光纤光栅传感解调仪原理

近年来，传感器朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能 尽缘、无感应的电气性能 耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方(如高温区或者对人有害的地区，如核辐射区)，起到人的线人作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。 　　基本工作原理及应用领域 　　光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送进调制器，使待测参数与进进调制区的光相互作用后，导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送进光探测器，经解调后，获得被测参数。 　　光纤传感器的应用于对磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的丈量。光纤传感器的应用范围很广，几乎涉及国民经济和国防上所有重要领域和人们的日常生活，尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用，解决了很多行业多年来一直存在的技术困难，具有很大的市场需求。主要表现在以下几个方面的应用： 　　1、市建设中桥梁、大坝、油田等的干涉陀螺仪和光栅压力传感器的应用。光纤传感器可预埋在混凝土、碳纤维增强塑料及各种复合材料中，用于测试应力松驰、施工应力和动荷载应力，从而评估桥梁短期施工阶段和长期营运状态的结构性能。 　　2、电力系统，需要测定温度、电流等参数，如对高压变压器和大型电机的定子、转子内的温度检测等，由于电类传感器易受电磁场的干扰，无法在这类场合中使用，只能用光纤传感器。分布式光纤温度传感器是近几年发展起来的一种用于实时丈量空间温度场分布的高新技术，分布式光纤温度传感系统不仅具有普遍光纤传感器的优点，还具有对光纤沿线各点的温度的分布传感能力，利用这种特点我们可以连续实时丈量光纤沿线几公里内各点温度，定位精度可达米的量级，丈量精度可达1度的水平，非常适用大范围交点测温的应用场合。 　　在实际生活中，光纤传感器种类是非常多的，但是，我们将这些传感器类型归结为两大类型，即传感型与传光型。和传统电传感器进行比较，光纤传感器具有很多的优点，例如抗干扰能力较强、绝缘性好、灵敏度偏高，所以，当前在各个领域都有光纤传感器的身影。 　　光纤传感器助力物联网发展市场容量将近万亿 　　自出现光纤传感器后，它的优势与应用引起了各个国家人们的高度关注。并且对光纤传感技术进行了深入的研究。现如今，通过光纤传感器可以对位移、温度、速度、角度等物理量进行测量。现如今，很多西方发达国家将对光纤传感器研究的重点放在光纤控制系统、核辐射监控、民用计划等多个方面，同时已经取得了可喜的成绩。 　　我国对光纤传感器的研究起步较晚，有很多研究所、企业等对光纤传感器的深入研究促进了光纤传感技术的发展。在2010年，张旭平的关于&ldquo 布里渊效应连续分布式光纤传感技术&rdquo 通过了专家的鉴定。专家组都认为此技术有很强的创新性，技术已达到世界先进水平，因此，有广阔的发展前景。此技术的发展主要是应用了物联网技术，从而加速了我国物联网的发展。 　　传感器成为物联网极其重要的一组成部分。因此，传感器性能好坏决定了物联网的性能好坏。可以说，物联网获得信息的主要手段为传感器。这样一来，传感器所采集信息的可靠性与准确性都会对控制节点处理和传输信息产生一定影响。由此看来，传感器的可靠性、抗干扰性等都会对物联网应用性能发挥举足轻重的作用。 　　光纤传感技术在物联网中的应用 　　通过上述分析得知，物联网的发展必须要借助大量传感器获得各种环境参数，从而为物联网更可靠的数据信息，再经过系统的处理，得到人们需要的结果。以下是对光纤传感技术在物联网中的应用进行详细的探讨。 　　目前应用最广的光纤传感器有四种，分别是光纤陀螺、光纤水听器、光纤光栅传感器和光纤电流传感器。其中，光纤陀螺有干涉型、谐振型和布里渊型三种类型，干涉型光纤陀螺是技术上很成熟的第一代商品化阶段，谐振光纤陀螺是处于实验室研究阶段的第二代，布里渊型光纤陀螺是在理论研究阶段的第三代光纤陀螺传感器 光纤水听器是在光纤、光电子技术基础上的一种水下声音信号传感器，这种传感器通过高度灵敏的光纤相干检测，把水中的声音信号转换成光信号，再通过光纤传到信号处理系统转换为声音信号，这种传感器按原理可以分为干涉型、强度型、光栅型等类型 在光纤光栅传感器的产品中包括应变传感器、温度传感器和压力传感器，其中光纤bragg光栅传感器是这几年的研究热点，它们大部分属于光强型和干涉型，并且各有利弊。自今年来电力的发展是突飞猛进的，这种情况下，面对着强大电流的测量问题，光纤电流传感器可以很好的避免一些由于电力过强而引发的事故。

作为物联网极其重要的组成部分之一，光纤传感器因其优势与应用一直备受瞩目。从全球市场来看，2013年全球光纤传感器市场规模为18.9亿美元。预计2014至2018年，全球光纤传感器市场将以年均18%的增长幅度增长，至2018年市场规模达到43.3亿美元。 　　从光纤传感技术研究上看，美国对该技术的研究起步最早，且在世界上最为先进。数据显示，2007年，美国光纤传感器市场规模为2.35亿美元，此后以30%的年复合增长速度增长，2014年有望达到16亿美元。 　　相较于美国，中国的光纤传感行业处于起步阶段。据统计，截至2013年底，中国2000万元规模以上的传感器制造企业有260多家。但行业整体素质参差不齐，小型企业占比近七成，以生产低端产品为主 少部分龙头企业和外资企业占据高端产品市场。 　　虽然起步晚，中国光纤传感市场需求却呈现出爆发式增长，仅电力领域相关产品的招标就比以往多了近百倍以上。业界人士评估，2013年，光纤传感器在中国市场的规模约有10亿元，且呈逐渐增长的态势。 　　目前，市场上应用最广的光纤传感器有4种，分别是光纤陀螺、光纤水听器、光纤光栅传感器和光纤电流传感器。 　　光纤陀螺有干涉型、谐振型和布里渊型三种类型，干涉型光纤陀螺是技术上很成熟的第一代商品化阶段，谐振光纤陀螺是处于实验室研究阶段的第二代，布里渊型光纤陀螺是在理论研究阶段的第三代光纤陀螺传感器。 　　光纤水听器是在光纤、光电子技术基础上的一种水下声音信号传感器，这种传感器通过高度灵敏的光纤相干检测，把水中的声音信号转换成光信号，再通过光纤传到信号处理系统转换为声音信号，这种传感器按原理可以分为干涉型、强度型、光栅型等类型。 　　光纤光栅传感器产品包括应变传感器、温度传感器和压力传感器，其中光纤bragg光栅传感器是这几年的研究热点，它们大部分属于光强型和干涉型，并且各有利弊。 　　光纤电流传感器主要应用于电力领域，它能很好地避免一些由于电力过强而引发的事故。 　　光纤传感器目前可以直接或间接测量近百种物理量以及化学和生物量，被广泛应用于国防、电力、石油、建筑、医学等各个领域。 　　在国防上，光纤传感器可用于水声探潜(光纤水听器)、光纤制导、姿态控制、航天航空器的结构损伤探测(智能蒙皮)以及战场环境(电磁环境、生化环境等)的探测等。 　　在电力系统中，高电压、大电流的恶劣电磁环境使得电子类传感器的应用受到限制，而光纤传感器以其特有的抗电磁干扰能力，在电力系统中可用于测量大型电机的转子、定子和高压变压器内部的电流、电压、温利于提高特种微型光缆外护层的固化度，但超过一定范围对提高固化度作用不大。 　　近年来，这种采用UV涂层作为外护层的特种微型光缆在有线制导武器和水下工程中的应用发展非常迅速，不久的将来可广泛地应用于导弹、重型鱼雷、大潜深潜水器、海底监测网络等领域。

近日，中国科学院西安光学精密机械研究所与西北大学合作，在表面功能化光纤传感器研究方面取得重要进展。研究基于通信单模光纤开发出一种免标记、高灵敏度、高选择性的法布里-泊罗(Fabry-Perot)型干涉探针。该探针具有测试便捷、成本低、温度稳定性高等特点，在生物大分子光谱检测方面具备广泛应用前景。 　　胆固醇是细胞膜、脂蛋白、神经细胞和脑细胞中的重要脂质大分子，其浓度与心脏病、高血压、动脉硬化、中风等疾病密切相关。因此，胆固醇水平检测备受关注。与目前常用的电化学法、酶分析、液相色谱、质谱等检测方法相比，光纤光谱检测方法具有体积小、抗电磁干扰、成本极低、免标记等突出特点，在生物化学检测领域备受关注。 　　传统的光纤光谱检测器件(如长周期光栅、倾斜光栅、表面刻蚀布拉格光栅等)受到制备仪器要求严格、温度及形变交叉敏感等困扰，在实用性上有较大局限。 　　该团队从光纤干涉理论及光与物质的相互作用理论出发，采用单模光纤和光纤插芯制备光纤光谱检测器件，通过范德瓦耳斯力在光纤插芯端面依次贴覆环氧树脂-氧化石墨烯(GO)-β环状糊精多层功能膜，基于最外层β环状糊精的疏水型空心分子结构与胆固醇的靶向性吸附结合原理，实现对胆固醇分子的高灵敏度光谱浓度检测，并在尿素、葡萄糖、抗坏血酸、人体血红蛋白等生化分析领域常见干扰物作用下可以呈现出强选择性，具备可重复制备和可重复检测特性，检出限达到3.5M, 灵敏度为3.92 nm/mM。该成果为表面功能化光纤器件在生化光谱分析领域的应用提供了新的思路和手段。 　　此外，研究通过X射线光电子能谱(XPS)探究EDC/NHS活化GO羧基对分子间键合相互作用影响以及β环状糊精和胆固醇分子的成键作用特性，对检测机制进行了验证分析。 　　相关研究成果发表在Analytica Chimica ACTA上。西安光机所为第一完成单位及通讯单位。图1.(a)为实验装置，(b)(c)为干涉结构。图2.(a)胆固醇检测光谱；(b)参杂/未参杂样本检测波长的Langmuir拟合；(c)选择性；(d)器件制备重复性测试。图3.XPS结果。(a) EDC/NHS未活化/活化羧基传感器的XPS光谱；(b)活化羧基传感器的N 1s光谱；(c)(d)分别为经过/未经过EDC/NHS活化羧基传感器的C1s光谱,(e)(f)分别为其O1s光谱EDC/NHS处理的传感器 (g)EDC/NHS活性羧基示意图。

