高功率准连续波微型系统

日前，中科院合肥物质科学研究院等离子体所依靠自主创新，经过近两年的努力，成功研制了具有国际先进水平的稳态高功率微波测试系统，其频率为4.6GHz，平均功率为250KW，并圆满完成了测试实验。4.6GHz 250KW 测试系统　　实验结果表明，等离子体所自主研制的该套稳态高功率微波测试系统，其测试功率达到了稳态的250KW(平均功率密度为14.78KW/cm2)，这在C频段(4-8GHz)内达到了世界先进水平。美国麻省理工学院的同类系统最高参数为250KW，但其脉冲长度仅为5秒 国内同类系统的平均功率仅几十千瓦。　　其测试功能比国外的同类系统更加先进，它不仅可以测试速调管，还可以测试各种驻波情况下(包括满功率全反射条件下)的高功率微波器件，而国外同类系统只能测试处于匹配条件下的微波器件。参与测试实验的美、德专家组成员对该测试系统给予了高度评价，称其非常优秀(Excellent)。此外，国外的该类成套系统价格非常昂贵，如美国新大陆公司4.6GHz单套测试系统的报价近四千万元，而等离子体所自主研制的测试系统造价远低于其报价。　　稳态高功率微波测试系统是开展托卡马克低杂波电流驱动实验研究的必要平台，但在国际上只被美、欧、俄、日等发达国家的速调管制造商和少数研究机构所拥有，且其相关技术均保密。等离子体所依靠自主创新成功研制出该系统，使得我国稳态高功率微波测试系统的研制及测试达到国际先进水平。同时，该系统成为国际高功率微波器件测试的平台，为等离子体所进一步广泛深入地参与国际合作奠定了坚实的基础。实验成功后，德国AFT(Advanced Ferrite Technology 德国先进铁氧体科技公司)公司专家Arnold当场表达了进一步与等离子体所开展合作的意愿。250KW满功率稳态运行　　更重要的是，该系统的成功研制为EAST国家大科学工程(二期)辅助加热项目子系统——4.6GHz/4MW低杂波系统的建设积累了经验。并且，该套系统的工作频率为4.6GHz，这与国际热核聚变实验堆(ITER)计划的低杂波系统频率5GHz非常接近，因此，该系统的成功研制将为ITER低杂波系统的研制提供重要的技术和人才储备。　　成功研制该套系统的低杂波课题组是一支由十几位中青年科技人员组成的团队，包括三名研究员、三名副研究员及九名中初级科研人员和两名高级工，团队中有12位35岁以下的青年人才。该系统的研制让课题组成员得到了进一步的磨练和提高。美国CPI(Communications & Power Industries美国通讯电力工业公司)公司总工程师Steve对该团队能力称赞不已，并与课题组探讨团队的人才培养机制。　　该团队同时承担着高功率测试系统研制及实验、4.6GHz/4MW低杂波系统研制、2.45GHz低杂波系统升级、EAST及HT-7实验等多项繁重科研任务，为保证每一项科研任务都优质完成，课题组成员克服人手不足等多方面困难，坚持奉献精神，为科研事业付出了艰辛的努力。实验人员现场讨论

近日，大连化物所催化基础国家重点实验室二维材料化学与能源应用研究组(508组)吴忠帅研究员团队与单细胞分析研究组(1820组)陆瑶研究员团队，以及中国科学院深圳理工大学、中国科学院金属研究所成会明院士等合作，开发了高精度的光刻、自动喷涂和3D打印技术，研制出具有高系统性能和高集成度的小型单片集成微型超级电容器。 　　为适应小型化、可穿戴、可植入微电子设备的快速发展，需要发展具有小体积、高集成度、高性能和高兼容度的微型储能器件。平面微型超级电容器由于无需隔膜和外部金属连接线的特殊结构，同时具有可靠的电化学性能和易于调控的连接方式，在微电子领域有着重要的发展潜力。然而，由于缺少可靠的高精度微电极阵列制备和高效的电解液精确沉积技术，大规模制备高集成度、高性能的微型超级电容器仍具挑战。因此，急需发展创新性的微加工技术，来实现规模化、稳定性地制备高度集成、高性能、可定制的微型超级电容器。本工作中，合作团队发展了一种结合高精度的光刻、自动喷涂和3D打印技术的通用可靠策略，实现了高精度微电极阵列的大规模制备和凝胶电解质精确快速添加，研制出具有高面积数密度、高输出电压、性能稳定的集成化微型超级电容器模块。团队首先采用高精度光刻加工技术和高稳定性自动喷涂技术，制备出超小型集成化微型超级电容器，单个器件的面积仅为0.018cm2，器件间距为600μm，实现了面积器件数密度为每平方厘米28个，即3.5×4.1cm2区域内包含400个器件。随后，团队设计并发展了具有优异流变特性的凝胶电解质墨水，采用精确可控的3D打印技术，实现了极小区域内电解质的精确均匀添加，使得相邻单元微器件之间形成良好的电化学隔离，所得集成化微型超级电容器可以稳定输出200V的高电压，单位面积工作电压达75.6V/cm2，是目前已有报到工作的最高值。此外，该微型超级电容器模块在162V的极端工作电压下，循环4000次后，仍然保持92%的初始容量。该工作为超小体积、高电压微型功率源的发展奠定了一定的科学基础。 　　相关研究成果以“Monolithic integrated micro-supercapacitors with ultrahigh systemic volumetric performance and areal output voltage”为题，于近日发表在《国家科学评论》(National Science Review)上。该工作的共同第一作者是我所508组博士后王森和1820组博士后李林梅。上述工作得到国家自然科学基金、中科院A类先导专项“变革性洁净能源关键技术与示范”、大连市高层次人才创新支持计划、中国博士后科学基金等项目的资助。

美国BRANSON 2000bdc连续流大功率超声波破碎系统在制药行业的典型应用 技术特点： 1.应用了最新的超声波发生器技术和持续过程控制工艺 2.专利的闭环回路振幅控制使产品在操作性能、连贯性和生产效率方面有了更出色的表现 3. 内置数字控制、可从10至100范围进行调制。 4.最大处理流量38升/分，适生物制品制备与生产。 5. 液体接触部件皆以防腐蚀材料制造，延长使用寿命。 6.可以提供包括样品输送，冷却，自动控制的完整解决方案 2000bdc发生器20:1.120:2.220:3.330:1.540:0.440:0.8输出功率1100w2200w3300w1500w400w800w电源200-240V AC,50/60Hz,1￠频率20KHz20KHz20KHz30KHz40KHz40KHz 在青岛制药行业的应用：

