔i-Probe，设备支持有线或无线传输，为精密测量提供全方位的数字化解决方案。多台跟踪器级联支持多台跟踪器级联工作，大幅扩展扫描范围，有效应对大型工件扫描场景。搭载自动化设备 搭载全新定制化三维扫描仪，为自动化解决方案量身定制装夹方式，使其更加适配各类型机器人；360度均匀分布的标记点岛结构，实现全方位精准跟踪，打造高效的自动化批量检测系统。拓展应用生态NimbleTrack是工业级三维扫描领域真正实现全无线测量的产品，凭借智能无线、不贴点、高精度、高便携性等优势，适用于各类应用场景，尤其是尺寸在40mm-2000mm之间的中小型工件，如汽车四门两盖、内饰座椅、压铸件以及新能源电池盒等。在航空飞行器检修和文物数字化等不适宜贴点的情况下，NimbleTrack表现出色。此外，它也非常适合于车间现场，特别是那些无法方便连接电源或电缆的环境，比如野外测量石油管道的腐蚀情况以及高空作业等。关于思看科技 思看科技是面向全球的三维视觉数字化综合解决方案提供商，主营业务为三维视觉数字化产品及系统的研发、生产和销售。公司深耕三维视觉数字化软硬件专业领域多年，产品主要覆盖工业级高精度和专业级高性价比两大差异化赛道，主要产品涵盖便携式3D视觉数字化产品、跟踪式3D视觉数字化产品、工业级自动化3D视觉检测系统和专业级彩色3D视觉数字化产品等。公司产品广泛应用于航空航天、汽车制造、工程机械、交通运输、3C电子、绿色能源等工业应用领域，以及教学科研、3D打印、艺术文博、医疗健康、公安司法、虚拟世界等万物数字化应用领域，致力于提供高精度、高便携和智能化的三维视觉数字化系统解决方案，打造三维视觉数字化民族品牌。

成果名称 快速全视角测量系统 单位名称 北京泰瑞特检测技术服务有限责任公司 联系人 闫实 联系邮箱 yanshi@tirt.com.cn 成果成熟度 □研发阶段 □原理样机 □通过小试 □通过中试 &radic 可以量产 合作方式 □技术转让 □技术入股 &radic 合作开发 □其他 成果简介： 1. 解决的关键技术 （1）软件的调试 本仪器系统的软件调试包含快速视角测试传感器、自动测试平台以及测试软件这三部分的联机调试。 解决了三部分的通讯应答问题，实现了测试系统的自动控制。 解决了测试软件的自动识别边界功能 测试软件增加了模糊控制功能，增加了边界识别，防止测试系统在进行自动测试时全视角测试传感器与测试平台发生碰撞。 解决了测试软件的灵活性问题，用户可以根据自己的工艺要求，对测试过程进行编辑，测试系统按照编辑的工艺过程自动测试。 （2）光学镜头组件模组化 本项目将研制一套透镜组件的固定模组，实现透镜组的焦点在一条直线上，且满足焦距的微调，达到透镜组件的光学参数和精度保持一致。 提升了镜片的镀膜增透工艺，改善了镜头的透过率，改善了低亮度状态下的测试效果。 修改了镜头调试工艺，在镜头调试过程中，缩短了调试时间，简化了调试的复杂程度。 （3）CCD传感器降低暗噪声 将CCD传感器放置在密封的抽真空空间中，将这个空间用温度控制器进行控制，将温度控制在-5℃至-20℃之间的某一个温度值（这个温度值是根据CCD传感器的参数具体设定的），让CCD传感器的暗噪声最小。 改善了温度控制电路，增加了温度传感器，对CCD传感器的环境温度进行闭环调节。 （4）仪器校准 根据工作原理，提出测量系统的校准方案，并完成校准平台的设计和搭建，配合设计与本测量系统相适应的校准软件，实现对测量系统视角、亮度及色度的校准。 完成了校准平台点光源的改装，提升了点光源的漫反射控制。 2. 创新性及应用情况 （1）CCD传感器系统的环境温度控制设计 本传感器系统将CCD传感器放置在密封的抽真空空间中，用恒温控制装置进行控制，实现CCD传感器最佳工作状态，有效降低其工作暗噪声实现低亮度条件下的准确测量。 （2）光学镜头的远心的设计 在快速视角测试传感器中，设计了一个傅里叶转换板，将入射光进行拆分，使其各角度的入射光线平行入射到CCD传感器接收板上，无需对镜头进行对焦，实现各角度入射光的光性能测量。 （3）可视角的快速测量 本测量系统可以完成显示器件或组件的全视角参数的快速测量。