p style=" text-align: center" img style=" width: 399px height: 300px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201701/insimg/72a2ce84-3206-49f9-ba7c-4be0f6388773.jpg" title=" 1.jpg" border=" 0" height=" 300" hspace=" 0" vspace=" 0" width=" 399" / /p p 　　2017年1月9日，国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂举行。天津大学4项成果获2016年国家科技奖。其中由天津大学作为第一完成单位获得国家技术发明二等奖两项，参与完成的两项成果均获得国家科技进步二等奖。这也是近年来天津大学首次以第一完成单位身份，在同一年度获得两项国家技术发明奖。 /p p 　　 strong 突破国外技术封锁 自主创新水下滑翔机“海燕”领先国际 /strong /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201701/insimg/2ef4e1ee-2347-4b8d-ac8c-b5ca7316e0bd.jpg" title=" 2.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong (国家技术发明二等奖获得者王树新教授) /strong /p p 　　混合驱动水下滑翔机“海燕”是天津大学自主研发的一种新型水下滑翔机，由天津大学教授、海洋国家实验室海洋观测与探测联合实验室首席科学家王树新带领团队历经十余年研制成功。 /p p 　　拥有国际先进的水下滑翔机一直是建成世界海洋强国重要的标志性成果之一，因此美国等国家对该技术一直采取严密封锁。“海燕”的成功研制打破了国外对中国技术封锁的壁垒，扭转了中国在某些关键技术上受制于人的局面。 /p p 　　去年12月，中国海军一艘救生船在南海有关海域捕获一架美国无人潜航器。后经中美双方友好协商，于12月20日中午在南海有关海域顺利完成美无人潜航器的移交工作。 /p p 　　据了解，无论在续航里程、下潜深度以及稳定性等诸多方面，美军潜航器都无法与“海燕”相比，海燕采用了最新的混合推进技术，以浮力驱动为核心并融合其他驱动方式，具有体积小、重量轻(小于100kg)、航程远等优点。 /p p 　　早在2014年，“海燕”在南海北部水深大于1500米海域通过测试，创造了中国水下滑翔机无故障航程最远、时间最长、剖面运动最多、工作深度最大等诸多纪录。 /p p 　　“海燕”最大下潜深度1514.2m，实现了复杂海洋环境下大深度平稳滑翔运动 推进速度最大可达1.69m/s，1108.4公里实测航点位置平均偏差小于2km 连续航程超过1100km，实现水下滑翔机航程从百公里级提升至千公里级的突破。 /p p 　　“海燕”的研制成功不仅解决了我国相关技术的“有”“无”问题，而且引领了新型水下滑翔机技术发展。在“大深度”、“长航程”、“高精度”三方面取得了创新性成果。 /p p 　　由于混合驱动水下滑翔机结合了自主水下航行器(AUV)操纵性好、轨迹精度高与传统水下滑翔机性好、续航能力强的优点，“海燕”在海洋环境监测、海洋资源探测及海洋安全领域具有广泛的应用前景。 /p p 　　 strong 混合式光纤传感技术 引领光纤传感安全监测科技前沿 /strong /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201701/insimg/689bc77d-87c9-4b1f-a067-a17bea4a02c6.jpg" title=" 3.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong (国家技术发明二等奖获得者刘铁根教授) /strong /p p 　　传感器技术是基础设施安全监测必不可少的核心技术之一。光纤传感技术作为传感器技术的发展前沿，是国内外发展的战略性新兴产业。由于缺乏高效的传感器技术，很多工程事故未能做到“防患于未然”，因而发明一种高效、稳定、适应性强的新型传感技术成为国家产业发展的迫切需要。 /p p 　　由天津大学刘铁根教授所在的团队自主研发的混合式光纤传感技术解决了当下光纤传感领域的诸多难题，为保障重大工程项目安全提供了可靠的监测保障。 /p p 　　据了解，不同的工业产业对传感器有着不同的需求。在电力应用中，传感器需要抗强电磁干扰、电绝缘 在石油化工应用中，传感器需要本身不带电 在航空航天、土木工程应用中，传感器则需要在恶劣环境下长期工作。与常规电测传感器技术相比，光纤传感技术能够从根本上适应上述各类应用环境和工程需求。 /p p 　　然而，光纤传感技术要真正投入应用，还必须要解决信号解调中的方法单一、长期漂移和响应慢，传感器封装中的交叉敏感、胶粘老化失效和传感灵敏度低，传感组网融合困难等难点问题。 /p p 　　面对难题，刘铁根教授团队选择迎难而上，终于通过深入研究，实现一系列光纤传感领域的技术突破。高精度、高稳定混合式光纤传感解调技术，恶劣环境下高可靠性光纤多传感器封装技术，多波段混叠式光纤多气体传感技术以及混合式光纤传感组网融合技术。这些技术突破引领了光纤传感安全监测领域技术探索的前沿。 /p p 　　混合式光纤传感技术近10年来已应用到28项国家航空航天试验及重大关键基础设施工程的安全监测。其在全国电力和石化行业分立式光纤传感市场占有率超过30%，近三年共取得直接经济效益2.4亿元。成功地对多起过热异常进行了预警。2012 年，该技术成功对独山子石化分公司50万方罐区温度超过阈值进行报警，将事故隐患消除在初始阶段。 /p p 　　目前，该项目已获得授权发明专利56项，其中美国专利3项。制定国家军用标准1项。获光纤传感产品测试认证38项。获天津市、教育部和中国仪器仪表学会科学技术奖一等奖各1项，获中国发明专利优秀奖1项。发表学术论文216篇，SCI检索 103篇，其中在国际顶级光学工程期刊上发表47篇。鉴定委员会认为“该项研究成果在理论探索、技术研发和工程应用中具有多项创新，总体技术达到国际领先水平”。 /p p 　 strong 　聚焦国家需求 两项成果获得国家科技进步二等奖 /strong /p p 　　在本次大会上，天津大学参与完成的两项成果获得国家科技进步二等奖，其中包括王成山教授为第一完成人的“配电网高可靠性供电关键技术及工程应用”项目，以及练继建教授作为第二完成人的“长距离输水工程水力控制理论与关键技术”项目。两项成果都与国民经济建设紧密结合，特别注重解决国家重点领域、重要支柱产业的技术难题。 /p p 　　在世界范围内，持续快速发展的大规模配电网供电可靠性提升一直面临四大难题：建设方案的经济性与可靠性协调困难 复杂故障辨识准确率低 快速抢修技术尚未突破 电网侧与用户侧一体化协调控制困难。 /p p 　　天津大学王成山教授团队与国网天津市电力公司、中国电力科学研究院、国网浙江省电力公司、国电南瑞科技股份有限公司、天津天大求实电力新技术股份有限公司等单位经过近10年的产学研联合攻关，实现了配电网高可靠性供电关键技术的重大突破。创建了多电压级网架协调规划理论和分析方法，开发了配电网建设优化决策系统 提出了复杂故障辨识方法，突破了自适应负荷转供技术，研制了配电自动化系统与关键装备 提出了故障抢修效能动态评估方法，突破了多源信息协同的抢修资源优化调度技术，开发了配电网故障抢修平台 提出了电网侧与用户侧多电源协调供电模式，开发了含分布式电源的配电网运行控制系统，满足了重要用户供电保障需求。项目获授权发明专利43项、软件著作权8项，发表SCI/EI论文65篇。成果经鉴定整体达到国际领先水平。 /p p 　　长距离输水工程是进行水资源配置的关键手段，我国已建跨流域输水工程达到31座，供水比例高达20%。长距离输水工程水力控制系统具有强非线性、多流态和多约束等特点，调控参数多，不确定性大，累积效应严重 用水需求多变，运行调度复杂，调控难度大。控制不当极易出现爆管、结构物破坏、漫堤溃决和冰害等事故。长距离输水工程的安全调度和运行是保障国家水资源安全的关键。 /p p 　　天津大学练继建教授课题组与中国水利水电科学研究院、清华大学、长江勘测规划设计研究有限责任公司、武汉大学、南水北调中线干线工程建设管理局等单位联合攻关完成的“长距离输水工程水力控制理论与关键技术”，在国家科技支撑计划等40余项重大科研与咨询项目支持下，历经20余年的工程实践、理论探索和技术创新，建立了复杂长距离输水系统水力仿真与控制理论方法 发明了分段低压输水新技术，揭示了其共振原理，提出了输水单元水流振荡方程及避免水力共振的设计方法，降低管道承压70%-90% 提出了冰期输水冰害防治的控制技术，提高冰期输水能力0%-15%。研究成果已在我国19项大型输水工程中得到应用，惠及人口2.1亿，工程节支增收逾18亿元。 /p

在满足目前各种应用需求的前提下，光谱分析仪器和方法也在不断的创新发展中，不论是分子光谱还是原子光谱都涌现了一系列创新的成果，特别是拉曼光谱、近红外光谱、激光诱导击穿光谱、太赫兹、超快光谱、荧光相关光谱、高光谱等相关技术彰显了极具诱惑的市场活力，引领着行业发展的方向。第十二届光谱网络会议（iCS 2023）中，近50位专家报告充分彰显了光谱创新潜力，纷纷展示了一系列的创新成果：从仪器整机到关键部件；从系统集成到方法开发；从大型科研仪器，到用于现场的便携、手持设备；从实验室检测设备，到过程分析技术……为了更好的展示这些创新成果，同时也进一步加深专家、用户、厂商之间的合作交流，会议主办方特别策划《光谱创新成果“闪耀”iCS2023》网络专题成果展，集中展示本次光谱会凸显的创新成果，包括但不限于仪器、部件、技术、方法、应用等。大连理工大学 陈珂副教授本次会议中大连理工大学陈珂副教授介绍了其课题组在光纤光声气体传感技术及应用方面开展的一系列工作（点击回看》》》），得到与会老师的关注和认可。会后，我们也再次邀请陈珂副教授分享大连理工大学光纤光声传感研究团队的系列成果。1、成果简介大连理工大学光纤光声传感研究团队开展了光纤声波/振动传感技术和光声光谱微量气体检测技术的应用基础研究工作。在光纤传感技术研究方面，首次提出并设计了超高灵敏度光纤悬臂梁声波传感器，信噪比相比于传统电学麦克风提高了1-2个数量级；研制出超高速振动/声波传感解调仪器，采用光谱解调法实现了200 kHz的解调速度，将解调算法集成到FPGA中，大幅度提升了解调的稳定性。在光声光谱技术研究方面，将光纤声波传感器用于光声信号探测，提出了干涉型光纤声波锁相探测方法，设计了新型的光纤悬臂梁增强型光声光谱仪器，实现了对多种微量气体的超高灵敏度检测。研究了基于光纤光声传感的变压器油中溶解气体原位检测技术，研究了气体绝缘设备中六氟化硫分解产物的光纤光声检测技术，并在多个变电站开展了示范应用。根据变压器油中溶解气分析和煤矿瓦斯突出应用需求设计了多套激光光声光谱多组分气体分析仪器，掌握了目前世界上唯一的高瓦斯背景中多组分微量气体光学检测技术。成果1：光纤振动/声波传感器及解调仪器设计的光纤振动/声波传感器采用MEMS悬臂梁结构，具有灵敏度高、稳定性好的特点。研制了基于光谱解调的超高速光纤法布里-珀罗（F-P）传感解调仪，在FPGA中集成光谱采集、光谱相位解调等功能，显著提升了解调速度和稳定性。成果2：光声光谱变压器油中溶解气体分析仪针对高电压油浸式变压器油中溶解气体分析需求，研制了多套激光光声光谱气体分析仪。其中对油中溶解乙炔气体的检测极限达到0.05μL/L。，同时课题组还开发了光声光谱油中溶解气体原位检测仪，可以直接将光声传感器安装于变压器取油口。 成果3：光纤光声传感解调仪器本团队创新性地将光纤F-P声波传感器用于微弱光声信号探测，研制了多套光纤光声传感解调仪器。在FPGA中集成了相位解调算法、数字锁相、激光调制等功能。对乙炔气体的检测极限可达到ppt量级。 成果4：光声光谱煤矿自然发火监测仪研制的光声光谱煤矿自然发火监测仪，可对多种特征气体进行同时测量。检测指标如下：乙炔：0.5ppm；乙烯：1ppm；一氧化碳：1ppm；乙烷：5ppm；甲烷：0.1%；二氧化碳：0.1%成果5：高精度光声光谱环境气体分析仪开发的二氧化氮和二氧化硫气体分析仪，可对环境中痕量气体进行实时监测。二氧化氮气和二氧化硫气体的检测限分别达到1ppb和10ppb。下图中实验数据是开发的二氧化氮气体分析仪与环境监控站的对比结果。成果6：多通道同步FPGA数字锁相放大器针对光谱探测中微弱光信号检测需求，开发了多通道同步FPGA数字锁相放大器。采用定制的线阵探测器对光谱进行同步快速读取，光功率检测极限达到10fW量级，动态范围达到120dB。2、产业化探索本团队开发的光谱检测、光纤传感类检测仪器具有较高的技术成熟度。在电力、石化等行业具有较好的应用前景。3、课题组未来研究计划光声光谱与光纤传感技术结合后，具有本质安全、抗电磁干扰、灵敏度高、可远距离探测以及多点测量等优势。本课题组将重点研究光纤光声传感技术中的基础科学问题以及工程应用关键技术。欢迎电力、石化、煤矿和环境监测等相关科研院所和公司联系我们。联系人：陈珂（大连理工大学）Email：chenke@dlut.edu.cn课题组介绍陈珂，大连理工大学光电工程与仪器科学学院副教授，博士生导师，大连市青年科技之星，光纤光声传感团队负责人，主要从事光纤传感、激光光谱和微弱信号检测等方面的研究工作。担任中国光学工程学会光谱技术及应用专委会委员，中国电气工程学会测试技术及仪表专委会状态监测学组委员，国家自然科学基金通讯评审专家。工作近8年来，共主持科研项目32项，其中，国家自然科学基金面上项目等国家级项目2项，省部级项目2项，大连市高层次人才创新支持计划项目1项，企业合作项目20余项；在Analytical Chemistry、Optics Letters等期刊上发表SCI/EI论文93篇，其中第一/通讯作者论文63篇；已申请和授权发明专利43项，其中第一发明人专利21项。