船舶气象仪-一款有条不紊的微型气象传感器#2022已更新【品牌型号：天合环境TH-Y6】雷雨大风天气对船舶航行安全会带来很大影响，船舶在大风浪区域航行，将出现较剧烈的摇荡运动、降速、航向不稳定，以及由此引起的其他操纵方面的困难，甚至出现难以预料的危险，而且大雨、暴雨会引起能见度下降，影响航行安全。一、产品简介山东天合环境科技有限公司作为专业研发生产销售微型气象仪的企业，一直致力于微型气象仪和气象环境解决方案推广应用。具有完整的生产链、实力雄厚的技术团队和全面的营销团队，我们研发生产的超声波风速风向仪、五要素微气象仪、六要素微气象仪和小型自动气象站等气象产品，已广泛应用到气象监测、城市环境监测、风力发电、航海船舶、航空机场、桥梁隧道等领域，客户遍布全国各地，并取得了良好的社会效益和经济效益。TH-Y6型六要素微气象仪原理为发射连续变频超声波信号，通过测量相对相位来检测风速风向。与传统的超声波风速风向仪相比，我司产品克服了对高精度计时器的需求，避免了因传感器启动延时、解调电路延时、温度变化而造成的测量不准问题。TH-Y6型六要素微气象仪创新性地将气象标准六参数（环境温度、相对湿度、风速、风向、大气压力、压电雨量）通过一个高集成度结构来实现，可实现户外气象参数24小时连续在线监测，通过数字量通讯接口将六项参数一次性输出给用户。二、产品特点1、顶盖隐藏式超声波探头，避免雨雪堆积的干扰，避免自然风遮挡2、原理为发射连续变频超声波信号，通过测量相对相位来检测风速风向3、风速、风向、温度、湿度、大气压力、压电雨量六要素一体式4、采用先进的传感技术，实时测量，无启动风速☆5、抗干扰能力强，具有看门狗电路,自动复位功能,保证系统稳定运行6、高集成度，无移动部件，零磨损7、免维护，无需现场校准8、采用ASA工程塑料室外应用常年不变色9、产品设计输出信号标配为RS485通讯接口（MODBUS协议）；可选配232、USB、以太网接口，支持数据实时读取☆10、可选配无线传输模块，最小传输间隔1分钟11、探头为卡扣式设计，解决了运输、安装过程松动不准的问题☆三、技术参数1、风速：0～60m/s（±0.1m/s）；2、风向：0～360°（±2°）；3、空气温度：-40-60℃（±0.3℃）；4、空气湿度：0-100%RH（±3%RH）；5、大气压力：300-1100hpa（±0.25%）；6、压电雨量：0-4mm/min（±4%）7、功率:1.08W8、生产企业具有ISO质量管理体系、环境管理体系和职业健康管理体系认证☆9、生产企业具有知识产权管理体系认证证书和计算机软件注册证书☆四、产品尺寸图五、产品结构图六、注意事项1.传感器水平周围1米半径无遮挡，避免水滴飞溅影响2.传感器安装位置应避开强机械振动源3.传感器安装上方应为开阔区域，雨滴应直接滴落至传感器，应免二次滴落和连续水流冲击

2000bdc连续流大功率超声波破碎系统技术特点： 1.应用了最新的超声波发生器技术和持续过程控制工艺 2.专利的闭环回路振幅控制使产品在操作性能、连贯性和生产效率方面有了更出色的表现 3. 内置数字控制、可从10至100范围进行调制。 4.最大处理流量38升/分，适生物制品制备与生产。 5. 液体接触部件皆以防腐蚀材料制造，延长使用寿命。 6.可以提供包括样品输送，冷却，自动控制的完整解决方案性能参数： 2000bdc发生器 20:1.120:2.220:3.330:1.540:0.440:0.8输出功率1100w2200w3300w1500w400w800w电源200-240V AC,50/60Hz,1￠频率20KHz20KHz20KHz30KHz40KHz40KHz 在青岛制药行业的应用：

按照自然资源行业标准制定程序要求和计划安排，自然资源部组织有关单位制定了《海洋饱和软黏土强度的测定 微型十字板剪切仪法》等10项行业标准，并于2024年1月18日予以公示。其中4项标准涉及在线监测设备、便携设备等。一、《海洋饱和软黏土强度的测定 微型十字板剪切仪法》（报批稿）规定了微型十字板剪切仪测定饱和软黏土不排水抗剪强度的仪器及组件要求、仪器标定方法、试验步骤与要求和试验数据采集与处理方法等，适用于海洋原状或重塑饱和软黏土的不排水抗剪强度和灵敏度的室内或野外现场测定。二、《海上油气生产设施水文气象观测系统建设规范规范》（报批稿）规定了海上油气生产设施水文气象观测系统的选址、观测要素、系统组成、仪器安装、试运行管理、接收岸站的要求，适用于在海上油气生产设施上新建或升级改造的水文气象观测系统。海上油气生产设施水文气象观测系统的观测要素主要包括以下内容：a）水文要素应包括但不限于：流向、流速、水位、水温、波向、波高、波周期、潮高等；b）气象要素应包括但不限于：风向、风速、气温、气压、相对湿度、能见度等。海上油气生产设施水文气象观测系统主要包括：数据采集器、定位装置、方位传感器、风速风向传感器、气温和湿度传感器、气压传感器、波潮仪、能见度传感器、流速流向传感器、水温和盐度传感器、卫星通信系统、供电系统、防雷系统等。三、《海洋岸（岛）基水质自动监测站在线运行维护技术要求》（报批稿）规定了海洋岸（岛）基水质自动监测站在线运行维护管理基本要求、检查维护、质量保证与质量控制及运行维护记录等内容，适用于海洋岸（岛）基水质自动监测站在线运行维护管理工作。海洋岸（岛）基水质自动监测站用于海岸（岛）边海洋水质监测，通过系统集成技术、数据采集与传输技术及通讯网络集成的综合性监测系统。主要由站房、分析单元、采配水单元、控制单元、通讯单元和辅助设备等组成，其核心设备为在线分析仪器，可以定期或长期、在线、自动、连续地进行采集、处理、存储和传输监测数据。四、《走航式温盐深剖面测量仪》（报批稿）本文件规定了走航式温盐深剖面测量仪的要求、检验方法、检验规则以及标注、包装、运输和贮存。本文件适用于走航式温盐深剖面测量仪的设计、生产、试验和检验。走航式温盐深剖面测量仪以海上移动载体为使用平台，在规定航速范围内，利用可回收的测量探头进行海水温度、电导率和压力剖面测量的仪器。