可视角的测量范围可以达到± 88° ，可视角的解析度实现1° ，可视角精度可以达到0.1° ，测量方位角达到360° 。还可快速获得与可视角相关的其他光性能参数数据（亮度和色度等），对显示器件的性能做出快速的全面评价，相比传统仪器有重大技术进步。 3. 技术指标 全视角快速测量测量传感器一套，暂定型号：MS-88 ，其技术指标： 入射角：-88° &mdash &mdash 88° ； 方位角：0-360° ； 可视角解析度：1° ； 可视角精度：0.1° ； 亮度测量范围：0.01-20,000cd/m2 亮度测量精度：± 2.5%(L10cd/m2) ± 2.8%(0.01-10cd/m2) 亮度测量重复性：0.1%(L10cd/m2) 0.2%(0.01-10cd/m2) 色度测量精度：± 0.001(L10cd/m2) ± 0.001(0.01-10cd/m2) 色度测量重复性：0.0008(L10cd/m2) 0.0009(0.01-10cd/m2) 2.自动测试平台一套，暂定型号：ZD3423 技术指标： 机械轴数：三轴 机械尺寸：3m（L）*4m（w）*2.3m（h） 机台重量：2,800Kg 机台解析度： X轴：0.01mm；Y轴：0.01mm ；Z轴：0.01mm 机台精度： X轴：± 0.1mm；Y轴：± 0.1mm；Z轴：± 0.1mm 3.自动控制软件一套 4.校准平台一套 a.校准平台实现的目的： （1）完成对全视角快速测量传感器的角度的校准；（2）完成对全视角快速测量传感器的色度和亮度的校准。 b.校准平台的功能 （1）校准平台由独立的两套平台组成，一套平台完成全视角快速测量传感器的视角、色度和亮度的校准，并将校准结果存入此套传感器的库文件中，此套平台我们定义为A平台； 另一套平台功能是将色度和亮度测量标准传递给被测显示器，使得被测显示器成为标准的传递物，此套平台我们定义为B平台。 （2）A平台实现的机械功能 测试架X轴行程范围：100mm ；测试架Y轴行程范围：100mm ；测试架X轴灵敏度：0.01mm； 测试架Y轴灵敏度：0.01mm； 卡具水平旋转范围：± 90º ； 卡具垂直旋转范围：± 90º ； （3）B平台实现的机械功能 测试平台X轴行程范围：100mm；测试平台Y轴行程范围：100mm；测试平台X轴灵敏度：0.01mm；测试平台Y轴灵敏度：0.01mm；点光源水平旋转范围：± 90º ；点光源垂直旋转范围：± 90º ； 5.测试信号源一台 型号：NC804 技术指标： 具备ESD和隔离保护措施。通过DDC通道读取/写入/比较EDID数据。移动十字线精确定位像素坐标。可编程VBL及VDD 输出LVDS编码兼容JEIDA/VESA标准，可选DE/Hsync/Vsync。分辨率支持4096（dot）*4096(line)4ch LVDS信号输出，支持4象限、左右图像控制。 应用前景： 针对国家检测院所及龙头平板生产企业（例如boe，华兴光电，南京熊猫，龙腾光电，中国计量院等）的需求制定销售方法及配套产品，做好技术服务，定期进行技术交流，制定交流时间表，采用具有专业技术背景的销售人原服务跟踪指定客户。了解用户的工艺需求，在用户的有效需要范围内制定控制系统，充分满足用户的生产需求。在此基础上开拓其他领域，例如汽车面板视角检测，纳米材料方面的检测，模具表面检测等领域。采用公司的主要销售渠道，扩展代理渠道，在主要客户服务区设定产品代理技术服务代理。例如我们已经在深圳设置了产品代理及服务部门，在山东潍坊设立了产品代理商，主要服务于青岛区域及歌尔声学等企业。 知识产权及项目获奖情况： 本仪器所有知识产权归北京泰瑞特检测技术服务有限责任公司和北京三爱威迪科技有限公司以及北京市科学技术委员会共同所有。

