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激光誘導(dǎo)擊穿光譜（Laser-induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）技術(shù)是一種原子發(fā)射光譜分析技術(shù)，其基本原理是利用脈沖激光在待測(cè)樣品表面激發(fā)產(chǎn)生等離子體，通過(guò)等離子體發(fā)射的光譜波長(zhǎng)和強(qiáng)度信息，分別獲得待測(cè)元素的種類及含量。LIBS技術(shù)因具有無(wú)需制樣、分析速度快、遠(yuǎn)程非接觸、可實(shí)現(xiàn)對(duì)任何物質(zhì)的多元素同時(shí)分析等特點(diǎn)，被譽(yù)為分析領(lǐng)域的“未來(lái)超級(jí)巨星”，在航空航天、智能制造、生物醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)、能源、地質(zhì)、深海探測(cè)等領(lǐng)域都極具應(yīng)用前景，特別是2021年我國(guó)“祝融號(hào)”火星車搭載LIBS系統(tǒng)登陸火星開(kāi)展地質(zhì)勘探，使得該技術(shù)再次成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。LIBS系統(tǒng)主要由激光器、光譜儀、探測(cè)器和時(shí)序控制器等核心單元組成，典型的LIBS檢測(cè)系統(tǒng)如圖1（左）所示，光譜圖如圖1（右）所示。 圖1典型的LIBS檢測(cè)系統(tǒng)（左）與LIBS光譜圖（右） 本團(tuán)隊(duì)對(duì)LIBS技術(shù)進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)15年的攻關(guān)，在一系列關(guān)鍵技術(shù)上取得了重大突破，成功研制了從臺(tái)式、移動(dòng)式到手持式的系列國(guó)產(chǎn)LIBS元素分析儀，實(shí)現(xiàn)了6種LIBS成分分析儀器的國(guó)產(chǎn)化，并成功推動(dòng)其在金屬材料、環(huán)境保護(hù)和生物安全等領(lǐng)域的應(yīng)用。研究工作從基礎(chǔ)研究、裝備研發(fā)到工程應(yīng)用全鏈條展開(kāi)（如圖2），取得的創(chuàng)新成果如下。 圖2團(tuán)隊(duì)對(duì)于LIBS技術(shù)從基礎(chǔ)研究-裝備研發(fā)-工業(yè)應(yīng)用的全鏈條攻關(guān) （1）高靈敏度、高穩(wěn)定性和高精度LIBS分析新方法 針對(duì)LIBS技術(shù)存在自吸收效應(yīng)、基本效應(yīng)和光譜波動(dòng)性大等問(wèn)題導(dǎo)致其探測(cè)極限低、靈敏度差和分析精度低的難題，團(tuán)隊(duì)提出了一系列新技術(shù)新方法。 1）提出采用OPO波長(zhǎng)可調(diào)諧激光對(duì)等離子體中基態(tài)粒子進(jìn)行能態(tài)選擇性激發(fā)的新方法，從源頭上阻止了LIBS自吸收效應(yīng)產(chǎn)生，從而獲得自吸收免疫的LIBS本征光譜。 2）提出采用微波對(duì)等離子體進(jìn)行瞬時(shí)加熱，獲得溫度場(chǎng)均勻分布的等離子體，實(shí)現(xiàn)寬光譜多元素的自吸收效應(yīng)遏止。 3）提出一種基于等離子體圖像-光譜融合的圖像輔助LIBS技術(shù)，有效克服了基體效應(yīng)對(duì)定標(biāo)曲線建立的影響，大幅度提高了LIBS的定量分析精度。 4）針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)物質(zhì)的快速高精度定量分析需求，提出一種僅需一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品就可完成定量的LIBS單標(biāo)樣法和一種可克服自吸收效應(yīng)影響的LIBS無(wú)標(biāo)樣定量方法。 5）針對(duì)生物體、食品、中藥等疏松含水組織基體復(fù)雜，導(dǎo)致光譜信號(hào)微弱且波動(dòng)大的問(wèn)題，提出了從光譜預(yù)處理-特征提取-機(jī)器學(xué)習(xí)模型的全鏈條定性定量分析算法，相比于傳統(tǒng)分析方法，可將分析精度提高10%。 6）提出一種面向金屬3D打印構(gòu)件的激光譜-超聲同時(shí)檢測(cè)技術(shù)，可同時(shí)對(duì)金屬3D打印構(gòu)件的表面元素分布、內(nèi)部缺陷、殘余應(yīng)力和晶粒度進(jìn)行同步分析。 （2）高精度LIBS成分分析儀研制 針對(duì)LIBS的光機(jī)電系統(tǒng)難以集成的難題，團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)筑模塊化“籠式”光路系統(tǒng)，研制了共聚焦顯微光學(xué)系統(tǒng)、同軸信號(hào)采集、放大裝置等新技術(shù)，成功將OPO共振激發(fā)和等離子體圖像-光譜融合新技術(shù)集成到LIBS成分分析儀中，實(shí)現(xiàn)了10-7量級(jí)的LIBS探測(cè)極限，將LIBS探測(cè)靈敏度提高了2個(gè)數(shù)量級(jí)，探測(cè)穩(wěn)定性優(yōu)于2%。所研制的系列激光探針元素分析儀如圖3所示。 圖3臺(tái)式到便攜式系列LIBS分析儀