【重点摘要】LiDAR微型化的障碍:a. 激光制程效率和自由空间传输方面的挑战。b. 传输-接收过程效率低和眼睛安全方面的担忧。c. 激光效率低且对温度敏感，需要复杂的封装。目前的方法:a. 基于固态技术的无移动部件视场（FoV）方法。b. 使用单一激光脉冲或电子扫描数组来处理FoV。c. 利用半导体技术的进步来开发LiDAR。d. 提及特定公司及其LiDAR技术。LiDAR微型化的障碍LiDAR微型化的主要障碍在于其所使用的激光技术。从电子产生称为光子的光粒子是一个复杂且效率低的过程。20世纪90年代，电信技術在将半导体激光器从研究实验室推进到大规模生产设施并将其整合到陆地和海底光纤网络中发挥了关键作用。然而，LiDAR由于需要在自由空间中传输激光能量，因此面临挑战。在LiDAR中发送和接收激光信号的过程效率低下，因为它受到大气吸收和与传输距离有关的光学连接损失的影响。实现高分辨率图像和快速帧率覆盖广泛视场（FoV）需要更高的半导体激光功率。这导致采用光学放大技术（使用光纤激光器）、使用大型激光数组（例如VCSELs）或在时间和空间上共享激光能量（通过扫描机构）等技术。安全性是一个重要关注点，尤其是涉及到人眼的情况。一些LiDAR系统使用波长在800-900nm范围内的激光，对于眼睛的安全性有限。使用1,300-1,500nm的激光可以提高安全性，但仍然存在维持特定性能水平所需的最大安全功率密度的限制。设计安全的解决方案需要笨重的系统封装和专用光学组件。激光系统以其效率低下和对温度的敏感性而闻名。激光器使用的电能中的大部分（约70-80％）被转化为热量，需要有效的管理策略。汽车温度变化带来额外的挑战，导致激光波长变化并进一步降低效率。常用于激光器的III-V半导体（例如GaAs或InGaAs）在较高温度和潮湿环境中降解更快。为了应对这些问题，需要使用主动冷却和更复杂的封装解决方案。在更广泛的LiDAR系统背景下，成功的微型化需要使用多种材料进行混合集成：复杂的III-V半导体、基于硅的电子组件、玻璃纤维、大型光学组件（例如聚焦镜头和隔离器）、扫描机构、有效的热管理和复杂的封装方法。目前的做法视野（FoV）的问题在于目前的固态方法中正在解决，这些方法不涉及移动部件。有两种主要方法来实现这一目标：单脉冲雷射或闪光：在这种方法中，使用单脉冲雷射或闪光来同时定位所有图像像素。一些采用此方法的公司包括PreAct、TriEye和Ouster。电子扫描阵列：此方法使用由单晶硅SPAD（单光子雪崩二极管）和GaAs VCSELs（垂直腔面发射激光器）组成的单片硅电子扫描数组，以序列方式定位视野中的不同区域。Opsys和Hesai等公司利用了这项技术。VCSEL-SPAD方法得益于智能手机中ToF（飞行时间）LiDAR的进步、商品化和集成，通常在905/940nm波长下运行（确切值可能有所不同且属专有信息）。另一种技术涉及通过称为光学相位阵列（OPAs）和波长分散的相位调整天线的组合进行光学扫描。这是在芯片尺寸的硅光子学平台上实现的，而Analog Photonics是该领域的一个显著参与者。该平台与调频连续波（FMCW）相干LiDAR兼容，可同时测量距离和径向速度，并在1,500nm波长范围内运行。PreAct专注于机舱内和面向道路的短程LiDAR。他们的方法是创新的，使用低成本、现成的CCD数组和LED光源（而非雷射）来生成基于间接飞行时间（iToF）原则的3D图像，类似于游戏应用程序中使用的原则。他们的TrueSense T30 LiDAR以惊人的高帧率150Hz运作，这对于需要快速反应的短程应用，如盲点避障和行人安全，至关重要。该设备的尺寸包括一个8MP RGB相机和将可见光和3D影像合并的电子组件。通过消除RGB传感器，可以进一步减小尺寸。TriEye的SEDAR（光谱增强检测和测距）是一种闪光LiDAR系统，采用基于1.3Mp CMOS的锗硅SWIR（短波红外）探测器阵列和内部开发的、Q开关、高峰值功率、固态泵浦二极管激光器来照亮整个视场。使用更高波长可以提高眼睛的安全边际，从而允许利用更高功率的激光。Opsys采用的电子可寻址高功率VCSEL和SPAD数组来实现无可动部件的固态LiDAR。该系统可以在汽车温度范围内运作，无需任何形式的主动冷却或温度稳定。Hesai正在积极为多个汽车客户生产AT128长程LiDAR（使用机械扫描的HFoV）。FT120是一款全固态LiDAR，采用电子扫描VCSEL和SPAD数组，针对短程应用进行了优化（盲点检测、机舱内等）。该公司于2023年1月上市，目前处于休整期。这表明他们的LiDAR技术仍在不断发展中。

微型激光测振仪在超声领域的应用最近几年，超声技术在各个领域的应用越来越多，比如利用超声波原理进行医学治疗的设备也在临床实践中被广泛应用。医学超声设备主要是基于高频振动波（超声波）传入人体组织，并在局部产生热效应、机械效应和空化效应，引起目标组织的改变，从而达到治疗的目的。昊量光电全新推出的微型激光测振仪是一种非接触式的振动测量仪器，能够精确测试医学超声设备的超声振动特性和模态，在产品的研发、质检和性能优化过程中起到了至关重要的作用。激光测振仪在医学超声领域的应用具有如下优势：1、激光聚焦光斑小、空间分辨率高，能够快速定位并测量超声手术刀、洁牙器等小尺寸超声器件；2、采用非接触式的测量方法，高效便捷，可以快速检测产线上的超声设备性能，确保产品一致性，甚至可以检测超声设备在工作状态下的超声波输出特性，更加真实地反映设备的实际使用性能；3、超声检测带宽大，最高可检测5MHz左右的高频超声，同时能满足20pm以下的微弱振动分辨率要求，检测精度极高；4、集成式光学自研芯片，无需额外控制器，体积小巧使得安装测试变得更加便捷，提高测量精准性！一、 超声换能器测振超声换能器是一种将电磁能转化为机械能（声能）的装置，通常由压电陶瓷或其它磁致伸缩材料制成，常见的超声波清洗器、超声雾化器、B超探头等都是超声换能器的应用实例。针对超声领域应用需求，昊量光电全新推出了一套完整的台架式超声振动测量仪。作为这款测量仪核心部件的激光传感器，利用了集成光学技术将原有复杂光学元器件集成于微小芯片中，结合具有自主知识产权的调频连续波（FMCW）相干光检测原理，以小型集成化的设计模式，实现了传统复杂大型设备的测量能力。测试：20kHz 频率功率换能器，工作距离：375px振动图谱：在换能器在各个位置的测量结果。当换能器频率在 Mhz 附近时，幅度测量对测量精度的要求大大提高。结果显示，昊量测振传感器能很好的分辨振幅的实时波形，得到 nm 级的测量精度。二、 超声手术刀超声手术刀是一种通过激发20 kHz~60 kHz 超声振动的金属探头（刀头），对生物组织进行切割、消融、止血、破碎或去除的外科手术仪器。超声手术刀的工作性能一般与刀头的超声输出功率、频率直接相关，因此对刀头的超声特性探测至关重要。超声手术刀的刀头尺寸一般为5-10 mm，这种小尺寸结构很难采用接触式传感器测量其超声特性，而激光测振仪则可以轻松将激光聚焦到刀头位置，精确测量超声振幅与频率。三、 超声洁牙器 超声洁牙器主要工作原理是：将高频振荡信号作用于超声换能器，利用逆压电效应（或磁致伸缩效应）产生超声振动并传递至工作尖，工作尖受到激励产生共振，利用工作尖的超声波共振可以将牙齿表面的菌斑、结石或牙周表面的细菌等清除。依据我国医药行业标准（YY 0460-2009）和国际电工委员会标准（IEC 61205：1993）,超声洁牙器工作尖的超声输出特性是重要的检测指标。