导读：近日，东南大学苏宇老师团队和合作者利用非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统—mIRage研究发现清洁海绵在擦除顽固污渍受磨损时，每月可释放1.55万亿微塑料，这些微塑料可能会污染环境进入食物链。该成果以“Mechanochemical Formation of Poly(melamine-formaldehyde) Microplastic Fibers During Abrasion of Cleaning Sponges”为题，发表于环境领域高水平期刊《Environmental science technology》上。 文中使用的非接触式亚微米红外拉曼同步光谱显微系统-mIRage，因其500 nm空间分辨率、不因颗粒尺寸变化而发生散射且无需接触测量对样品无污染等优势，为本研究提供了关键性技术支持。研究概述：微塑料（MPs）是指小于5 毫米的塑料颗粒，与常见的塑料袋和饮料瓶等塑料制品不同，微塑料常常难以用肉眼观察，而其一旦释放到环境中，就可能会进入食物链，对人体造成未知的健康风险。日常使用的清洁海绵由三聚氰胺和甲醛的聚合物制成，在使用过程中，会磨损产生环境微塑料纤维（MPFs）。苏宇老师和其合作者购买了三个知名品牌的清洁海绵，反复在不同粗糙度的金属表面摩擦，通过非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统—mIRage等多种技术手段表征了海绵的结构组成和释放的MPF。结果发现，海绵的密度对微塑料释放有显著的影响，密度越大，微塑料纤维的释放量越少。 实验详情：研究团队使用基于O-PTIR基于光学光热红外全新技术的非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统—mIRage观察了磨损海绵释放的MPF（直径为7.4 ± 1.2 μm）上的原始聚合物分子结构的变化。获得了亚微米尺度下聚合物的组成和微结构参数。O-PTIR光谱点1 - 4与未磨损海绵的O-PTIR光谱不同。海绵的碳氮双谱带（1558和1506 cm&minus 1）在MPFs（范围从1600到1456 cm&minus 1）中表现出增宽，相对强度略有变化。MPF上1340 cm&minus 1（芳基C-N带）与1558 cm&minus 1（C-N带）的吸收强度之比增加或减少。此外，在磨损海绵的洗涤沃茨中检测到较小的微塑料碎片（3 - 10 μm）（图e），其O-PTIR光谱（图d，点5和6）与长I型MPF（图d，点1）相似。摩擦热不会导致MPF上的聚合物分解，因为海绵磨损期间金属表面的温度升高（从21.5 ° C至24.9 °C）低于三聚氰胺热解引发的阈值（379&minus 387°C。然而，在海绵中存在水和甲醛残留物的情况下，机械能可能通过缩醛胺基团（&minus NH-CH2-NH-）和羟甲基基团（&minus NH-CH2-OH）之间的交替水解和缩合反应，诱导破坏或形成三聚氰胺-三聚氰胺交联。从磨损海绵中释放的微塑料图示。其中 (a)为沉积的海绵磨损颗粒的全景和局部投影图像。(b) 和（c）为S1-S3样品的放大图像（I、II和III型MPF），S4-S6的反射光图像。(d) c和e中位置1 - 6的归一化O-PTIR红外光热光谱。(e)从磨损海绵释放的小微塑料碎片（直径5.8和8.3 μm）的投影、反射光、可见激光和OPTIR光热红外光谱图（1340 cm&minus 1，芳基C-N吸收带）。 基于O-PTIR技术的mIRage产品： 非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统—mIRage，采用光热诱导共振技术（O-PTIR），突破了传统红外光谱衍射极限，空间分辨率可达500 nm且无散射伪影。创新性的技术使其具备了以下优异的科研级别分析优势：☛ 500nm左右的空间分辨率，无散射伪影；☛ 基本无需样品前处理，样品即放即测；☛ 光源“探针”对样品无污染、无损伤；☛ 可分析固体、液体等多物态样品；☛ 同时、同位置红外、拉曼光谱共表征，提供相互佐证的分析结果；☛ 光谱表征、光学成像共表征，提供多维度科研分析信息；☛ 微塑料颗粒分析功能，自动搜索微塑料颗粒、自动测量微塑料颗粒尺寸、自动微塑料光谱表征。