香港理工大学最近与西南交通大学及大连交通大学合作，将理大研发可用于监测铁路及大型基建结构的“光纤光栅监测技术”试用于全国高铁，以期进一步提升高铁的可靠性和有效监测它的结构健康与安全。 　　身兼光通讯讲座教授的香港理工大学副校长卫炳江表示，理大与两所内地高校的研究人员已在全国高铁的多个路段安装了光纤光栅监测系统。该系统中数百个先进的光纤光栅传感器将为工程人员提供如震动、加速率及温度变化等大量重要资讯以监测列车、轨道与结构元件的状况，从而进一步提升高铁的结构健康与安全程度。 　　卫炳江说，光纤科技的发展日新月异，并已扩展至广阔的应用层面，如传感系统、生命科技、测量及结构工程，而铁路工业是其中一个重要应用的领域。 　　据介绍，这一新系统能对轨道及通过的列车作全天候在线监测，它不但能对轨道状况的各种变化作实时监测，亦同时能采集行驶中高铁列车的车速、车轴计数、轴重平衡及振荡等多种重要数据，以作记录及详细分析。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心研究员王磊团队在基于布拉格光栅光纤传感原理在微创手术的应用——活体组织触诊的研究中实现了活体组织的精准力信息反馈和肿块信息的定位检测功能。相关研究成果以Development of a Fiber Bragg Grating-based Force Sensor for Minimally Invasive Surgery ―Case Study of Ex-vivo Tissue Palpation为题，发表在IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement上。　　随着医疗技术的快速发展，微创手术（MIS）逐渐成为现实。但是，传统手术中发现的一些问题仍与MIS有关。例如，在进行微创外科手术期间，医护人员会暴露在手术室中发现的放射线和整形外科危害中。引入机器人辅助微创手术的技术成为了比传统微创手术更好的替代方案；然而，机器人辅助手术过程中伴随着外科医生的触觉丧失。外科医生通过操作机器人来进行微创手术，手术期间医生无法直接接触人体组织并且分析人体器官，因此无法保证所进行的手术的可靠性。在传统手术过程中，医生通过触觉去感知器官的异常情况，进而判断器官中是否存在肿瘤和肿块。但随着医疗机器人的普及，这种可获得的触觉信息尚未有效集成到机器人辅助的微创手术中，因此要求机器需要具有更高精确度和灵敏度的触觉信息反馈。深圳先进院科研人员在此基础上提出一种用于微创手术组织触诊中的高灵敏度布拉格光栅光纤（FBG）传感方案，与以往的电容式传感方案不同，光纤传感器与手术期间的磁共振(MR)系统和成像系统兼容。 　　为此，研究设计了用于微创手术的一维远端力传感器。其中，传感器结构中嵌有双光栅元件可用于解耦传感器在使用过程中受到的应变和温度交叉影响，实现更精准的力觉检测。研究中，科研人员基于双光栅元件结构设计出发，推导出相应的柔性结构理论模型。通过fmincon函数对柔性件进行了基于物理模型的优化设计，确定了结构的关键参数。采用有限元法对柔性件的静态和动态特性进行分析，在理论基础上验证了该柔性件的可行性。为了进一步提高传感器性能，并基于前馈神经网络对数据进行标定，该网络模型可精准预测力与波长偏移量的关系。研究还进行了温度补偿实验，验证了双光栅元件能够有效的进行温度解耦方案。实验结果表明，FBG传感器能够在1N范围内感知力值，平均相对误差小于满量程的2%；温度补偿后的误差0.8 mN。科研人员进一步对猪肝器官进行组织触诊实验，验证所提传感器设计在微创手术中的有效性和适用性。 　　研究实现了组织触诊中器官肿块信息的精准力反馈和定位检测，并提出了新型的温度解耦方案和传感器标定方法，为微创手术中手术机器人的触觉信息检测提供了有效技术路线，有望推动手术机器人在介入式医疗中的手术路径导航和机器控制中的应用。 　　研究工作得到国家自然科学基金、深圳市科技计划等的资助。 　　论文链接

2014年5月1日和2日，在中国科学院南京天文光学技术研究所召开了泰国阶梯光栅光纤光谱仪的出所测试验收会。来自泰国国家天文研究所（NATIONAL ASTRONOMICAL RESEARCH INSTITUTE OF THAILAND）的Suparerk，David和Christophe等专家们参加了此次验收会。 　　会上，南京天文光学技术研究所项目组详细介绍了光机系统的设计方案、研制过程和各项性能测试结果,讨论了包装运输方案，会后进行了光谱仪光机性能的现场测试。与会专家进行了认真的讨论，一致认为光谱仪各项指标满足设计要求，同意出所验收。 　　该台光谱仪将安装在泰国国家天文台2.4米光学望远镜上用于进行科学观测。在该科学仪器研制过程中，中泰双方研究所建立了良好的合作关系。泰国方面派专家参与了光谱仪调试和测试的全部过程，并计划在将来继续派员工前来工作学习，泰方专家表达了希望能在天文技术研究的更多方向上和南京天文光学技术研究所开展合作研究。 出所测试验收会现场 泰国阶梯光栅光纤光谱仪研制项目组主要成员

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2014年10月15日，中国科学院南京天文光学技术研究所一行7人赴泰国国家天文台(Thai National Observatory，TNO)进行泰国中色散阶梯光栅光纤光谱仪(MRES)的现场安装，经过2周多的紧张工作，顺利完成光谱仪光、机、电的调试及和望远镜的联调，并对泰国运行人员进行了全面培训，与泰方人员一起进行了试观测和性能测试。 　　2012年建成的泰国国家天文台，建有口径2.4米的全自动反射望远镜&mdash &mdash 泰国国家望远镜(Thai National Telescope，TNT)。TNT装备有各种成像探测器，为拓展科学目标，TNO委托南京天光所为TNT研制了中色散阶梯光栅光纤光谱仪(MRES)，2014年5月份进行了出厂验收，10月份进行现场安装和测试观测。 　　泰国中色散阶梯光栅光纤光谱仪光谱分辨率R为15000，波长覆盖为390nm～890nm，通光效率好于30%。装调测试中对于V波段13.8星等的天体(USNOA2-1200-00955)进行了试观测，一小时曝光观测的信噪比好于100。该光谱仪是我国自主研制出口的第一台专业天文观测研究用光谱仪。　　 2014年10月24号MRES出光后泰方和中方工作人员合影　　 与望远镜接口耐焦单元的现场安装和测试　　 MRES出光光谱

1月18日，国家科学技术奖励大会在北京召开，由总局推荐的“基于拉曼散射的新型分布式光纤温度传感技术与工程安全监测应用”科技成果获得2012年度国家科技发明二等奖。 　　由质检总局推荐，中国计量学院张在宣教授牵头完成的“基于拉曼散射的新型分布式光纤温度传感技术与工程安全监测应用”项目围绕工程火情监测及预警、智能电网等检测所面临的分布测温准确性、测量快速性、定位报警可靠性三个关键问题，主要发明了：新型分布光纤拉曼散射温度传感系统及解调、定标技术 新的温度传感脉冲编码解码等信号处理技术 双波长自校正和集成拉曼放大技术 分布光纤拉曼测温应用新技术。项目成果广泛支持公安消防所、煤科院等50余家单位的科研、生产和工程 成功用于上海长江隧桥等20多个省、市、自治区的600多个重大工程的安全监测。直接经济效益和社会经济效益十分显著。

由中国仪器仪表学会主办的中国科协前沿高端学术交流活动——“新型光纤传感仪器设备中创新方法应用学术研讨会”于8月20日在北京京仪大酒店隆重召开，清华大学金国藩院士、中国石油化工研究院陆婉珍院士、科技部条财司马晋并处长、科技部条财司郑健博士、中国仪器仪表学会副理事长吴幼华先生及来自高校、研究所、企业的代表共计50余人参加了此次研讨会。仪器信息网作为特邀媒体也参加了此次研讨会。 　　图一 研讨会现场 　　研讨会由金国藩院士主持。首先中国仪器仪表学会副理事长吴幼华先生致欢迎辞，他表示很荣幸负责主办此次科协前沿的高端学术交流活动，并且对参会的来宾表示感谢，预祝此次研讨会能够圆满召开。 　　图二 清华大学金国藩院士 图三 中国仪器仪表学会副理事长吴幼华先生 　　随后科技部条财司马晋并处长作了题为《创新方法与仪器创新》的报告，报告就以下三方面进行了介绍：一、方法研究与自主创新的一些认识。方法研究是科学仪器创新的重要源泉，也是科学仪器创新促进成果转化的必然选择，目前我国存在科学仪器研发与应用脱节的情况，由此阻碍了创新仪器的推广。二、自主创新方法的工作。近年来，科技部联合多部委大力推进自主创新方法的工作，并且在财政部的支持下建立了“创新方法专项基金”重点支持科学仪器设备新原理、新方法、新技术研究，力争催生一批原创性科学仪器设备 支持科学仪器设备成果产品针对具体领域的应用方法研究，拓展现有科学仪器的应用范围。三、围绕自主创新开展的主要工作的设想。　　　　 图四 科技部条财司马晋并处长 　　复旦大学贾波教授就光纤传感技术研究及基于此技术的仪器设备进行了介绍。贾教授认为光纤传感技术具有分布式传感、长距离、无辐射、抗电磁干扰、无源等优势，可以在军事、基础建设、基础设施安全、公共安全及地震等突发灾害预警等领域应用，前景十分广阔。贾教授所带领的团队在科技部创新方法专项的支持下，已经开发出全新的光纤振动传感技术，并且已经开发出相关的应用产品，如高g值加速度测试仪、舰船光纤振动监测系统、光纤语音监听系统、通讯干线监控系统及光纤周界安防系统等，目前这些设备已经投入到军队、地质、奥运会花游比赛等领域的应用中。最后，贾教授呼吁，希望有更多有此方面需求的用户与其联系，使他们能够将技术应用到实际中，更好地完善技术。　　 图五 复旦大学贾波教授 　　天津大学刘铁根教授作了《新一代光纤智能传感网语关键器件基础研究》的报告。报告就课题研究的依据、光纤传感的发展方向与趋势及光纤传感关键科学问题研究等内容进行了介绍。光纤传感理论与技术分为三方面：1、光纤传感器 2、光纤传感技术 3、光纤传感网。目前，三项技术都有各自的瓶颈的问题。课题的总体目标是实现光纤传感技术在国家安全、重大工程及生物制药领域的应用。构建分立式光纤智能传感网和连续分布式光纤智能传感网2个实验平台。　 　图六 天津大学刘铁根教授 　　最后来自企业的代表杭州聚光科技的闻路红博士就其企业基于光纤传感技术的产品进行了介绍，并就企业自身的经验介绍了产学研方面的问题。　 图七 杭州聚光科技的闻路红博士 　　报告结束后，与会代表们就新型光纤传感技术及仪器进行了热烈的讨论。讨论的焦点在：如何将此技术及设备应用于石油传输管道中，以防止偷油行为 如何解决外界因素对光纤传感的干扰，解决误报率的问题 能否将光纤传感技术与传统的光学仪器相结合等。