常规超声洁牙器工作尖振动频率主要设计范围在18 kHz~60 kHz，其中以42 kHz工作频率最为常见。同时工作尖尺寸往往较小（＜1mm），无法采用传统的接触式振动传感器进行检测。因此，对于超声洁牙器振动性能的检测，通常采用激光测振仪完成，其非接触式的检测方式便于开展产线上产品的逐个检测，是产品良率和一致性的有力保障。某品牌的洁牙器尖端测振四、 超声焊接 超声波焊接是通过超声波发生器将50/60赫兹电流转换成15、20、30或40 KHz 电能。被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通过一套可以改变振幅的变幅杆装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传到待焊接工件的接合部，在该区域，振动能量被通过摩擦方式转换成热能，将塑料化。超声波不仅可以被用来焊接硬热塑性塑料，还可以加工织物和薄膜。五．技术参数介绍昊量光电全新推出的微型超声测振仪光学元件集成化可以实现更加复杂的设计和更多的功能。集成光学芯片可以在一个单一的光学基底上包含数十到数百个光学元件，包括激光器、调制器、光电探测器和滤波器等。相对于传统基于分立器件的多普勒测振仪，MV-H以其低功耗、高性能、小型化的优势，为客户带来了低成本、便于集成的解决方案，也为激光振动传感器的广泛应用奠定了基础。1.产品参数指标2.软件功能完善3.丰富的配件可选上海昊量光电作为这款微型超声测振传感器在中国大陆地区蕞大的代理商，为您提供专业的选型以及技术服务。 更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电关于昊量光电：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。

微型环境监测站-一款有求必应的超声波气象站#2022已更新【品牌型号：天合环境TH-CQX5_天合环境气象设备口碑不错_是值得信赖选择的好设备】农业在我国社会进步和经济发展的过程中占据了重要地位.我国因为农业领域的显著成果,成为闻名世界的农业大国,这与农业生产的蓬勃发展是息息相关的.气候因素作为影响农业生产的主要条件之一,也是在农业生产中较难把控的一个因素,一、产品简介TH-CQX5超声波气象站是一款高度集成、低功耗、可快速安装、便于野外监测使用的高精度自动气象观测设备。该设备免调试，可快速布置，广泛运用于气象、农业、林业、环保、海洋、机场、港口、科学考察、校园教育等领域。与传统的超声波气象站相比，我司产品克服了对高精度计时器的需求，避免了因传感器启动延时、解调电路延时、温度变化而造成的测量不准问题。该设备创新性的采用五要素一体式传感器，可对风速、风向、温度、湿度、气压等气象要素进行实时观测，可实现户外气象参数24小时连续在线监测，通过数字量通讯接口将五项参数一次性输出给用户。二、产品特点1、顶盖隐藏式超声波探头，避免雨雪堆积的干扰，避免自然风遮挡2、原理为发射连续变频超声波信号，通过测量相对相位来检测风速风向3、风速、风向、温度、湿度、气压五要素一体式传感器4、标配GPRS传输5、两米碳钢支架，顶部无需法兰盘可直接套接传感器6、传感器外壳采用进口ASA材质，更有效对抗盐雾等环境，防护等级达到IP65以上三、技术参数1)风速：测量原理超声波，0～70m/s（±0.1m/s）；2)风向：测量原理超声波，0～360°（±1°）；3)空气温度：测量原理二极管结电压法，-40℃～85℃（±0.3℃）；（北京市气象局校准证书）4)空气湿度：测量原理电容式，0～100%RH（±2%RH）；（北京市气象局校准证书）5)大气压力：测量原理压阻式，300hPa～1100hPa（±0.02hPa）；（北京市气象局校准证6)采集器供电接口：GX-12-3P插头，输入电压5V，带RS232输出Json数据格式,采集器供电：DC5V±0.5V峰值电流1A,7)传感器modbus、485接口：GX-12-4P插头，输出供电电压12V/1A,设备配置接口：GX-12-4P插头，输入电压5V8)太阳能供电、配置铅酸电池，可选配30W 20AH/50W 40AH/100W 100AH.充电控制器：150W，MPPT自动功率点跟踪，效率提高20%9)数据上传间隔：60s-65535s可调10)7寸安卓触屏，屏幕尺寸：1024*600 RGB LCD四、产品尺寸图五、产品结构图六、上位机软件介绍1、PC单机版数据接收、存储、查看、分析软件2、支持串口数据接收、处理、展示3、支持json字符串、modbus485等通信方式4、可自设置存储时间，modbus485采集模式下可自设置采集时间5、支持自助增加、删除、修改监测参数的协议、名称、图标等6、支持数据后处理功能7、支持外置运行javascript脚本

大脑深部区域与基本生命功能密切相关，在各种神经疾病中均观察到深部大脑的结构和功能异常，例如帕金森病、阿尔茨海默症、抑郁症和强迫症等。但在啮齿类动物研究模型中，由于神经组织，特别是胼胝体，具有对光的高散射光学特性。如何突破成像深度极限，在自由活动动物上对距离脑表层深度＞1 mm的结构进行成像存在极大的挑战。三光子成像技术的出现将成像深度大大扩展至1500 μm，为非侵入式深脑成像带来了曙光。北京大学研发团队最新发文Nature Methods图1.文章截图Zhao, et al. (2023). Miniature three-photon microscopy maximized for scattered fluorescence collection. Nat Methods. 10.1038/s41592-023-01777-3.[1]解析脑连接图谱和功能动态图谱是我国和世界多国脑计划的一个重点研究方向，但传统的多光子显微镜进行常规脑成像通常需要将动物的头部固定在台式显微镜上，这严重限制了模式动物的自由生理状态。为此需要打造自由行为动物佩戴式显微成像类研究工具。※ 2017年，北京大学程和平院士团队成功研制第一代 2.2g微型化双光子显微镜，获取了小鼠在自由行为过程中大脑皮层神经元和神经突触活动的动态图像。※ 2021年，该团队的第二代微型化双光子显微镜将成像视野扩大了 7.8 倍，同时具备获取大脑皮层上千个神经元功能信号的三维成像能力。※ 2023年2月，北京大学程和平-王爱民团队再一次实现技术突破，将微型化探头与三光子成像技术结合，并在 Nature Methods 发表文章 “Miniature three-photon microscopy maximized for scattered fluorescence collection ”。