5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、元宇宙等新業(yè)務(wù)應(yīng)用的興起，以及后疫情時(shí)代催生的遠(yuǎn)程辦公、遠(yuǎn)程教學(xué)等實(shí)時(shí)視頻業(yè)務(wù)，急劇加速了通信網(wǎng)絡(luò)流量激增的趨勢(shì)。而長(zhǎng)距離、大容量、高速率的光纖通信技術(shù)成為了實(shí)現(xiàn)信息化社會(huì)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)的必由之路。對(duì)于光通信產(chǎn)業(yè)鏈上的模塊廠商、設(shè)備制造商、運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，測(cè)試是必不可少的環(huán)節(jié)。一般來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)光收發(fā)機(jī)的高速芯片的開(kāi)發(fā)進(jìn)度會(huì)比光通信器件滯后差不多一年。 在光通信模塊廠商、設(shè)備制造商開(kāi)發(fā)最新相干光通信子組件時(shí)，工程師需要先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備，提供足夠的性能，證明其最終模塊設(shè)計(jì)的預(yù)期性能。隨著系統(tǒng)速率的提升，復(fù)雜調(diào)制格式的演進(jìn)，市場(chǎng)大量需求的出現(xiàn)，催生了低成本、高性能的寬帶高速光電信號(hào)分析儀的巨大市場(chǎng)需求。同時(shí)，當(dāng)今世界格局下，亟需突破國(guó)外在高速光通信信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域?qū)?guó)內(nèi)的技術(shù)限制和關(guān)鍵儀器、器件的性能瓶頸，實(shí)現(xiàn)在高速光電信號(hào)分析儀的國(guó)產(chǎn)化目標(biāo)。 【成果介紹】 本成果基于線性光采樣，利用低重復(fù)頻率脈沖光對(duì)待測(cè)信號(hào)光在光域上進(jìn)行采樣，使用技術(shù)成熟成本較低的低速的光電探測(cè)器和采集卡進(jìn)行光電和模數(shù)的轉(zhuǎn)換，軟件同步算法為光采樣技術(shù)提供了數(shù)字信號(hào)處理上的支持，通過(guò)恢復(fù)出信號(hào)的眼圖和星座圖以及計(jì)算相應(yīng)的 EVM 和 Q 值來(lái)判斷信號(hào)的質(zhì)量。通過(guò)多年技術(shù)積累，在相干檢測(cè)中全光采樣技術(shù)、超低時(shí)間抖動(dòng)采樣脈沖源的實(shí)現(xiàn)方法、以及相干檢測(cè)算法和軟件時(shí)鐘提取技術(shù)中取得突破。 圖1 高速光調(diào)制信號(hào)分析儀樣機(jī) 【性能指標(biāo)】 基于線性相干光采樣技術(shù)在國(guó)內(nèi)首次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試了4個(gè)ITU-T標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)信道下的128Gbps PDM-QPSK光信號(hào)，測(cè)量結(jié)果利用安捷倫的光調(diào)制分析儀作為對(duì)照參考，同樣信號(hào)下測(cè)得的 EVM 差值小于2%，Q 因子差值小于2dB。實(shí)現(xiàn)指標(biāo)包括全光采樣源時(shí)間抖動(dòng)為60.335fs，分析帶寬>1THz，時(shí)域分辨率200fs，待測(cè)光信號(hào)速率達(dá)到508.608Gbps，實(shí)測(cè)相位誤差小于1.5°，測(cè)量時(shí)間100ms，平均故障間隔時(shí)間MTBF 1000小時(shí)。開(kāi)發(fā)全光采樣時(shí)域分析數(shù)據(jù)解算軟件，可以實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)波形分析、速率測(cè)量和眼圖測(cè)量等功能。 圖2 測(cè)試架構(gòu) 圖3 窄帶光采樣結(jié)果 圖4 寬帶光采樣結(jié)果 【技術(shù)優(yōu)勢(shì)】 已經(jīng)研制出樣機(jī)。光采樣技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)電采樣方式，降低了系統(tǒng)帶寬要求，減緩了光電探測(cè)器和采集卡帶寬的瓶頸效應(yīng)，降低了成本和硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜度。同時(shí)，本產(chǎn)品所采用的線性光采樣技術(shù)，其靈敏度遠(yuǎn)高于非線性光采樣，且對(duì)高階調(diào)制格式具有同樣的處理效果和優(yōu)越性能，能全面分析信號(hào)特性。低成本高測(cè)量帶寬的線性光采樣技術(shù)已成為高速信號(hào)質(zhì)量檢測(cè)未來(lái)最有潛力的方向。