生物传感器由于其快速、准确、简便的特点，并且借助于目前微流控分析技术可实现高通量分析，在生命科学研究、疾病诊断和预后监控、环境质量监控、生物安全等领域具有广阔的应用前景。目前的研究主要集中在即时检测（POCT）、无创分析、在线检测、现场监测、细胞生物学应用等方面。光纤生物传感器由于其独特的高灵敏度、集成度高、抗电磁干扰、远程传输等特点受到了广泛关注。 长春光机所吴一辉研究团队致力于这一研究领域近10年，目标是为了实现癌症标志物的超低浓度检测，以期待对癌症的早期筛查和预后监测提供技术支撑降低癌症的发病率及死亡率。针对这一目标，该研究团队近期在光纤传感器的高灵敏度、高重复性、高特异性等方面取得重要研究进展，实现了从“能测”到“能用”的跨越。 针对微纳光纤耦合器的重复性差问题，提出结合熔融拉伸法和湿法腐蚀法的复合制备方法。在折射率为1.333的水和折射率为1.365的氯化钠液体介质中，通过该复合制备方法均可实现微纳光纤耦合器的色散转折点位置从1600nm至900nm的精确调控，精度优于1nm。并且通过制备色散转折点位置一致的光纤耦合器解决其重复性问题。该研究工作发表在国际期刊Journal of Lightwave Technology （JCR 1区，DOI:10.1109/JLT.2020.3033660，2021）上。 900-1600nm宽谱范围色散转折点精确可控调节 在高灵敏度色散转折点检测原理方面，提出一种全新的Z形锥形微纳光纤结构，，通过优化两种该结构微纳光纤的尺寸参数可以实现折射率的超高灵敏度检测，目前实现的灵敏度与微纳光纤耦合器灵敏度相当。相关的研究工作发表在国际光学期刊Optics Express（JCR 1区，https://doi.org/10.1364/OE.441874，2021）上。 Z型微纳光纤结构示意图 临床应用过程中，面对血清等复杂样本最大的挑战是血清中干扰蛋白产生的非特异性吸附，为了解决这一问题，该团队提出血清预吸附的方法，并在空白血清重合的前提下，实现了微纳光纤耦合器免疫传感器在宽动态范围的稀释血清中进行肿瘤标志物的无标检测。并且为了实现临床样本的无标定量检测，提出了一种基于标准血清波长偏移的方法来减少个体差异的影响。与吉大二院合作，首次展示了基于微纳光纤耦合器免疫传感器的人血清中CEA的无标记定量检测，检测结果与临床检查非常吻合。相关研究工作发表在国际传感领域权威期刊ACS Sensors（JCR 1区，https://doi.org/10.1021/acssensors.1c01031，2021）上。 无标定量检测方法 微纳光纤生物传感与临床化学发光法对临床癌症病人检测结果对比 针对微纳光纤传感器中获得高重复性、高灵敏度、高特异性的研究方法或结构目前已经申请国家发明专利，上述三篇论文的共通讯作者为长春光机所周文超副研究员和吴一辉研究员，该部分研究工作得到国家基金委重大科研仪器研制项目、国家自然科学面上项目、中科院青促会等项目的支持。

课程内容 光谱测量系统组成 光栅技术 光栅光谱仪原理 小结讲师介绍熊洪武，HORIBA 应用技术主管，负责光学光谱仪的应用支持，光学背景深厚，有着丰富的光学系统搭建经验。可根据用户需求提供性能优异，功能独特的的光谱测试方案，如光致发光、拉曼、荧光、透射/反射/吸收等。课程链接识别下方“二维码”即可观看我们录制好的讲解视频了，您准备好了吗？ HORIBA Optical SchoolHORIBA一直致力于为用户普及光谱基础知识，其旗下的Jobin Yvon有着近200年的光学、光谱经验，我们非常乐意与大家分享这些经验，为此特创立 Optical School（光谱学院）。无论是刚接触光谱的学生，还是希望有所建树的研究者，都能在这里找到适合的资料及课程。 我们希望通过这种分享方式，使您对光学及光谱技术有更系统、全面的了解，不断提高仪器使用水平，解决应用中的问题，进而提升科研水平，更好地探索未知世界。

手机爆炸、电动汽车行驶或充电过程中的火灾事故在生活中经常可见，让人们在享受锂电池带来的便利的同时，也担心其在安全方面的重大问题。如何降低这一风险？近日，中国科学技术大学教授孙金华、研究员王青松团队与暨南大学教授郭团团队研制出一款可植入电池内部的高精度光纤传感器。相关研究成果日前在线发表于《自然-通讯》。“这款高精度光纤传感器可以在1000摄氏度的高温、高压环境下正常工作，同步测量出电池热失控全过程内部温度和压力，为快速切断电池热失控链式反应提供预警手段。”王青松向《中国科学报》介绍。破解国际性科学难题手机、笔记本电脑、电动自行车、电动汽车中都有一个关键部件——锂离子电池。随着全球范围内能源危机的出现、“双碳”目标的驱动，锂离子电池产业迅速发展。然而，锂离子电池常常会发生爆炸，也就是热失控，这是威胁电池安全的“癌症”，是制约电动汽车与新型储能规模化发展的瓶颈。研究表明，电池热失控源于电池内部一系列复杂且相互关联的“链式反应”。“这可以从电池内部和外部两方面讨论。从内部来看，电池由正负极、电解液、隔膜等组成，其中电解液和隔膜都是易燃物，正负极和电解液在一定温度下又会产生化学反应，进而产生热量和可燃气体。也就是说，电池内部本身就是一个热不稳定的体系。”王青松说。从外部来看，电池在使用过程中容易出现各种外部滥用：电滥用，如过充、过放等；热滥用，如高温、局部发热等；机械滥用，如撞击、挤压等。这些外部滥用会造成电池内部材料发生一系列连锁化学反应，电池内部温度快速提升，最高可达800摄氏度，导致电池起火或爆炸。如何科学、及时、准确地预判电池安全隐患，是当前电池安全领域的国际性科学难题。为攻克这一难题，研究团队提出一种可植入电池内部的高精度光纤传感器，在国际上率先实现对商业化锂电池热失控全过程的精准分析与提早预警。《自然-通讯》的一位审稿专家评价道，“该研究有助于电池健康状态监测，并在不可逆损害前发出预警信号。”小巧光纤实时监测电池健康状态将光纤植入电池，并非王青松等人首创。因光纤传感器具备体积小、重量轻、耐受高温高压、耐受电解液腐蚀等优势，前人将其植入电池。但他们主要测量的是电池循环过程中的内部参数，从未涉足电池热失控监测领域。于是，王青松等人想将光纤植入电池内部，以监测电池热失控过程，并探索电池内部参数能否为电池热失控预警提供新思路。研究思路有了，做起来却非常难，因为现有的大多数光纤传感器无法在热失控过程中“幸存”。王青松解释说，电池热失控过程中，内部压力高达2MPa、温度高达500至800摄氏度，在这种高温高压的冲击下，光纤信号会中断，无法测得电池内部温度和压力数据。研究的关键是开发一款“健壮”的光纤传感器。他们与郭团团队联合攻关，多次改进光纤结构，开展热失控实验，反复修改和验证，最终通过对光纤进行套管保护，在保证内部信号传输的同时解决了光纤容易断的难题。“这款高精度光纤传感器总长度12毫米、直径125毫米，能够植入商业18650电池，实时监测电池热失控期间的内部温度和压力影响。”王青松向《中国科学报》介绍了光纤传感器的结构。相比现有的外部监测技术，内部光纤传感技术更具有及时性、灵活性。“就好比人们患病，当感知到疼痛时，往往为时已晚。这就像电池外部特征的变化一般都是滞后的。”王青松解释道，“而去医院体检，可以通过CT等看到内部器官变化，从而预知疾病的发生，并通过治疗手段阻止疾病进一步发展。但这种大型设备体积庞大，无法随时随地监测内部状态变化。如果在人体内植入芯片，就可以做到实时跟踪预警。就像在电池内部植入光纤传感器，可以做到实时监测预警。”值得一提的是，该研究通过解析压力和温度变化速率，首次发现温度和压力变化速率的转变点可作为电池热失控早期预警区间。该发现适用于不同电量的电池，能够在电池内部发生“不可逆反应”之前发出预警信号，保证了电池后续的安全使用。用于同时监测电池内温度和压力的FBG/FPI传感器工作原理适合大规模推行量产在王青松看来，光纤传感器尺寸小、形状灵活，具有抗电干扰性和远程操作的能力和适合大规模生产的标准制造技术，并且可以实现一根光纤在电池的多个位置同时监测温度、压力、气体组分、离子浓度等多种关键参数。光纤传感技术与电池的结合将在新能源汽车、储能电站安全监测等领域发挥重要作用。为此，研究团队将探索光纤传感器在大容量储能电池中的应用。“大容量储能电池热失控相比此次研究中的18650电池更加剧烈，并且其热失控特性和机理与小电池有所差异，这将是对我们研究的进一步考验。”王青松说。另一方面，团队将与电池制造商合作，希望在电池制作过程中植入光纤传感器，避免对电池二次破坏，加快光纤传感在储能和新能源汽车电池管理系统中的应用进程。相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41467-023-40995-3

8月23日，基康仪器发布公告称于2023年8月22日接受机构调研，中国航发资产管理有限公司、工银国际等多家机构参与，接待人员董事长袁双红，总经理赵初林，董事会秘书吴玉琼，副总经理赵鹏，证券事务代表房婷婷，接待地点北京市海淀区彩和坊路8号11层基康仪器会议室。据了解，基康仪器的主营业务为智能监测终端的研发、生产与销售，同时提供安全监测物联网解决方案及服务。公司以精密传感器和智能数据采集设备为基础，以移动互联网、物联网、云计算技术为载体，以监测与预警云服务平台为核心，构建安全监测预警系统，为客户提供更便捷、更可靠、更专业的数字化服务。在调研中，基康仪器表示，公司研发生产的振弦式渗压计等众多主流产品，已完全国产化，并且公司生产的主流产品在市场上已占据绝对主导地位，客户认可度高，口碑好。具体内容如下：问：请介绍一下公司2023年上半年的收入构成？答：2023年上半年，公司实现营业收入13,342.55万元，较上年同期增长18.48%。按产品分类，2023年上半年，智能监测终端实现营收11,756.96万元，安全监测物联网解决方案及服务实现营收1,585.59万元，分别占营业收入的88.12%和11.88%。问：公司产品目前是否实现了国产替代？2023年上半年研发成果有哪些？答：作为安全监测传感器领域的排头兵，公司肩负国产替代的重任，公司以技术创新为驱动，持续加强对基础设施全生命周期健康监测物联网技术的应用研究，公司研发生产的振弦式渗压计等众多主流产品，已完全国产化，并且公司生产的主流产品在市场上已占据绝对主导地位，客户认可度高，口碑好。2023年上半年，公司完成了多个项目的产品研发，数据采集设备方面，推出GL4系列无线终端产品，该产品扩展了无线终端自组网的通讯距离，有效拓展了产品的应用场景；传感器方面，完成了磁致伸缩传感器的核心部件研发及测试，为后期推出系列产品打下了良好的基础。问：振弦式传感器核心技术是什么？与光纤光栅传感器的主要区别有哪些？答：振弦式传感器核心技术主要体现在机芯、封装工艺和质检工艺方面。公司采用了钢弦冷锚技术、钢弦独立封装技术、共振抑制技术、频谱检验技术，提高了传感器性能指标的一致性，确保传感器能够长期稳定运行。振弦式传感器与光纤光栅传感器的主要区别是工作原理不同，在成型产品应用中振弦传感器相比光纤光栅传感器精度更高，稳定性更好。振弦式传感器的可靠性及稳定性已经过大量工程的检验，如三峡、小浪底、二滩、白鹤滩、水布垭水电站等国家重点工程。光纤光栅产品主要特点之一是信号传输距离远，传感器到解调仪距离可达30公里，此外光纤光栅传感器全程是光信号传输，抗电磁干扰能力强，信号响应频率高。因此我们的光纤光栅类传感器主要应用于长距离输水隧洞监测以及需要动态采集信号的交通桥梁安全监测，如辽西北引调水工程、滇中引水工程、石济客专桥梁工程监测等。问：公司生产的数据采集设备接入能力可达到40支，请是业内领先水平吗？公司BGK-Micro-40采集仪目前销售情况如何？答：公司是工程安全监测领域中较早自主研发并生产数据采集设备的企业之一，2003年至今，公司持续推出了多款数据采集仪器。公司目前的数据采集设备根据客户需求，最多可接入80支仪器，但我们认为通道数量不是采集设备的核心指标，主要看具体需求。BGK-Micro-40系列数据采集仪，在公司数据采集设备的营收中占比较高，经过技术迭代，目前销售量最大的为新型自动化数据采集仪（BGK-Micro-40pro系列）。BKG-Micro-40pro是一款综合性能较高的数据采集仪器，在可以接入传感器类型的能力、通信接口及数据处理能力等方面均可实现较高配置。问：请分析一下公司在水利行业和能源行业的增长逻辑？答：水利方面“十四五”规划和2035远景目标纲要提出建设国家水网骨干工程，包括重大引调水工程、供水灌溉工程和防洪减灾工程等。根据水利部数据，上半年全国新开工水利项目1.76万个，投资规模7208亿元，较去年同期多3707个、投资规模多1113亿元，投资规模超过1亿元的项目有1095个。150项重大水利工程方面，争取多批早开，吉林水网骨干工程、河北雄安干渠、福建金门供水、四川三坝水库、安徽凤凰山水库、江西鄱阳湖康山蓄滞洪区、广西下六甲灌区等24项重大项目按期开工，国家、区域和、省级水网工程体系构建加快。水利部印发《2023年水利工程运行管理工作要点》提出要加快推进小型水库除险加固工作、统筹实施小型水库监测设施建设、建立健全水库运行管护长效机制；小型水库雨水情测报和大坝安全监测设施建设受政策支持，需求稳定，可持续性好，水利发展动能不断加快加强。能源方面能源市场投资的热点在发电储能板块，包括常规抽水蓄能电站、水电站及新型储能。根据《抽水蓄能中长期发展规划》，预计到2025年我国抽水蓄能投产总规模将达到6200万千瓦以上，到2030年投产总规模1.2亿千瓦左右。2023年上半年，共有60座抽水蓄能电站签约、核准、开工。公司预计"十四五～十六五"期间，每年至少有十座抽水蓄能电站建设开工。水电作为可再生的绿色清洁能源，长期以来得到国家政策的重点扶持。“十四五”规划和2035远景目标纲要提出将建设雅鲁藏布江下游水电基地，建设金沙江上下游、雅砻江流域、黄河上游和几字湾、河西走廊、新疆、冀北、松辽等清洁能源基地。国家能源局印发《水电站大坝安全提升专项行动方案》，明确要求加强大坝安全监测管理，认真做好监测系统运行维护工作，对不满足技术标准规定的监测系统抓紧开展更新改造，改造工作原则上应于2023年底前完成；提升大坝安全监测自动化和实用化水平，抓紧建立大坝安全在线监控系统建设，积极推进监测系统自动化改造，改造工作原则上应于2024年底前完成。其中坝高100米以上的大坝、库容1亿立方米以上的大坝和病险坝的在线监控系统应于2024年底前建成并投入使用。加大对大坝安全技术装备研发、试点和推广应用等工作的投入和支持力度，重点推进土石坝、高陡边坡、滑坡体北斗高精度变形监测系统建设、大坝安全智能管理试点等工作，努力提升大坝安全技术水平。问：是否可以分析一下公司未来业绩的成长性和增长点？答：公司自在北交所上市以来，一直积极探索内生式和外延式两方面增长的战略实施路径。在内生式增长方面，公司聚焦国家水网建设、可再生能源开发储存消纳、数字孪生、智慧城市等领域，继续做大做强主业，保持技术和市场领先优势，并引入咨询机构梳理公司流程和制度，努力实现降本增效。在外延式增长方面，公司将积极推进产业生态链的建设和布局，充分利用好上市公司平台功能，通过投资并购实现适度多元化，并积极向工业级应用进行探索。公司还将利用上市公司平台的投融资功能，不断加大对传感技术研发的投资力度，在做好现有产品更新迭代的同时，与科研院所、产业资本等战略合作伙伴建立长期合作，在拓宽公司技术和产品及其应用领域的同时，持续向传感器产业上下游领域延伸。公司将本着解放思想、行稳致远的原则，发挥优势，努力将公司打造成传感器产业的优质上市公司平台，持续为人类提供高品质的传感技术