文章报道了仅2.17g的微型化三光子显微镜，首次实现对自由行为小鼠的大脑全皮层和海马神经元功能成像，为揭示大脑深部结构中的神经机制开启了新的研究范式。图2. 小鼠佩戴微型化三光子显微镜探头SUPERNOVA-3000应运而生依托专业的研发团队和深厚的技术积淀，SUPERNOVA-3000应运而生。SUPERNOVA-3000通过高度集成化、系统化、工业化设计将微型化探头的重量控制在2.2g。搭配独有的光学设计突破微型化显微镜的成像深度极限，在全球范围内开创性构建自由行为动物深脑成像“新范式”。自由行为动物非侵入式深脑成像解决方案Go deeper利用五阶非线性效应以及穿透力更强的激发荧光（1300 nm），一举突破此前微型化多光子显微镜的成像深度极限。图3. 荧光激发示意图图4. 小鼠脑组织中散射长度的光谱分布[2]显微镜激发光路可以穿透整个小鼠大脑皮层和胼胝体，实现对小鼠海马CA1亚区形态及功能的直接观测记录。神经元钙信号最大成像深度可达1.2 mm，血管成像深度可达1.4 mm。图5. 微型三光子显微镜记录小鼠大脑皮层L1-L6和海马CA1的结构和功能动态。CC：胼胝体。绿色代表GCaMP6s标记的神经元荧光钙信号，洋红色代表硬脑膜、微血管和脑白质界面的三次谐波信号。More Freedom&bull 2.2g新型微型化探头微型化探头通过新型内嵌阿贝聚光镜复合式光学构型，体积仅2 × 1.6 × 0.9 cm3，实现飞秒激光脉冲无畸变传输、高质量激光汇聚、高效率荧光收集和激发。开创性的将三光子光学组件高度集成在一个微型化探头内。同时外壳使用超轻金属，重量仅2.2g既轻盈又坚固，搭配电动变焦模块、定制光纤、光屏蔽GaAsP PMT，保证了对自由运动小鼠深脑神经活动的高稳定性、高分辨成像。图6. 小鼠佩戴微型化三光子探头&bull 激光传导光纤--空芯光子带隙光纤系列光纤均具有准单模传输、低损耗、低非线性、低色散、高激光器损伤阈值的特点。高效率传输1300 nm飞秒脉冲激光，将空间光路转变为光纤传输，强抗弯折性能，使自由运动下观察成为可能。图7. 空芯光子带隙光纤截面和输出光斑示意图图8. 出口处激光脉冲时间剖面Less damage&bull 非侵入式手术◎ 深脑成像避免使用GRIN Lens，对小鼠大脑损伤更小，避免影响小鼠正常神经生理状态◎ 无GRIN Lens，成本更低◎ 手术便捷，成功率更高&bull 超低光毒性散射荧光增强收集系统——深脑超低功率成像SUPERNOVA-3000创新的使用微型阿贝聚光镜与无限远物镜密接提高散射光的收集效率，李斯特微型管镜复用简化结构，优化光路设计，提高荧光收集效率的同时，保证了大视场分辨率。总体上，散射荧光增强收集构型使微型化显微镜的散射荧光收集效率实现了成倍的提升，实现了在超低成像功率下对自由运动小鼠大脑深部脑区神经元活动进行实时监测。图9. 散射荧光增强收集构型基于散射荧光增强收集构型，实现全皮层钙信号成像仅需几个毫瓦，海马钙信号成像仅需要几十毫瓦，大大低于组织损伤的安全阈值。因此，SUPERNOVA-3000可以长时间、不间断连续观测神经元功能活动，且不产生明显的光漂白与光损伤。图10. AAV-hSyn-GCaMP6s病毒注射小鼠大脑不同深度脑区超低功率钙成像生物应用动物自由运动成像&bull 行为学实验下的小鼠顶叶后皮质 L6（PPC L6）的神经元钙活动（成像深度650 μm）微型化三光子显微镜可以搭配不同行为学实验的深部脑区进行单细胞级的稳定高时空分辨率成像，满足实时监测单个神经元的活动，结构变化以及不同功能神经元分类等实验需求。图11. 行为学实验下小鼠大脑PPC L6的神经元活动&bull 自由运动小鼠大脑海马CA1亚区的神经元钙活动（成像深度1.2 mm）安全激光功率下通过非侵入式手术对背侧海马CA1（深度达1.2 mm）的钙活动进行成像，监测神经元的钙活动轨迹，并与小鼠行为视频进行同步。图12. 自由运动小鼠大脑海马CA1亚区的神经元活动&bull 长时程监测自由运动小鼠大脑海马CA1亚区的神经元钙活动（成像深度978 μm）在8.35 Hz的成像速率下，进行100分钟不间断连续监测采集自由运动小鼠大脑海马CA1亚区神经元活动，钙信号瞬态特征无明显变化（平均振幅，衰减时间常数，SNR）图13. 100分钟不间断采集自由运动小鼠大脑海马CA1亚区神经元活动小鼠大脑组织3D重构国际影响--Nature Methods 发表社评图14. 文章部分截图Benjamin F. Grewe et al. Nat. Methods https://doi.org/10.1038/s41592-023-01808-z [3]3月，Nature Methods期刊邀请Benjamin F. Grewe等领域专家发表在线社评文章Deep brain imaging on the move ，特别指出微型化三光子显微镜对于深脑成像的重要意义。三光子成像则将可到达的成像深度大大扩展至1500 μm。因此，在小鼠中，微型化三光子显微镜将直接实现对整个大脑皮层及下方区域，例如海马CA1进行成像，同时保留完整的大脑皮层结构投影。随着微型化三光子显微镜SUPERNOVA-3000的出现，神经科学的研究人员将可实现对例如涉及纹状体结构的，大脑皮层及皮层下方脑区之间的神经网络进行深入研究图15. 微型化三光子显微镜SUPERNOVA-3000【参考文献】[1]Zhao, C., Chen, S., Zhang, L., Zhang, D., Wu, R., Hu, Y., Zeng, F., Li, Y., Wu, D., Yu, F., et al. (2023). Miniature three-photon microscopy maximized for scattered fluorescence collection. Nat Methods. 10.1038/s41592-023-01777-3.[2] N. G. Horton, K. Wang, D. Kobat, C. G. Clark, F. W. Wise, C. B. Schaffer, and C. Xu, Nature Photonics 7, 205- 209 (2013)[3]Lecoq, J.A., Boehringer, R., and Grewe, B.F. (2023). Deep brain imaging on the move. Nat Methods. 10.1038/s41592-023-01808-z.