非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统—mIRage 样机体验为满足国内日益增长的新型红外表征需求，更好的为国内科研工作者提供专业技术支持和服务，Quantum Design中国北京样机实验室引进了非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统——mIRage，为您提供样品测试、样机体验等机会，期待与您的合作！ 欢迎您通过电话：010-85120277/78、邮箱：info@qd-china.com或扫描下方二维码联系我们。扫描上方二维码，即刻咨询产品详情！参考文献[1]. Yu Su, Chenqi Yang, Songfeng Wang, Huimin Li, Yiyu Wu, Baoshan Xing,* and Rong Ji. Mechanochemical Formation of Poly(melamine-formaldehyde) Microplastic Fibers During Abrasion of Cleaning Sponges. Environ. Sci. Technol. 2024, 58, 10764&minus 10775

自2019年5月20日起，新的国际单位制正式实施，其中质量的单位千克启用了基于普朗克常数的新定义。能量天平是我国自主的千克新定义复现方案，该方案由中国计量科学研究院张钟华院士提出。能量天平利用电磁力做功与电磁场能量变化之间的转换与平衡，建立普朗克常数与被测砝码质量之间的桥梁。图1 能量天平结构示意图与测量原理电磁力做功量的测量涉及电磁力大小的测量和线圈相对位移测量两方面。因此，悬挂线圈与激励磁体的相对位移测量系统至关重要。它不仅实现了能量天平对于“米”的量子化基准的溯源，而且在保证能量天平积分区间的一致性上也发挥了关键作用。能量天平采用外差激光干涉测量系统对悬挂线圈与激励磁体的相对位移进行测量（图2），但该干涉测量系统存在较大的光学闲区（图3），进而影响了能量天平在空气环境中运行时位移测量的准确性。图2 能量天平激光干涉测量系统图3 能量天平光学闲区示意图近日，发表于《计量科学与技术-中国计量科学研究院专刊（2022）》的文章“能量天平激光干涉测量系统闲区长度测量方法研究”，对能量天平干涉测量系统中闲区长度测量方法进行了分析与讨论。主要成果（1）提出了基于真空/空气环境光程差测量的光学闲区长度测量方法。该方法利用能量天平的真空系统改变光学闲区的空气折射率；利用激光干涉系统测量折射率改变过程中的光程变化，进而测得光学闲区的长度，将原毫米量级的闲区长度测量不确定度抑制至4 μm，大大提高了光学闲区长度的测量能力。（2）利用光学闲区长度表征的绝对距离，实现了对能量天平激励磁体与悬挂线圈间相对零位的测量，以保证悬挂线圈系统位于磁体的均匀区范围。该相对零位的标准测量不确定度达到了54.2 μm。此项研究得到了国家自然科学基金青年基金项目(51805507)的支持。能量天平科研团队简介重新定义千克曾被《Nature》列为世界性的科研难题。张钟华院士向这一科研难题发起了挑战，提出了基于全静态测量的能量天平方案，该方案被《Metrologia》列为国际三种千克量子化定义与复现方法之一。目前，能量天平由李正坤研究员带领的年轻团队接力攻关。该团队连续攻克了高匀场激励磁体设计、准静态磁链差测量、外磁屏蔽方法优化、真空超精密几何量测量、能量天平准直误差理论与技术、超高直线度重载驱动方法与装置等一系列科研难题，建立了第二代能量天平装置NIM-2，其实物图如图5所示。该装置于2019~2020年间，代表中国参加了千克新定义后的首次千克复现方法国际关键比对（CCM.M-K8.2019）。经国际计量局对各国的数据综合评定，能量天平的测量结果与比对参考值（KCRV）的相对偏差为1.17E-8，相对标准不确定度为4.49E-8，比对结果如图6所示。该测量数据已成功用于首个国际质量共识值（the Consensus Value）的评定，进而用于SI新定义后全球质量量值传递。能量天平的研究工作，为建立我国自主的质量量子化基准装置提供了重要的技术支撑。图5 能量天平装置实物图图6 首次千克复现方法国际关键比对（CCM.M-K8.2019）比对结果