智能手机自1993年推出以来，已成为全球广泛使用并融入人们日常生活的电子设备。多年来，随着计算能力的提高，以及新的传感器及其功能的加持，智能手机集成平台不断发展。智能手机正在取代摄像机、照相机、闹钟、手表、全球定位系统（GPS）、日历、计算器、闪光灯等等过去常见的设备，变得像一台可以上网的小型计算机一样强大。新冠肺炎疫情期间的作用，也凸显了智能手机在快速向大范围人群分发应用的能力。光子学是丰富智能手机功能并提高其潜力的极具前景的技术。全球主要智能手机制造商已经将新的光子传感器集成到了一些最新款的高端产品上，例如，面向增强现实（AR）应用的激光雷达（LiDAR），或者用于采集实时血氧水平和心率的脉搏血氧计等。与此同时，许多研究小组正在积极利用现有板载传感器或开发新的传感器，在智能手机上创建新的功能。利用智能手机摄像头及算法的显微镜系统，已被证明可以计数白细胞或红细胞，以用于血样分析以及寄生虫、细菌和病毒的检测；还可以通过RGB摄像头评估蓝色和绿色光谱成分的比率来检测血糖水平；采用Mie扩散法还可以测量水的浊度水平；还有报道基于呼吸中酒精含量而造成的蒸发率差异的光学式酒精测试仪等。然而，这些新的功能通常需要添加占用空间的附加组件。对于尺寸敏感的智能手机来说，空间限制问题值得关注。为了解决这个问题，Lapointe等研究人员提出了在手机屏幕前作为保护层的750 μm厚的康宁大猩猩玻璃上蚀刻光子器件的想法。借助1030 nm飞秒（fs）激光直接写入，他们展示了在1550 nm波长0.053 dB/cm的低损耗单模波导。他们还展示了一种基于玻璃表面倏逝场相互作用损耗的折射率（RI）测量装置。Davis等研究人员在1996年介绍一种玻璃材料的飞秒激光功能化。该工艺利用多光子吸收或隧道电离等非线性效应来引起折射率的永久变化。折射率变化很大程度上取决于材料和写入条件，并受多种因素的叠加影响，例如色心形成、玻璃基质的结构变化或导致密度变化的热效应等等。在高重复率下还存在一种特殊的热积累机制，会导致较大的焦外折射率变化。继Lapointe等人的研究，研究人员对通过飞秒激光改性的保护玻璃层机械性能的完整性进行了研究，发现飞秒激光写入对玻璃强度的影响可以忽略不计。同一项研究表明，通过减少写入所需的光子数量（减少波长），折射率变化可以增加一个数量级。据麦姆斯咨询介绍，近期，加拿大蒙特利尔理工学院工程物理系的Jean-Sébastien Boisvert及其团队在Scientific Reports期刊上发表了一篇题为“Fs laser written volume Raman–Nath grating for integrated spectrometer on smartphone”的论文，研究人员首先展示了一种没有热量积累的新写入方式，可以实现具有正折射率变化的高分辨率精细写入点。正折射率变化对于波导写入特别重要，而小折射率变化区域，对于写入具有精细周期的光栅至关重要。正如研究人员在两种不同的玻璃中所展示的那样，这种机制并不局限于个别玻璃。智能手机集成光谱仪原理示意图在该研究中，飞秒激光写入采用了来自Light Conversion的8W Pharos激光系统，该系统具有250 fs脉冲长度。激光器被耦合到Orpheus OPA以将频率加倍，从原来的1030 nm到515 nm。利用50倍Olympus PLAN 0.65数值孔径（NA）显微镜物镜聚焦飞秒激光脉冲，并将样品置于由AEROTECH 3200控制器控制的3轴写入系统上。使用脉冲选择器来控制激光器的重复频率以节省脉冲能量。激光的偏振与写入方向平行。所使用的写入速度在0.1~100 mm/s之间，脉冲能量在82~825 nJ之间。用于写入的玻璃有两种类型：康宁大猩猩玻璃（一种用于保护多媒体屏幕设备的碱性铝硅酸盐玻璃）和钢化铝硅酸盐玻璃（来自Bodyguardz的一种通用屏幕保护玻璃层）。两种玻璃以101 kHz重复率不同写入速度时，飞秒激光曝光下诱导集成折射率剖面断层扫描变化的演变采用这种新颖的写入技术，研究人员展示了在智能手机摄像头前以拉曼纳斯机制运行的体相光栅（VRNG），以获得一种集成的智能手机光谱仪。其关键是产生一个弱VRNG，不会显著改变相机的传统功能，但在暴露于强光照射时会产生光谱。（a）写入钢化玻璃的VRNG，置于智能手机前置摄像头前；（b）如果没有明亮的光源，光栅不会影响相机拍摄的日光成像质量，但如果有明亮的光线靠近光栅或在弱光环境中拍摄则会出现衍射光谱在热积累范围之外，两种玻璃都发现了一种产生正折射率变化的新写入方式。对于这两种玻璃，都发现了这种无热累积写入机制的上限阈值，重复率分别小于150 kHz和101 kHz，光通量分别为8.7 × 106 J/m²和1.4 × 107 J/m²。将尺寸为0.5 × 3 mm²、间距为3 μm的弱VRNG放置在三星Galaxy S21 FE智能手机前，以使用第二衍射级记录光谱。该光谱仪覆盖了401-700 nm的可见光波段，探测器分辨率为0.4 nm/pixel，光学分辨率为3 nm。利用该光谱仪测定了水中有机激光染料Rhodamine 6G的浓度检测限为0.5 mg/L。这一概念验证为现场吸收光谱法快速收集信息铺平了道路。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41598-023-40909-9

仪器名称 基于光纤传感的尿比重仪 单位名称 深圳大学 联系人 李学金 联系邮箱 lixuejin@szu.edu.cn 成果成熟度 □正在研发 &radic 已有样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产 合作方式 □技术转让 &radic 技术入股 □合作开发 □其他 成果简介： 基于光纤传感的尿比重仪是一种新型肾功能及人体体液溶质含量的监控仪器。采用先进的光纤传感技术，可实现高灵敏的实时在线检测（现有比重仪做不到），并能大大缩小仪器的体积。 本仪器的灵敏度比市场上现有尿比重仪高10倍以上，并能实现检测即时数显和实时记录等功能。还可以通过转换标定体系，转换成液体浓度、折射率等量的检测。 应用前景： 基于光纤传感的尿比重仪主要用于检测人体尿液的比重值，用于临床医学上诊断肾脏的浓缩功能，并可用于初步诊断糖尿病、蛋白尿、急性肾炎、高热、脱水、尿崩症、尿毒症、慢性肾小球肾炎、急性肾炎多尿期等；也可以反映一些疾病的程度，如糖尿病患者，如果血糖升高，尿比重值也会相应升高。 另外，本仪器还可广泛用于各种液体的浓度、折射率的检测或监控，如酿酒过程中，酒精浓度的监控；各种化学药剂生产过程中的浓度监控（相比电学的方法，采用光学的检测方法，不但灵敏度高，而且在易燃易爆环境中使用安全可靠）；环境水体污染程度检测等。 本仪器可应用于人体健康指标智能监测，安装于小便池中，人们可以通过每次小便及时得知自己的健康情况，是一种新型的智能家居。随着&ldquo 智慧城市&rdquo 列入十二五规划的一项重要内容，物联网应用技术将得到一个新的发展和完善。智能家居做为物联网最广泛的应用，不管是在物联网的大浪潮下、还是在智慧城市建设中都有着广泛的前景，蕴含着巨大的市场潜力。 知识产权及项目获奖情况： 已获得专利，专利名称：一种液体比重仪，专利号：201520045154.2

据台湾“中央社”报道，台湾阳明交通大学团队运用人面蜘蛛吐出的蜘蛛丝，开发出一款光纤糖度传感器，能在万分之一秒(0.1ms)内有效测量糖度，并应用在测量人体血液中的糖浓度，帮助糖尿病管理。据报道，台湾阳明交大23日发出新闻稿，生物医学工程学系教授刘承扬及硕士鄂暄蓓等人组成的团队，以蜘蛛丝为材料开发光纤糖度传感器，研究成果登上9月份的国际生物医学光学期刊Biomedical Optics Express，并获选为编辑精选。报道称，刘承扬等人看重的是蜘蛛丝有良好的延展性、光波传输等物理性质，且有别于用玻璃、塑料制成的光纤，蜘蛛丝还有高度的生物兼容性，相当适合用于人体。研发团队尝试不同品种的蜘蛛，甚至在校内捕捉蜘蛛做实验，可惜蜘蛛丝质量都不甚稳定，经过多方尝试，才选定人面蜘蛛为主要取丝对象。团队从活蜘蛛取得天然的蜘蛛丝后，先是利用光固化树脂稳定结构，再用斜向薄膜溅镀技术，在固化的蜘蛛丝表面溅镀一层薄薄的纳米金薄壳，以增加蜘蛛丝光纤对糖浓度的灵敏度，最后做成了一根直径约略为头发，肉眼可视的光纤传感器。据报道，通过“表面电浆子共振(SPR)”的光学物理原理，科学家可计算出不同糖类在金属上的折射率，借以得知浓度变化。刘承扬团队研发的光纤传感器经实验证实，感测功能在一年内都能保持相同灵敏度，且在室温与人体温度下都能正常运作。刘承扬表示，糖尿病患者需要餐前餐后监测血糖，一款可以长期适用于人体内，且实时精准测量血糖的传感器，不仅解决病患的难题，也能达到精准医学的目标，造福更多的慢性病患。