p　　微型光谱仪为什么会获得巨大的成功?不仅是因为光谱仪的小型化，而且是由于模块化概念和光纤的使用。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="01.jpg" style="HEIGHT: 269px WIDTH: 450px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/b1002693-d88e-4de6-8426-210614b0e78b.jpg" width="450" height="269"//pp style="TEXT-ALIGN: center" 微型光纤光谱仪/pp　　所有的光谱应用系统都可以概括为三个组成部分：光谱仪、光源和采样部件。/pp　　以前，我们搭建一个光谱应用系统时在在设计光路上要花费很多精力、时间和费用，如何将光照射到样品上，如何收集从样品发出的光，再将光有效地耦合到光谱仪中去？每个不同的应用都需要重新设计。/pp　　如果将光源、光谱仪、采样部件都设计成具有标准光纤接口的模块。我们只需要根据应用的需要，譬如工作的波长范围，分辨率，选择适合的光谱仪模块、光源模块和采样部件模块。然后用光纤将光从光源模块引导到采样部件模块，再从采样部件模块的另一端引导到光谱仪(如图所示)，光谱仪再将数字信号传输到电脑。不同的应用只不过是更换不同的光源模块、采样模块、光谱仪模块，无需每次都要重新设计应用系统的光路，只需用光纤将这些模块连接起来即可。由此可见光纤的重要作用。这就是为什么通常将微型光谱仪称为微型光纤光谱仪。光纤的“柔韧可弯曲性”，带来的另一个好处是可以将采样探头带到许多难于抵达的或危险的待测点，实现远程测量。/pp　　不仅如此，在作为核心的光谱仪模块上，除了有光的接口以外，还有电的通信接口，除了把光谱数据输出到电脑以外，电脑还可以向光谱仪下达各种操作和控制指令，设置光谱仪的工作条件，使光谱测量智能化。像孩子们可以用乐高积木模块搭建出各种东西一样，光纤将光谱仪模块它和其它光源模块，采样模块连接在一起，开启了智能的光谱应用的“乐高”时代。电子工程师都熟知在“面包板”上，将各种电子器件连接成完成具备某种功能的系统，现在，我们可以用光纤将各种光学模块连接成一个完整的光谱应用系统，这将引领一场技术革命。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="02.jpg" style="HEIGHT: 319px WIDTH: 450px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/ef3affb7-27f5-495d-9355-a65bdd32b584.jpg" width="450" height="319"//pp style="TEXT-ALIGN: center"模块化的微型光谱仪应用系统/pp　　strong一、光谱仪模块的选择/strong/pp　　光谱仪根据对响应波段、分辨率、灵敏度、信噪比等要求的不同，也会有不同的型号可供选择。/pp　　对于主要进行近红外光谱检测的客户来说，可以选择装配有InGaAs探测器的光谱仪，这种类型的探测器，对近红外信号的响应，远高于常规的硅基底探测器。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="03.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 300px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/9fd16553-bf4d-4d2b-a0f7-a345f4ce61ba.jpg" width="300" height="200"//pp style="TEXT-ALIGN: center" 配有InGaAs探测器的近红外光谱仪/pp　　需要检测微弱信号的客户，可以选择面阵探测器的光谱仪，这类探测器，配合相应的光路，可以收集更多的光子，从而提高仪器的灵敏度。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="04.jpg" style="HEIGHT: 300px WIDTH: 300px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/6da67f6e-c115-45d1-b13e-ba07e35f6e75.jpg" width="300" height="300"//pp style="TEXT-ALIGN: center" 微弱信号检测光谱仪/pp　　高分辨光谱仪，通常有着更大的光学平台和较小的狭缝，能够区分临近的光谱峰位。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="05.jpg" style="HEIGHT: 238px WIDTH: 300px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/392bb941-3a35-4a9c-8b95-cd446e86a858.jpg" width="300" height="238"//pp style="TEXT-ALIGN: center" 高分辨率光谱仪/pp　　希望获得更高信噪比的用户，装备有深度制冷型探测器的光谱仪会是一个好的选择。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="06.jpg" style="HEIGHT: 263px WIDTH: 300px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/e360807d-2a4e-44e5-8537-e1903e84884b.jpg" width="300" height="263"//pp style="TEXT-ALIGN: center"strong /strong高信噪比、制冷光谱仪/ppstrong　　二、光源的选择/strong/pp　　光谱检测四个字中“光”对于整个检测而言，重要性不言而喻。一个模块化光谱应用系统大体分为三个部分：光谱仪，光源和采样附件，只需选择对应的模块，就可以实现吸光度、荧光、拉曼等检测。/pp　　模块化光谱仪的优势在于，减少搭建光谱应用系统的时间和费用，不再需要去考虑对于光路的设计，提高了使用的灵活度(使得测试应用不再局限于实验室，在线工业环境、野外等也都能轻松驾驭)，只需要更多其他模块就能实现其他的检测方案。涉及光谱的多种检测方式，如颜色检测、荧光检测、吸光度检测和辐照检测等，都需要在正确光源模块的照射或激发下，通过对样品发散出的光进行收集，并有效耦合到光谱仪中，才能实现一个完整的检测。也就是说，没有稳定光源，整个应用系统的测量是无法完成。光谱仪厂商如何帮助用户挑选到稳定、合适的光源模块满足其检测需求就显得尤为重要。/pp　　不同检测方式，决定了不同光源的挑选。根据不同波长，不同测量意图与输出形式作为参考标准，方便使用者进行选择。/pp　　按照光源的波长进行分类主要分为UV、VIS、NIR波段，即可以分为紫外、可见、红外波段的光源。这里主要针对测量应用目的：校准、激发和照明，对光源进行介绍。/pp　strong　2.1校准光源/strong/pp　　使用氘卤钨灯可以实现在紫外-可见-近红外波段为校准光谱仪系统的绝对响应提供最可靠的数据。结合相关的算法软件，可以精准的确定在210-2400nm波长范围内的光谱绝对强度值。而卤钨灯针对可见光与近红外光谱仪，可覆盖光谱范围350-2400nm。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="07.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/f854cf8e-50f6-403f-a86a-1fd0bcf997b7.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center" 氘卤钨灯/pp　　对于波长校准光源，汞氩灯适用于紫外-可见-近红外区域光谱，可以产生253-922nm的一级汞氩谱线和到1700nm的二级氩透射谱线，从而能够迅速可靠地实施光谱波长校准 氪灯、氙灯和氖灯适用于可见-近红外区域光谱，分别能够产生432-1785nm、452-1984nm、540-754nm范围的透射谱线 氩灯是专为近红外光谱仪设计的波长校准光源，通过产生696-1704nm的低压氩透射谱线，对光谱仪进行波长校准。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="08.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/cdad1280-a7ed-4521-93ad-344da9fc4033.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center" 汞氩灯/ppstrong　　2.2 激发光源：/strong/pp　　使用高闪光频率的脉冲氙灯作为激发光源，波长范围185-2000nm，覆盖了紫外-可见-近红外波段，可应用于比如吸光度检测，通过添加单波长滤光片可实现荧光检测。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="09.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/d44641a1-6f58-45d4-a0ce-4e92b9b6cca0.