普通灵敏度计

近期，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所大气物理化学二室的刘锟等研究人员在高灵敏度小型化吸收光谱传感技术研究中取得了新的进展。研究成果发表在Sensors & Actuators: B. Chemical(220, 1000-1005)上。　　基于吸收光谱的光学传感技术，因其实时在线、高灵敏度、高选择性和非入侵式等优点，被广泛应用于大气、环境和工业等领域。为了提高吸收光谱传感的灵敏度，往往通过光学多通吸收池增加光和样品的相互作用程长。然而，受光斑重合等因素的限制，传统的光学吸收池(如Herriott池)很难实现上百次的光反射，长光程只能靠增加物理池长度的方式得到，这样大大增加了吸收池的体积，难于实现小型、便携的高灵敏度传感设备。　　刘锟等研究人员通过精心的设计，在普通球面反射镜上实现反射光斑呈7个圆圈的分布，充分利用了反射镜的反射面，在光斑不重合的情况下实现了高达215次的光反射，从而用12cm物理基长实现了26米的有效光程。刘锟等研究人员利用所设计的新型光学吸收池，开展了大气甲烷(CH4)的测量研究，实现了100ppb(10-9)的探测灵敏度和优于80 ppb的测量精度。这一研究成果为发展小型化、便携式高灵敏度光学传感器提供了有效的手段，也将推动对体积、重量要求严格的无人机大气探测技术等应用的发展。　　该研究工作受到国家自然科学基金、中国科学院青年促进会等经费资助。

目前，监控体系在生产和生活中起着越来越大的作用，成为人们生活中不可缺少的一道安全屏障。一般情况下，普通的可见光摄像头就可以很好地起到监控的作用，但如果等到夜深人静、大雾弥漫，雨雪等光照条件不足的恶劣情况时，一般可见光摄像头就难以捕捉到隐藏的问题。因此，监控技术是必须在任何可能的情况下都提供检测率。自从红外热像仪在安全应用上商业化以来，热成像技术已经成为最可靠的技术，因为它可以在可见光摄像机可见光盲区的情况下提供清晰的图像。然而，并不是所有的热像设备都是相同的，不同热灵敏度的热像仪拍摄的热图像清晰度有很大差异。热灵敏度，即噪声等效温差（NETD-Noise Equivalent Temperature Difference），其描述了所使用的热像设备所能看到的最小温差。实际上，使用毫开尔文（mK）测量的NETD值越低，传感器就越能记录较小的温差，下表可用于确定热探测器的质量：30 mK非常灵敏40 mK比较灵敏50 mK灵敏60 mK一般灵敏80 mK较低灵敏小伙伴们还要注意到一个问题，有些制造商生产的一些低成本热像仪通过将NETD标称在环境温度为50℃（NETD:XXmK，@50℃）而不是行业标准的30℃（NETD:XXmK，@30℃），从而来隐藏低灵敏度的问题。如果你需要测量的目标通常有很大的温差，那么具有较低热灵敏度的入门级产品就够用。然而，对于更微妙的应用，如检测湿度问题，你将需要更高灵敏度的热像仪。探测细微的细节，比如墙上的螺柱，需要很高热灵敏度的热像仪在为安全监控系统选择红外热像仪时，检测率是一个非常重要的考虑因素。入门级热像仪仍然容易受到雨、雾、雪等恶劣天气条件的影响，这些条件会降低图像的对比度，导致能见度低，阻碍检测精度，并导致有限的态势感知。因此，拥有一个具有优异热灵敏度的热像仪对监控系统的创建非常重要。热传感器的灵敏度越高，其检测精度就越高。比如FLIR A310能够很好地担任“监工”的职责，其搭载有非制冷微量热型探测器，可在热灵敏度为50mK（0.05℃）时输出分辨率为320x240像素的热图像。它包含内置分析功能，提供单点温度测量、区域温度测量和自动报警功能。

科技日报讯 荷兰代尔夫特理工大学的科学家发现用石墨烯薄片制成的&ldquo 鼓面&rdquo ，能够在光的作用下发生振动，根据这一原理能够检测到非常微小的位置和力度的变化，未来有望据此用石墨烯制造出具备超高灵敏度的传感器设备和量子计算机内存芯片。相关论文发表在近日出版的《自然· 纳米技术》杂志上。　　石墨烯以其独特的机械和电气性能闻名于世，而最近荷兰的科学家们发现，这种神奇材料还具有一种独特功能。由于单层石墨烯只有一个原子厚，质量极低，因此研究人员设想能否用其制造出一面能够感受到微小振动的&ldquo 鼓&rdquo 。这面鼓的鼓面由石墨烯制成，敲击它的鼓槌则是以微波频率发射的光。　　领导这项研究的荷兰代尔夫特理工大学的维伯· 辛格博士和他的同事用石墨烯在一个光力学空腔中对这一设想进行了验证。他们发现，在光力学空腔中，他们能够通过观察光干涉现象产生的图案，检测出物体位置及其微小的变化，精度能够达到17飞米(原子直径的一万分之一)。　　物理学家组织网近日报道称，实验中的光不仅有利于检测到鼓的位置，同时也能够向鼓面施加压力。来自光的推力非常非常小，但足以推动质量极小的用石墨烯制成的鼓面，让其发生位移。这意味着科学家们可以用光敲击石墨烯制成的鼓。根据这一原理有望制造出具备超高灵敏度的传感器设备。　　此外，科学家也可以用它来制造内存，这些微波光子能够将光转化为机械振动，并将其存储长达10毫秒的时间。虽然对人类而言10毫秒极其短暂，但对目前的计算机芯片而言这已经不少了。辛格称，他们的一个远期目标是通过这种二维晶体鼓来研究量子运动。　　辛格说，如果敲击一个普通的鼓，鼓面只会发生上下振动。而如果敲击的对象是一个量子鼓，将不仅能够通过敲击让鼓面发生振动，还能使其形成一种量子叠加状态：鼓面将同时既在上面也在下面。这种奇怪的量子运动不仅具有科学相关性，还能够在量子记忆芯片上获得应用。在一台量子计算机中，量子比特同时既可以是0也可以是1，因此其运算速度远远超过目前传统的计算机。石墨烯制成的量子鼓就具备这种能力，它能够在用与普通RAM芯片相同的方式来存储数据的同时，接收和存储量子计算机的量子计算结果。