倏逝波荧光免疫传感器是利用光波在波导内，以全反射方式传输时在波导界面产生倏逝波 ,结合荧光免疫分析原理进行检测的一类新型传感器。该类传感器具有特异性强、灵敏度高、检测速度快、费用低、操作简便等优点，在环境检测、医学临床、食品卫生等领域具有广泛的应用前景。近日，中国人民大学化学与生命资源学院龙峰教授团队牵头完成的“倏逝波荧光全光纤生物传感仪器及在新污染物检测中的应用”科技成果通过了专家鉴定。本次鉴定会由中国环境科学学会主办，鉴定委员会由中国环境科学研究院院士吴丰昌、中国环境监测总站研究员王业耀、北京林业大学教授孙德智、中科院电子学研究所研究员夏善红、北京市政工程设计研究总院教授级高工郄燕秋、北京大学教授刘思彤、北京师范大学教授郭学军等专家组成。鉴定委员会一致认为，该成果整体达到国际领先水平，具有显著的生态环境与社会经济效益，应用前景广阔，一致同意通过鉴定，并建议进一步扩大推广与应用。新污染物治理是全面推进美丽中国建设的重要内容，关系人民健康和生态环境安全，其中监测技术和仪器是开展新污染物治理的关键。为克服现有监测技术与仪器运行维护负担重、核心技术被国外控制、前处理复杂等困难和不足，面向我国新污染物治理体系亟需现场快速精准识别与检测的技术和装备需求，中国人民大学、清华大学、北京勤邦科技股份有限公司、力合科技（湖南）股份有限公司等单位开展多年联合攻关，创新发展了新污染物全光纤生物传感理论与技术，创制了倏逝波荧光全光纤生物传感仪器，建立了不同类型新污染物的现场快速高灵敏检测新方法，并在水环境与饮用水安全、新污染物应急监测、食品安全检测和新污染物科学研究等领域成功实现了产业化应用，对提升我国新污染物治理体系的标准化和精准化具有重要意义。龙峰教授向吴丰昌院士等专家现场介绍所研发的仪器

细颗粒物又称细粒、细颗粒、PM2.5。细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。目前测量PM2.5的方法主要有以下5种：一种：红外法和浊度法红外由于光线强度不够，只能用浊度法测量。所谓浊度法，就是一边发射光线，另一边接收，空气越浑浊光线损失掉的能量就越大，由此来判定目前的空气浊度。实际上这种方法是不能够准确测量PM2.5的，甚至光线的发射、接收部分一旦被静电吸附的粉尘覆盖，就会直接导致测量不准确。这种方法做出来的传感器只能定性测量（可以测出相对多少），不能定量测量（因为数值会飘）。更何况这种方法也区分不出颗粒物的粒径来，所以凡是用这种传感器的性能都相对要差一些。第二种：激光法和粒子计数法就是激光散射，而不是直接测量浊度，这一类的传感器共同的特点就是离不开风扇（或者用泵吸），因为这种方法空气如果不流动是测量不到空气中的悬浮颗粒物的，而且通过数学模型可以大致推算出经过传感器气体的粒子大小，空气流量等，经过复杂的数学算法，最终得到比较真实的PM2.5数值，这一类传感器是激光散射，对静电吸附的灰尘免疫，当然如果用灰尘把传感器堵死了，自然也不可能测到。第三种：Beta射线法Beta射线仪是利用Beta射线衰减的原理，环境空气由采样泵吸入采样管，经过滤膜后排出，颗粒物沉淀在滤膜上，当β射线通过沉积着颗粒物的滤膜时，Beta射线的能量衰减，通过对衰减量的测定便可计算出颗粒物的浓度。Beta射线法颗粒物监测仪由PM10采样头、PM2.5切割器、样品动态加热系统、采样泵和仪器主机组成。流量为1m3/h的环境空气样品经过PM10采样头和PM2.5切割器后成为符合技术要求的颗粒物样品气体。在样品动态加热系统中，样品气体的相对湿度被调整到35%以下，样品进入仪器主机后颗粒物被收集在可以自动更换的滤膜上。在仪器中滤膜的两侧分别设置了Beta射线源和Beta射线检测器。随着样品采集的进行，在滤膜上收集的颗粒物越来越多，颗粒物质量也随之增加，此时Beta射线检测器检测到的Beta射线强度会相应地减弱。由于Beta射线检测器的输出信号能直接反应颗粒物的质量变化，仪器通过分析Beta射线检测器的颗粒物质量数值，结合相同时段内采集的样品体积，最终得出采样时段的颗粒物浓度。配置有膜动态测量系统后，仪器能准确测量在这个过程中挥发掉的颗粒物，使最终报告数据得到有效补偿，接近于真实值。第四种：微量振荡天平法微量振荡天平法是在质量传感器内使用一个振荡空心锥形管，在其振荡端安装可更换的滤膜，振荡频率取决于锥形管特征和其质量。当采样气流通过滤膜，其中的颗粒物沉积在滤膜上，滤膜的质量变化导致振荡频率的变化，通过振荡频率变化计算出沉积在滤膜上颗粒物的质量，再根据流量、现场环境温度和气压计算出该时段颗粒物标志的质量浓度。微量振荡天平法颗粒物监测仪由PM10采样头、PM2.5切割器、滤膜动态测量系统、采样泵和仪器主机组成。流量为1m3/h，环境空气样品经过PM10采样头和PM2.5切割器后，成为符合技术要求的颗粒物样品气体。样品随后进入配置有滤膜动态测量系统（FDMS）的微量振荡天平法监测仪主机，在主机中测量样品质量的微量振荡天平传感器主要部件是一支一端固定，另一端装有滤膜的空心锥形管，样品气流通过滤膜，颗粒物被收集在滤膜上。在工作时空心锥形管是处于往复振荡的状态，它的振荡频率会随着滤膜上收集的颗粒物的质量变化发生变化，仪器通过准确测量频率的变化得到采集到的颗粒物质量，然后根据收集这些颗粒物时采集的样品体积计算得出样品的浓度。5、重量法我国目前对大气颗粒物的测定主要采用重量法。其原理是分别通过一定切割特征的采样器，以恒速抽取定量体积空气，使环境空气中的PM2.5和PM10被截留在已知质量的滤膜上，根据采样前后滤膜的质量差和采样体积，计算出PM2.5和PM10的浓度。必须注意的是，计量颗粒物的单位ug/m3中分母的体积应该是标准状况下（0℃、101.3kPa）的体积，对实测温度、压力下的体积均应换算成标准状况下的体积。由于红外法测量PM2.5的传感器性能较差，且Beta射线法、微量振荡天平法、重量法三种方法的原理应用比较困难且价格较高，所以市面上比较多的是采用激光散射原理来测量PM2.5浓度的PM2.5传感器。 建大仁科空气质量变送器RS-PM-*-2是一款工业级通用颗粒物浓度变送器，采用激光散射测量原理，通过独有的数据双频采集技术进行筛分，得出单位体积内等效粒径的颗粒物粒子个数，并以科学独特的算法计算出单位体积内等效粒径的颗粒物质量浓度，以485 接口通过 ModBus-RTU 协议进行数据输出。可用于室外气象站、扬尘监测、图书馆、档案馆、工业厂房等需要PM2.5或 PM10浓度监测的场所。

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。

海洋光学(Ocean Optics)于近期推出高性能，900-2200nm 光谱响应的近红外光谱仪：NIRQuest 512-2.2。该产品是用于水分检测、化学分析、高分辨率激光检测和光纤特征研究等的理想设备。 海洋光学NIRQuest 512-2.2 近红外光纤光谱仪尺寸小，且测量范围可达900-2200nm 　　NIRQuest 512-2.2采用高稳定性、512像元的滨松 (Hamamatsu) 铟镓化砷 (InGaAs) 阵列探测器，集成二阶热电制冷和低电子噪声的小型光学平台。根据配置 -- 有六种光栅选项和五种尺寸入射狭缝可供选择--光学分辨率可达~0.5 nm-5.0 nm ( FWHM 全宽半高值)，高的分辨率要求对激光特征分析是相当有用。 　　独特的外部硬件触发功能允许用户通过外部触发来捕捉光谱，或者在数据获得之后来控制触发其它器件。该功能有利于自动过程控制的集成开发或从同步闪光的太阳能模拟器中捕捉光谱。 　　光谱仪采用的SpectraSuite操作软件是一个模块化、以 Java 开发的操作平台，可在Windows，Mac OS 和Linux 操作系统下运行工作。 此外，NIRQuest 512-2.2能与海洋光学的Remora网络适配器一起使用，可将系统变为通过以太网或已有无线连接控制使用的多用户光谱数据服务器。 　　推出NIRQuest 512-2.2之后，海洋光学现提供的NIRQuest近红外光谱仪光谱测量范围选项如下：900-1700 nm、900-2050 nm、900-2200nm 和900-2500nm 。多种光栅、光学平台和光学附件使得 NIRQuest 系列能适应各种各样的应用，如医学诊断、食物饮料监测、药物分析、环境监控和过程控制等等。 　　关于海洋光学 (Ocean Optics) 和豪迈 (HALMA) : 　　总部位于达尼丁，佛罗里达的海洋光学是世界领先的光传感和光谱技术解决方案提供商，为您提供测量和研究光与物质相互作用的先进技术。海洋光学在亚洲与欧洲设有分部，自1992年以来，在全球范围内共售出了超过120，000套光谱仪。海洋光学拥有庞大的产品线，包括光谱仪、化学传感器、计量仪器、光纤、薄膜和光学元件等等。海洋光学是致力于安全检测领域的英国豪迈集团的子公司。海洋光学的产品在医学和生物研究、环境监测、科学教育、娱乐照明及显示等领域应用广泛，公司隶属英国豪迈集团。创立于1894年的豪迈是国际安全、健康及传感器技术方面的领军企业，伦敦证券交易所的上市公司，在全球拥有 4000 多名员工，近40 家子公司。豪迈目前在上海、北京、广州和成都设有代表处，并且已在中国开设多个工厂和生产基地。

三种海洋光学仪器已经开始了它们前往火星的八个月的旅程。美国国家航空和航天管理局(NASA)火星科学实验室于2011年11月26日在佛罗里达州卡纳维尔角发射了“好奇号火星探测车”，定制的HR2000光谱仪是该探测车上的ChemCam仪器的一部分。 　　海洋光学提供了三套标准的HR2000高分辨微型光纤光谱仪，经过设置可以使用激光诱导击穿光谱(LIBS)检测分析火星岩石和土壤成分。ChemCam仪器天线杆组件上安装的激光器可以对9米之外的目标开火，产生一系列的激光脉冲，并收集产生的光用于激光诱导击穿光谱检测。　　 HR2000高分辨微型光纤光谱仪 　　HR2000的传感器、光栅和入口孔径(裂隙)都是可选的，这使得其成为了该航天任务的理想选择。每一个ChemCam光谱仪经过设置都可以检测不同光波长度的基本特征：240-336纳米，380-470纳米和470-850纳米。由于三种仪器的很多正在研究中的组件在不只一个光谱范围具有光谱线，因此三种光谱仪的使用简化了设计，还创造了重复组件。 　　选择HR2000的另一个原因是它的可靠性。可靠性是在无法进行维护的远程太空操作中的必备因素。因为此光谱仪不包含任何可能发生故障的移动组件，因此它可以抵抗太空航行产生的G力。此外，光谱仪经调整可处理极端的温度变化、辐射、撞击以及震动。 　　“好奇号火星探测车”已经被NASA称为“用于火星表面探测的最先进的科学仪器”。由于采用海洋光学仪器，样本分析速度呈立体式增长。在以前的航天任务中，需要花费两三天时间确定单一样本的成分 而ChemCam预计每天可输出12项成分测定。 　　这不是海洋光学仪器第一次进行太空。在2009，公司使用ALICE光谱仪与NASA进行合作，对探测月球上是否存在固态水起到了重要作用。其他NASA的研究者也已经将海洋光学光谱仪用于地球和太空的研究中。