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center" 脉冲氙灯/pp　　使用LED光源，可以高效耦合光纤，在连续或外部触发模式下专有电子可提高稳定的高电流操作，波长范围为240-700nm，覆盖了紫外-可见光波段，是荧光检测的理想选择。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="10.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/251e7fb4-55e7-4ef2-a49c-eb04e23a546c.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center" LED光源/pp　　使用氘卤钨灯是检测不同光谱范围具有多种特征样品的理想选择，可灵活分析不同样品特性，波长范围为210-2400nm，覆盖了紫外-可见-近红外波段，可应用于吸光度检测，透反射检测。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="11.jpg" style="HEIGHT: 270px WIDTH: 300px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/d45e2ef2-7bc0-413c-9b82-c418e2cbb59c.jpg" width="300" height="270"//pp style="TEXT-ALIGN: center" 氘卤钨灯/pp　　使用高功率激光光源，激发波长分为532、638、785和1064nm等多种波长，基于其多模二极管激光器产生窄光谱线，优化了激光驱动器和热电冷却性能，其稳定性和性能大大提升，可应用于拉曼检测的激发光源。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="12.jpg" style="HEIGHT: 265px WIDTH: 300px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/861ef25d-0a69-46d0-af61-044075017c30.jpg" width="300" height="265"//pp style="TEXT-ALIGN: left"strong 　　照明光源/strong/ppspan style="FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai"　　氘卤钨灯光源，覆盖了紫外-可见-近红外波段，可应用于吸光度检测，荧光检测，透反射检测。/span/ppspan style="FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai"　　LED光源，覆盖了紫外-可见光波段，可应用于荧光检测。/span/ppspan style="FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai"　　氙灯，可覆盖紫外-可见光波段，可应用于吸光度检测，荧光检测和透反射检测。/span/ppspan style="FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai"　　卤钨灯，覆盖了可见-近红外波段，波长范围为360-2400nm，可应用于吸光度检测，荧光检测，透反射检测。/span/ppspan style="FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai"/span /pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="13.jpg" style="HEIGHT: 225px WIDTH: 250px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/f7cc7e1b-867c-4bc8-ad85-bdf9531e0c93.jpg" width="250" height="225"//ppspan style="FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai"/span /ppstrong　　三、采样附件/strong/pp　　采样附件的作用包括：采集光谱信号或者激发能量，传输信号并与样品互相作用。不同的应用，对应的采样附件也有所不同。/pp　strong　吸光度测量：/strong/pp　　a. 高浓度样品：使用短光程的采样池，提供250um，500um等短光程的比色皿及支架 /pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="14.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/56549904-4f7b-4f7a-af6f-c4a88e4ed813.jpg"//pp　　b. 低浓度样品：比如针对低浓度的流动样品，我们可以选择使用长光程的采样池，根据不同的样品浓度还可以选配250cm，500cm等的不同光程；/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="15.jpg" style="HEIGHT: 203px WIDTH: 250px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/1e44c862-0b5d-4678-8b5e-fad6fc5d6c3f.jpg" width="250" height="203"//pp　　 c. 同样针对流动样品的吸光度测试，Z形的样品流通池是比较理想的选择，同时根据测试液体的不同特性(比如腐蚀性较强、酸碱性较强等)、不同的使用环境(工业现场、实验室等)，选择不同材质及不同类型的流通池。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="16.jpg" style="HEIGHT: 226px WIDTH: 152px" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/801419c6-0b07-42e9-90fc-75288d750537.jpg" width="478" height="226"/img title="17.jpg" style="HEIGHT: 148px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/4e510bab-b504-4649-8327-cb2c315a0f11.jpg" width="200" height="148"/ img title="18.jpg" style="HEIGHT: 152px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/b437d279-cfc6-4512-aaea-2de148ffc8fc.jpg" width="200" height="152"//pp　　d. 如果环境温度对测试样品影像比较大，或者需要了解样品在不同温度下的性能差异，就需要采用控温装置对测量样品进行恒温或者变温测试，那一个简单的控温装置就能帮您解决问题。/pp style="TEXT-ALIGN: center"strongimg title="19.jpg" style="HEIGHT: 214px WIDTH: 250px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/ec6912f2-5fff-44bd-8c28-aeeacdde5c99.jpg" width="250" height="214"//strong/ppstrong　　/strongstrong气体吸光度测量/strong：White Cell/pp　　针对气体的吸光度测量，可以选择气密性较好、易存储气体的样品池，等等。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="20.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/914d2966-3fe2-43d3-be5a-403ff05b4bbc.jpg" width="200" height="200"//pp　　strong 反射测量：/strong/pp　　a. 被测样品状态?液体?固体?/pp　　针对于不同的样品状态,需要选择不同的采样装置.例如:光滑的镜面/平面固体,可以采用标准反射探头和探头支架进行反射率采集(如图) /pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="21.jpg" style="HEIGHT: 194px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/f24c6146-e269-4935-bc6f-848ea5bc9075.jpg" width="200" height="194"/ img title="22.jpg" style="HEIGHT: 159px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/d5c2b82d-7197-4ee6-b5b2-b889bceba70d.jpg" width="200" height="159"//pp　　粉末状或者颗粒状的样品可以放在托盘中使用旋转方式采集平均反射光谱(如图) /pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="23.