本成果提出了針對(duì)單幅無(wú)載波牛頓環(huán)干涉條紋的分析技術(shù)，可對(duì)球面元件進(jìn)行干涉測(cè)量，獲取球面曲率半徑和頂點(diǎn)位置，也可以用于測(cè)量介質(zhì)折射率和光源波長(zhǎng)。 一、項(xiàng)目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、技術(shù)分析 成果提出了針對(duì)單幅無(wú)載波牛頓環(huán)干涉條紋的分析技術(shù)，可對(duì)球面元件進(jìn)行干涉測(cè)量，獲取球面曲率半徑和頂點(diǎn)位置，也可以用于測(cè)量介質(zhì)折射率和光源波長(zhǎng)。相關(guān)技術(shù)于2013年提出，利用現(xiàn)代信號(hào)/數(shù)據(jù)處理方法，從一個(gè)新的角度解釋了牛頓環(huán)現(xiàn)象的本質(zhì)，直接可以通過(guò)單幅牛頓環(huán)條紋圖即可提取出被測(cè)球面曲率半徑、頂點(diǎn)位置（牛頓環(huán)環(huán)心）。相關(guān)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外均為首創(chuàng)，經(jīng)過(guò)8年的開(kāi)發(fā)和改進(jìn)，在科研和教學(xué)領(lǐng)域各開(kāi)發(fā)了一個(gè)原理樣機(jī)，具有很好的精度和很低的耗時(shí)的特點(diǎn)。相較其它技術(shù)而言，技術(shù)手段非常簡(jiǎn)潔，無(wú)需昂貴的光學(xué)硬件（移相器、載波調(diào)制），具有更高的抗干擾和抗噪聲能力，在低分辨成像和局部條紋中仍然可以獲得高精度測(cè)量結(jié)果（其它同類方法失效）。可以推廣到任何球面干涉測(cè)量領(lǐng)域，測(cè)量對(duì)象可以是任何球面元器件（眼鏡、光纖連接器、天文望遠(yuǎn)鏡等），也可以用于折射率和波長(zhǎng)測(cè)量領(lǐng)域，是一個(gè)應(yīng)用面很廣的基礎(chǔ)技術(shù)。

本成果通過(guò)云臺(tái)變焦跟蹤和大視場(chǎng)高分辨采集兩種技術(shù)分別用于實(shí)現(xiàn)大場(chǎng)地下運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作特寫和全景下運(yùn)動(dòng)軌跡的采集，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作捕捉和軌跡測(cè)量。 一、項(xiàng)目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、技術(shù)分析 在大型運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景中開(kāi)展的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，如冰雪運(yùn)動(dòng)，體操，田徑等，對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡與動(dòng)作分析技術(shù)有著迫切的需求，現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)分析設(shè)備通常只適合于在小范圍內(nèi)使用，解決大場(chǎng)景下的動(dòng)作捕捉與軌跡采集問(wèn)題主要采用多套系統(tǒng)采集領(lǐng)域拼接來(lái)實(shí)現(xiàn)，其施工難度和復(fù)雜度大，成本高。 所研發(fā)的成果具有以下特點(diǎn)： 通過(guò)云臺(tái)變焦跟蹤和大視場(chǎng)高分辨采集兩種技術(shù)分別用于實(shí)現(xiàn)大場(chǎng)地下運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作特寫和全景下運(yùn)動(dòng)軌跡的采集，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作捕捉和軌跡測(cè)量； 可以通過(guò)高精度伺服云臺(tái)光學(xué)投影器將記錄的軌跡數(shù)據(jù)以場(chǎng)地投影的形式在場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行再現(xiàn) 具有便攜性，可在目標(biāo)場(chǎng)地內(nèi)一兩個(gè)小時(shí)內(nèi)完成布置，開(kāi)始使用，隨用隨走。 所研發(fā)產(chǎn)品除了用于運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)過(guò)程的動(dòng)作分析以外，還可拓展用于遠(yuǎn)程虛擬對(duì)抗，遠(yuǎn)程體育訓(xùn)練教學(xué)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程的虛擬全角度數(shù)字采集與轉(zhuǎn)播等領(lǐng)域，在數(shù)字體育領(lǐng)域可能具有很大的推廣價(jià)值。