美国科学家研发出一种可以在极端条件下使用的新型光学压力传感器。这种光纤传感器不但可以测量高达1800万帕(2620磅/平方英寸)的压力，将感测头放进-196°C的液态氮中或者加热到538°C，性能也不会有明显改变。 这种传感器的概念来自于密西西比大学检测仪器和分析实验室(DIAL)的ChujiWang和SusanScherrer，他们将有名的“腔环降光谱法”(cavityring-downspectroscopy,CRDS)技术应用在光纤传感器上，制造出一个名为\"fiberringdownsensor\"的仪器。其操作关键在于光脉冲的衰减时间强烈取决于在光纤环所造成的衰减，因此任何造成光纤传输改变的现象如外部的压迫(压力)，都可藉由监控衰减时间而加以测量。Wang表示这种新传感器具有许多优于布拉格光纤(FBGs)和光纤Fabry-Perot干涉仪(FPPI)之处，并认为这个新设计可以带动全新一代的物理传感器。 这种传感器是由两个相同的2×1光纤耦合器(99:1分路比例)及和一种标准单模光纤(CorningSMF-28)所连接，构成65M的长回路。研究员人将一个波长1650nm的脉冲经由一个耦合器射入回路 该脉冲每在环内绕行一圈，强度就会略微减弱，其衰减时间及强度则由另一个耦合器连续加以监控。实验上对一段8mm长的光纤传感器施加重量的结果显示，该传感器可以测量高达1800万帕的压力。如果把保护层(Jacket)去掉，虽会降低它的感测范围，可是能增加其灵敏度。

p 　　光纤传感器是近年来势头正猛的“科技新贵”，因为它有极高的灵敏度和精度、抗电磁干扰、高绝缘强度、耐腐蚀、能与数字通信系统兼容等优点，已被广泛应用于电网系统、道路监控、轨道交通、食品安全等领域。 /p p 　　紧贴时代发展趋势，由中国光学工程学会光纤传感技术专家工作委员会、中国光纤传感技术及产业创新联盟组织的2019第八届中国(北京)国际光纤传感技术及应用大会暨展洽会将于2019年8月5日-7日在北京国家会议中心组织召开。 /p p strong 　　科技新贵之光纤传感器 /strong /p p 　　光纤传感技术是一种新型传感技术。通过光的反射、折射和吸收效应，光学多普勒效应、声光、电光、磁光和弹光效应等，可使光波的振幅、相位、偏振态和波长等参量直接或间接地发生变化，因而可将光纤作为敏感元件来探测各种物理量。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 404px height: 263px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/b0818f87-2205-4c37-9840-bd1f8c595af5.jpg" title=" 113.jpg" alt=" 113.jpg" width=" 404" height=" 263" / /p p 　　中国已成为全球光纤传感器消费最大国，在国产化进程有一定的突破。据了解，以南京大学、深圳中科传感为代表的大学及研究院等机构，基本掌握了全套的光纤传感器方案。而在光纤传感系统的核心部件上，厦门彼格的窄带光源、世维通的铌酸锂波导等为代表相关的器件，都不甘落后争相实现自主研发。 /p p 　　纵观整个行业市场，目前中国光纤传感器的自主研发仍是“短板”，总体市场化水平仍落后外国。据统计，中国传感器新品研制率落后美日等国近10年，产业化水平落后10-15年。未来，中国光纤传感市场产业化格局有待提升，物联网技术的加持，将推动中国光纤传感市场走向新一轮发展高峰。 /p p 　　 strong 光纤传感器应用场景分析 /strong /p p 　　物联网俨然已经成为光纤传感器国产化的重要推手。物联网的发展必须要借助大量传感器获得各种环境参数，从而为物联网提供更可靠的数据信息，再经过系统的处理，得到人们需要的结果。可见，光纤技术在物联网中有很广阔的应用前景。 /p p 　　正是敏锐捕捉到光纤传感器技术在上述领域日益紧密的行业风向，第八届中国(北京)国际光纤传感技术及应用大会暨展洽会致力于全面拓展光纤传感器科技应用领域终端，聚焦智能电网、矿山安全、轨道交通、海洋与环境、地质与水利等各个应用行业，展现国内巨头企业相应的创新综合解决方案。 /p p 　　光纤传感器在智能电网领域起到重大作用。利用光纤传感技术对输电线路进行安全监控，通过对输电线路上发生的触碰光缆、接头盒、光芯等扰动的实时监测，采集和分析信息，判定扰动发生的位置、类型、强度，以帮助线路维护人员及时发现输电线路的破坏行为，有效解决对线路损毁的预警监测，为电力系统提供告警、智能分析和辅助决策支持。 /p p 　　光纤传感器也同样发力道路安全领域。伴随着工业与交通运输的发展，桥梁的跨度增加以及结构的复杂趋势，使得其安全隐患受到更多的关注。把光纤传感系统埋入水泥结构形成能够感知应力和断裂损伤的能力。同时，利用张力传感器感受隧道容易发生塌方的局部的变形情况，这些信息可以与互联网相结合，实现对这些基础设施的长期稳定的实时监测，减少事故的发生。 /p p 　　光纤传感器在轨道交通领域的作用也不容小觑。以中国自主研发的高铁列车代表作——和谐号380AL为例，一辆列车里的传感器数量多达1000多个，平均每40个零部件里就有一个是传感器。它们承担着状态监视、故障报警、车载设备控制等功能。中国工程院院士、中车株洲所总经理丁荣军曾一语道破光纤传感器的重大作用，它对于收集列车的运行状态信息、高速综合检测列车、钢轨探伤、轨道状态远程监测、室内外环境综合传感等方面都起到了不可或缺的作用。 /p p 　 strong 　行业翘楚荟萃 看点十足 /strong /p p 　　第八届中国(北京)国际光纤传感技术及应用大会暨展洽会目前已进入倒计时，诚邀您八月相聚北京国家会议中心，感受这个绽放出耀眼科技光芒的盛会! /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 514px height: 295px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/f9808917-ffd1-4382-89fa-a8893f2e65a4.jpg" title=" 115.png" alt=" 115.png" width=" 514" height=" 295" / /p p 　 strong 　看点一：大咖领衔名企云集 定义光智造未来 /strong /p p 　　会议将邀请清华大学教授廖延彪、北京航空航天大学张惟叙教授、加拿大皇家科学院院士鲍晓毅及国内光纤传感领域的优秀研究团队等亲临现场助阵。会议内容涉及光纤传感系统在轨道交通、海洋与环境领域应用、矿山安全、智能电网、地质与水利工程中的应用等。 /p p 　 strong 　看点二：匠心巨制 同期展会争奇斗艳 /strong /p p 　　会议现场将同期举办第十一届光电子· 中国博览会，会议还将呈现激光智能制造、全球高校· 研究所· 重点实验室创新技术、红外微光技术及应用、智能信息、光学制造、精密光学与光电检测六大主题展，吸引了从光学元器件到终端用户应用的众多行业龙头企业及科研机构参展。 /p p 　　 strong 看点三：精准孵化采购新商机尊享高端定制贵宾服务 /strong /p p 　　第十一届光电子· 中国博览会将为光电行业的高管及专业买家提供新产品、新资讯、新方向、新商机贵宾导向服务，提升买家参观体验感，使买家豪享高端定制上中下游产品的一站式采购服务。 /p p 　　本届光博会展商参展/参观登记/参会注册均已全面上线，欢迎登陆展会官网或官方微信预约登记。 /p p 　　展会报名地址：http://www.cipeasia.com/ /p p br/ /p

有一段时间，缺钱购买黑体设备，黄正宇和他的伙伴们用太阳作为黑体源，每天坐等阳光，下午3点到5点，阳光斜射办公室，一帮人抄起工具抓紧做实验。 　　黄正宇本可以不用如此“窘迫”。如果4年前他不选择回国创业，而是留在美国，他所需的设备只需打个报告，就能随时送到。 　　但是，黄正宇放弃了在美国的优厚生活，归国创业。那年，他31岁。 　　在清华科技园的一个小办公室，他和文进创立北京蔚蓝仕科技有限公司，从事光纤传感器及光纤传感系统的研发、生产和销售。4年的时间，公司业务蓬勃发展，注册资本从50万元发展到1710万元，当初的6人团队也发展成现在的73人。公司已拥有多项光纤传感的自主核心技术，其中4项具有世界领先性。 　　回首4年的创业史，黄正宇丝毫没感到艰辛，支撑他一路走来的，是一颗家族传承的“实业报国”心。 　　想好的事情，就不给自己留后路 　　1999年，黄正宇毕业于清华大学精密仪器系，2000年8月，赴美国弗吉尼亚理工大学留学，2005年12月，获得电子工程系光博士学位。 　　毕业后，他进入美国某知名光学公司，成为首席光学专家。一上任，他就有惊人之举：在4个月的时间里，帮助公司完成了花5年时间、耗费4000万美元没有解决的难题。 　　谈及此事，黄正宇轻描淡写。他说，“我发现公司的基础技术方案出了问题，我到了公司之后，在技术方案上进行了一些调整，帮公司攻克了一些封装、材料、工艺、算法层面的问题。节省了大笔费用。” 　　在美国的生活无忧无虑，他完全可以拿着高薪，舒舒服服地过一生，但是创业的愿望始终在心中涌动。“如果我想留在美国，或者给自己留后路，我会申请绿卡，但是我一直没那么做。”黄正宇说。 　　谈到创业，黄正宇提到一个重要的缘由：家族的传承。 　　黄正宇出生在上海。从他记事起，姥爷就是自己的偶像。他听姥爷讲过很多故事，印象最深的就是实业报国。 　　家人常说，在抗战时期，姥爷在上海经营一家很大的棉纺厂，家境殷实，曾有人提出让姥爷为日军做军服，老人家断然拒绝，因此还吃了不少苦头。建国前，老人曾有机会携全家去台湾，但是为了工厂和员工，他选择留在上海。 　　老人家重视教育，四个孩子，两个上了清华，两个上了北大。临终前，老人家对子女说了两个遗愿，一是希望未来子孙能继续办实业，二是希望后代能出钱办教育。 　　黄正宇铭记在心：“他老人家一辈子都在实业报国，这也在我心中种下了一颗创业的种子。” 　　在美工作一年后，黄正宇找到了必须马上归国的理由。 　　“美国的光纤传感技术，在世界上是最先进的。我慢慢地发现，公司研发的一半产品，是以军事用途为直接目标的，而其产品的目标可能就有中国。”黄正宇说，“作为一个中国人，我怎么能帮他们做这样的研究呢？” 　　2007年8月，他果断放弃高薪，回到了北京，没有丝毫的犹豫，“我做事情的风格就是果断，想好的事情，从不给自己留后路。”黄正宇说。 　　艰苦的环境一样能搞研发 　　在清华东门的一个小办公室，黄正宇和文进拿出了全部积蓄50万元，开创了北京蔚蓝仕公司，第一批员工只有6人，公司的目标是光纤传感器及光纤传感系统的研发、生产和销售。当时，国内也有开展相同业务的公司，但是在技术上与美国和欧洲的公司相差10年以上。 　　缺少研发资金是黄正宇当时面临的最大问题。 　　弗吉尼亚理工大学拥有世界上最大的光纤传感实验中心。黄正宇介绍，从1997年到2010年，该中心的实验经费就高达3000万美金。在读博士的时候，如果黄正宇想买一台实验仪器，只需打个报告，就能很快批复下来。可是回到北京之后，这样的条件就完全不存在了。 　　讲创业的艰难故事，黄正宇面带微笑，没有丝毫的抱怨。他说，艰苦的环境一样能搞研发。 　　黄正宇张开两只手，并在一起，上下搓动，“当初，我们没有钱，为了做一些光学实验，连手都用上了。这样搓动，为的是用指缝的交错对光源进行斩波调制。我们甚至还用电风扇的叶片旋转来做光学斩波器，来做光学实验”。 　　就是在如此艰难的环境下，黄正宇带领团队，完成了一些看似不可能完成的任务。2008年，黄正宇获得国家级留学人员择优资助；2008年公司承担国家十一五科技重大科技专项子课题“智能完井关键技术研究”；2009年，黄正宇入选“千人计划”，并当选中关村高端领军科技创新创业人才和北京“海聚工程”首批海外高层次人才。 　　蔚蓝仕公司已拥有多项光纤传感的自主核心技术，其中4项具有世界领先性，在国内光纤传感器领域具有巨大的技术优势。公司已申请专利11项，其中发明专利7项、实用新型两项、外观设计两项，软件著作权登记6项，另有60多项国内外专利正在申请中。 　　“如果我的教授知道我在这样的条件下，取得现在的成绩，他会感到非常惊讶的。”黄正宇说。 　　展望未来，黄正宇充满希望，公司目前已经研发出六条产品线，第七、八条产品线预计在明年下半年完成。黄正宇说，“我们基本上已经把光纤传感过去40年内验证过的有市场潜力的东西都做出来了”。 　　蔚蓝仕的目标是什么？ 　　黄正宇说，“要成为全球光纤传感技术的领先者”。

日前，山东省科学院激光研究所在国内首次自主研发的固定式高精度光纤压力传感器获得成功。这台光纤高温高压传感器可在油井下温度220℃和压力100MPa下长期作业，解决了常规电子传感器和光纤压力传感器受油井下高温高压干扰而无法正常工作的难题。光纤高温高压传感器的研发成功，不仅打破了国外对此技术的长期垄断，更将对我国油气井的科学开采发挥出重要作用。 　　据山东省科学院激光研究所副所长王昌博士介绍，这台光纤高温高压传感器通过对油井状态在线实时监测，可以及时探测到井内诸如漏水等状态变化的详细信息。根据这些信息，对油井采油工艺进行优化和调整，可提高油气采收率5%—10%。 　　山东省科学院激光研究所从2005年开始从事光纤油气井温度压力在线监测的研究。2006年，该所研究的《光纤高温高压井筒测试技术》被列为国家863项目和山东省技术攻关项目。通过对胜利油田、中海油、辽河油田的示范应用表明，光纤高温高压传感器不仅探测准确，其敏感元件的耐高温高压和耐腐蚀的保护技术等均优于国外技术，价格仅是国外进口设备的1/3。油田专家认为，这项新技术的推广应用，将为我国油井实现智能化监控打下良好基础。 　　王昌介绍说，据不完全统计，全国现有生产油井约15万口，按照每口井提高采油率5%，推广普及1%计算，年可提高油气产量超过9万吨。这项先进技术除高温高压油井监测应用外，在电力、化工、矿山等许多领域都有着非常广阔的应用前景，可产生巨大的经济效益和社会效益。

科研人员在为光栅检测做准备工作。　罗浩摄(资料图片)　　在1毫米距离里划出6000道刻槽，且槽型均匀，这意味着在20公里的刻距内，刻槽间距误差小于一根头发丝的千分之一。这正是不久前，中科院长春光学精密机械与物理研究所研制的“大型高精度衍射光栅刻划机”达到的刻划精度。　　走进长春光机所实验室，项目组科技人员向记者介绍了一块银灰色、近似不透明“玻璃窗”的光栅，它是这套“精密机械之王”的杰作，也是目前世界上面积最大的高精度中阶梯光栅。打造这台“精密机械之王”的，正是长春光机所光栅刻划机老中青三代研制项目组。　　光栅是分析万物光谱信息的“芯片”，应用遍及海陆空、吃穿用　　人类如何通过光认识世界?项目负责人、长春光机所研究员唐玉国说，人类借助光认知世界有两种方式：一是光学成像，二是光谱分析。光学成像可以看到物质世界的形状、尺寸等外在信息 地球上所知的元素及其它们的化合物都有自己的特征光谱线，光谱分析可以获得物质成分信息，帮助我们看清事物的本质。　　但要“抓”住光谱信息并不容易。日常生活中的光，是由红、橙、黄、绿等各种单色光组成的复色光，而单色光才能更好地记录下物质的光谱信息。光栅是一种非常精密的光学元件，它的神奇在于，它能从复色光中解析、提取出单色光。　　日常生活中，人们很少看到光栅，但其实它的作用无处不在。“人们去医院抽血检验，原理就是依靠光谱仪器里的光栅，来实现观察血液里的成分是否符合健康标准。”项目组成员、长春光机所研究员巴音贺希格说，“简单地说，光谱分析需要光谱仪器，光栅之于光谱分析的作用，就如芯片之于计算机，是核心和‘大脑’。”　　与血液检查原理类似，分析不同物质的光谱，可以探查出农药残留、钢材质量、爆炸物特性等许多重要信息。唐玉国表示，光栅的价值不限于光谱仪，其应用“遍及农轻重、海陆空、吃穿用等各行各业。既能看天，也能看地、看人”。在天文观测中，通过光谱测量得到天体的组成及其与地球的距离，从而揭示宇宙诞生及演化规律 在光通信领域，光栅的分光作用使得不同波长的光能够携带信息顺着光纤飞入千家万户̷̷　　通常，光栅性能越强，能分析出的物质成分就更精细。光栅面积越大，集光率和分辨本领就越高 光栅的精度越高，信噪比就越高。2009年，中科院长春光机所启动光栅刻划系统研制工作，一开始就瞄准世界领先水平，攻克光栅同时“做大”和“做精”的难题。　　“精密机械之王”成功刻划出了400毫米×500毫米的大面积中阶梯光栅，标志着我国大面积光栅制造技术已达到国际领先。这一块光栅有多强?唐玉国说，最有经验的油漆工能辨别出1000多种色彩的微妙变化，而光栅理论上能够分辨出超过4亿种，可谓世界上感知色彩的最强利器。　　光栅刻划机是制作光栅的母机，“做大”“做精”光栅是世界性难题　　以防尘服武装，再经风淋室除尘，记者才得以获准进入实验室。这里有一套精密的环境保障系统，要求在30天内温差控制在± 0.01℃之内。　　项目组成员、长春光机所研究员齐向东参与了光栅刻划机的设计、研制、调试等全过程，并长期在一线担任指挥。他说，这台仪器对环境要求极为严苛，气温、气压、空气成分等哪怕极其微小的变化，在纳米的尺度下，也可能带来巨大的刻划误差。　　对环境的苛刻要求源自光栅刻划机自身的高精度。它由上千个元件、部件精妙配合而成，几乎所有关键部件冲击世界极限水平。加工装调精度难、运行保障环境要求之高，前所未有。　　丝杠、蜗轮、导轨是刻划系统“三大件”，项目启动之时，国内现有机床技术根本达不到精度要求，研究组不得不采取土办法——手磨加工。　　丝杠被誉为刻划机的“心脏”，其精度水平直接影响整机性能。国内不能造，国外买不到，已经退休的80岁高龄老专家张泰返聘回所，并亲自上阵，带领青年团队不分昼夜加工和检测。历时近1年时间，终于研磨出这根丝杠。这也是目前世界上精度最高、行程最长的三角螺纹丝杠。　　用同样的方法，项目组费时6个月加工出蜗轮，8个月加工出V形导轨。这些具有亚微米、纳米量级的关键器件，都是科研人员用双手研磨出来的。此外，项目组成员为了攻克金刚石刻划刀、光栅镀膜等技术难题，也屡屡实验、研磨、调整，方才达到了光栅刻划机的要求。“有一次，项目组去外面交流。一握手，对方都说，你们的手不像科学家，倒像工人。”巴音贺希格回忆。　　立项之初，研制计划时间是三年半，但由于整个过程比预料困难太多，前后花费了近8年，成为“严重耽搁的项目”。“研制期间，我们承受着巨大的压力，往往‘按下葫芦又起了瓢’，好不容易攻克一个困难，新的问题又立马出现。”齐向东说，科研人员不停地寻找问题产生的根本原因，有时候甚至要推翻之前花了很长时间建立起来的假设，否定自己重新开始。“这8年中，我曾多次感到绝望，以为进行不下去了。大光栅通过验收时，又觉得一切都很值得。”　　这项成果使我国在光栅领域不再受制于人，并将精密机械加工技术推向世界前沿　　国际上掌握光栅研制技术的国家很少，大面积高精度光栅是科技强国竞争的焦点。在此之前，只有美国能够制作300毫米以上中阶梯光栅。　　大面积、高精度光栅刻划机的成功研制，使我国战略高技术领域所需的光栅不再受制于人，还将我国精密机械加工技术推向了世界前沿。　　“我们这一代科研人员做出这台机器，离不开长春光机所几代人的努力。我们只是属于摘桃子的人，没有前辈的积累，没有青年梯队人才的付出，都不可能完成这项艰巨任务，是老中青三代人的结晶。”齐向东感慨。　　1959年，长春光机所自主研制出了我国第一台光栅刻划机和第一块光栅。项目期间，我国第一代光栅刻划机的领军人、机械刻划光栅创始人梁浩明回到长春光机所，在重要问题上给出了指导意见 带领团队手工研磨丝杠等精密零部件的张泰先生，也是我国第一台光栅刻划机研制的参与者 已经退休的郝德阜研究员参与了系统的总体结构设计。　　目前，我国第一台光栅刻划机依然没有“退休”。半个多世纪前，仅仅借助少量公开发表的相关文献，梁浩明等人开始了光栅刻划机的研制工作。没有专门设计的计算机软件，设计人员就靠手工绘制来画图 没有数控机床，科研人员就靠双手打磨加工零部件，精度甚至比当今数控机床加工还要高。　　上世纪80年代，长春光机所计划研制高精度大面积光栅刻划机，由于资金等种种限制，项目搁浅，我国遗憾地错失了追赶光栅制造强国的机会，制造大光栅也成为我国光栅人的梦想。　　“我们有信心，也有信念能够完成项目。长春光机所具有数十年的技术积累，此外，现代精密仪器加工技艺水平更高，技术条件更好。老一辈在物质匮乏年代都能够制造出精度非凡的光栅刻划机，我们有条件也有责任把新一代刻划机做好。”齐向东说。　　八年磨一剑，项目组研制的这套大型高精度光栅刻划系统，攻克18项关键技术，取得9项创新性成果。　　让唐玉国欣喜的是，经过光栅刻划机项目历练，一批青年人才成长起来了，关键技术得到有效传承。他还说，研制成功并不是刻划机的重点，未来项目组还将从“精稳快新”四个方面对它进行持续改进和技术升级、提升性能，使其在满足国家重大科研对大光栅需求的同时，始终保持国际领先。

继2009年海洋光学使用ALICE光谱仪与美国国家航空和航天管理局（NASA）合作，成功检测到月球上水的存在后，2011年，海洋光学与NASA再次携手，为其在2011年11月26日发射的“好奇号火星探测车”，提供了用于检测分析火星岩石和土壤的成分的包含HR2000在内的三种光谱仪。 好奇号正通过海洋光学的HR2000检测火星表面物质 海洋光学此次提供的三套标准的HR2000高分辨微型光纤光谱仪，经过设置可以使用激光诱导击穿光谱（LIBS）检测分析火星岩石和土壤成分。“好奇号”天线杆组件上安装的激光器可以对9米之外的目标开火，产生一系列的激光脉冲，并收集产生的光用于激光诱导击穿光谱检测。 HR2000的传感器、光栅和入口孔径（裂隙）都是可选的，这使得其成为了该航天任务的理想选择。每一个“好奇号”的光谱仪经过设置都可以检测不同光波长度的基本特征：240-336纳米，380-470纳米和470-850纳米。由于三种仪器的很多正在研究中的组件在不只一个光谱范围具有光谱线，因此三种光谱仪的使用简化了设计，还创造了重复组件。 选择HR2000的另一个原因是它的可靠性。可靠性是在无法进行维护的远程太空操作中的必备因素。因为此光谱仪不包含任何可能发生故障的移动组件，因此它可以抵抗太空航行产生的G力。此外，光谱仪经调整可处理极端的温度变化、辐射、撞击以及震动。 “好奇号火星探测车”已经被NASA称为“用于火星表面探测的最先进的科学仪器”。由于采用海洋光学仪器，样本分析速度呈立体式增长。在以前的航天任务中，需要花费两三天时间确定单一样本的成分；而“好奇号”预计每天可输出12项成分测定。 从南极到喜马拉雅山，从地球到月球，再到火星，海洋光学见证并协助完成了了人类一次又一次伟大的探索和研究，或许你们和我们有一样的念头----Where is the next station?