成果簡(jiǎn)介：近場(chǎng)聲全息噪聲源測(cè)量分析系統(tǒng)是一種先進(jìn)的 聲學(xué)測(cè)量、分析設(shè)備，可廣泛用于各類機(jī)電設(shè)備的噪聲源識(shí)別 以及聲學(xué)特性測(cè)試與分析過(guò)程，由于其具有極高的空間分辨率， 可實(shí)現(xiàn)聲源的精確識(shí)別與定位，在飛機(jī)、潛艇、高速列車、各 類車輛的聲學(xué)測(cè)試、噪聲治理、聲學(xué)故障診斷中有廣泛的應(yīng)用 前景。 主要功能包括：在不同聲學(xué)環(huán)境中對(duì)噪聲源進(jìn)行精確識(shí)別 與定位；精確重建聲源的表面聲壓和

簡(jiǎn)要說(shuō)明： 1．本外觀設(shè)計(jì)產(chǎn)品的名稱：便攜式元素成分分析儀。2．本外觀設(shè)計(jì)產(chǎn)品的用途：本外觀設(shè)計(jì)產(chǎn)品用于分析物質(zhì)元素組成和含量。3．本外觀設(shè)計(jì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：在于形狀。4．最能表明本外觀設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)的圖片。

項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容 ： 本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)一個(gè)能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)安全認(rèn)證 協(xié)議進(jìn)行形式化自動(dòng)分析的模型檢測(cè)系統(tǒng)， 該系統(tǒng)能夠自動(dòng)完成對(duì)協(xié)議的 建模、性質(zhì)歸納及協(xié)議系統(tǒng)模型的驗(yàn)證，并在發(fā)現(xiàn)協(xié)議漏洞時(shí)，以直觀的 圖形化界面顯示該漏洞的攻擊序列圖。 技術(shù)特點(diǎn) ：抽象性：該系統(tǒng)具有較高的抽象性。協(xié)議的建模和驗(yàn)證過(guò) 程對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是完全透明的

分布式光伏數(shù)據(jù)分析的主要內(nèi)容分為三大部分：動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析、諧波分析和故障事件分析。對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，軟件可以設(shè)置電壓、電流、角度、頻率等額定值和越限門檻值，并可以繪制發(fā)生故障時(shí)刻前后若干秒的電壓、電流、有功、無(wú)功曲線。諧波分析可以計(jì)算諧波電壓總畸變率、奇次諧波電壓含有率、偶次諧波電壓含有率、諧波電流是否越限。故障事件分析可以把故障數(shù)據(jù)解讀成便于閱讀的故障文件。 創(chuàng)新點(diǎn) 對(duì)采集的動(dòng)態(tài)電力數(shù)據(jù)可以形成完整的分析報(bào)告，并對(duì)故障事件形成完整的分析報(bào)告。 市場(chǎng)前景 電網(wǎng)運(yùn)行的各種場(chǎng)景，都會(huì)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)。為了在這些數(shù)據(jù)里找到有效信息，需要有數(shù)據(jù)分析軟件幫助用戶實(shí)現(xiàn)。只要是電網(wǎng)運(yùn)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，都能在該軟件框架的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析相關(guān)功能。目前已經(jīng)開(kāi)展針對(duì)分布式光伏及電采暖數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并可以形成完整故障報(bào)告。

產(chǎn)品詳細(xì)介紹JSB-4A型微機(jī)高速分析儀儀器簡(jiǎn)介： 該儀器適用于材料品種較多的實(shí)驗(yàn)室使用。大屏幕液晶顯示，中文菜單式操作，共四個(gè)通道，每個(gè)通道可貯存十條工作曲線，原則上可檢測(cè)四十種元素含量，檢測(cè)結(jié)果直接顯示并自動(dòng)打印，包含JSB-3A、JSB-3C的所有功能，可檢測(cè)的元素如：Mn、P、Si、Cr、Ni、ΣRE、Mg、Mo 、Cu、 Ti、V等多種元素。儀器主要特點(diǎn)：1、大屏幕液晶顯示，中文菜單式操作；2、共四個(gè)通道，每個(gè)通道可貯存10條工作曲線，原則上共可檢測(cè)40種元素含量；3、包含JSB-3A、JSB-3C所有主要功能，操作更簡(jiǎn)潔；4、通用儀器接口，便于更新升級(jí)。

產(chǎn)品詳細(xì)介紹JSB-3A型微機(jī)高速分析儀主要技術(shù)參數(shù)： 測(cè)量范圍：(以Mn、P、Si、稀土、Mg為例) Mn：0.01～20.50% P：0.0005～1.000% Si：0.01～6.00%儀器主要特點(diǎn)：1、每個(gè)通道可貯存3條曲線，原則上每個(gè)通道可檢測(cè)9個(gè)元素；2、通用儀器接口，便于更新升級(jí)。