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/bcc4d3c2-e2bf-44fd-b618-40b4037ce7c0.jpg" width="200" height="200"//pp　　在一些行业标准要求下，也会选择用积分球进行样品采集(如图) 对于液体样品，常用的方法是将探头固定在静止液面的上方。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="24.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/d917a63c-ccbf-48d7-a5c8-79b9889cd291.jpg" width="200" height="200"//pp　　b. 被测样品是平面还是曲面?/pp　　对于平面样品，通用的反射采样装置都可以直接使用，根据测样探头放置角度的不同，可测出漫反射或者镜面反射 对于曲面样品，常用的做法是采用显微镜进行固定单点检测。在曲率不大的情况下，曲面反射率检测也可以用曲面探头支架(图)对探头进行固定，从而进行测量。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="25.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/e8f44b57-e8ea-4c59-bcd8-d74bbdff0247.jpg" width="200" height="200"//pp　　c. 测量镜面反射还是漫反射?/pp　　样品的反射率包括镜面反射和漫反射。如果需要测量漫反射，通用的方法是采用积分球进行样品反射光谱收集。/pp　　如果测量镜面反射，可以使用一些固定角度的支架，如45° 固定支架(图)进行反射测量。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="26.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/c5ceb3fb-954b-446d-a9d7-73ab553645f5.jpg" width="200" height="200"//pp /pp　　d. 是否需要变角度反射率测量?/pp　　大多数样品进行反射率检测时，都采用固定角度进行检测，如90° ，45° 等。有一些特殊样品如光子晶体，在不同角度进行测试时，反射光谱(或反射率)有明显的变化，此时需要采用可调角度支架及光纤进行反射率测试。/pp　　e. 如何测出稳定/准确的反射率?/pp　　测出稳定/准确反射率需要注意三点：/pp　　1. 稳定：测量支架稳定，包括装载探头的支架本身是稳定的，探头(或其他采样附件)到样品的距离是稳定的。在实验室检测中，可以选择自重较重、有刻度、或者可以机械调节距离的支架来进行检测(图)/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="27.jpg" style="HEIGHT: 339px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/c7aa85a3-06d7-49f4-b4e7-0f5a6ff9773f.jpg" width="200" height="339"//pp /pp　　光源稳定，通常选用卤钨灯光源(图左)， 紫外测量选用氘钨灯光源(图右)/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="28.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 220px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/e7150da7-5a0b-46b1-8f21-d49a7d795678.jpg" width="220" height="200"/ img title="29.jpg" style="HEIGHT: 187px WIDTH: 250px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/a0b74519-c47b-4754-88b6-1595d2b1f594.jpg" width="250" height="187"//pp style="TEXT-ALIGN: center" /pp　　2. 选择合适的参考标准/pp　　不同表面的样品需要选择不同的参考标准，这样测出的反射才会更加准确。例如镜面样品，可选的参考标准为铝镜(左图) 抛光面金属样品或者无机材料，可以选择硅片作为标准(中图) 粉末材料或者粗糙面样品，可以选择PTFE或者硫酸钡作为标准(右图)/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="30.jpg" style="HEIGHT: 220px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/166ef804-8599-4982-818f-7e905fecaf7d.jpg" width="200" height="220"/img title="31.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/baeddf6a-c80f-43ba-b462-b4ddadc5fd00.jpg" width="200" height="200"/img title="32.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/3a3de4f3-779a-4faa-a69e-6115e15ba8ec.jpg" width="200" height="200"//pp　　更为精确的反射率测量，还可以选择不同范围的经过标定的材料作为反射标准，/pp　　strong荧光测量/strong：/pp　　a. 什么类型的荧光测量?有机荧光?无机荧光?/pp　　对于有机荧光的激发，常用氙灯加滤光片来选择激发波长(图)，或者用激光器作为激发波长来源 /ppimg title="33.jpg" style="HEIGHT: 183px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/ee16b033-7e1e-4f86-9057-80f04349c28a.jpg" width="200" height="183"/img title="34.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/6c82f818-49dd-4084-8b8d-d0ecbd0d0782.jpg" width="200" height="200"/img title="35.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/6fff5e5c-fef6-4eb7-8a80-afb058b7ce69.jpg" width="200" height="200"//pp style="TEXT-ALIGN: left"　　无机荧光可以选用LED光源作为激发光源(图)，主要看样品需要的激发波长的能量值高低。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="36.jpg" style="HEIGHT: 342px WIDTH: 125px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/fe070088-7ee7-4157-8b36-c86fbbdd5393.jpg" width="125" height="342"//pp　　b. 样品是液体还是固体?/pp　　对于液体样品，可以放置入比色皿内进行检测，常用的方法是激发光与发射光接收呈90° ，以避免激发光干扰(左图) 如果是在线荧光检测，也可以选用荧光测量流通池(右图)/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="37.jpg" style="HEIGHT: 250px WIDTH: 250px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/72cfa1ee-627c-4c0d-80d9-fa4cc890e599.jpg" width="250" height="250"/ img title="38.jpg" style="HEIGHT: 250px WIDTH: 250px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/d91a81eb-ba4e-4d82-813c-cdc69287277b.jpg" width="250" height="250"//pp　　对于固体样品，可以采用探头或者积分球的方式进行采样，和测量反射率类似。为避免激发光干扰，可以在探头或积分球连接光谱仪一端加上高通滤光片，将激发光屏蔽，如果是上转换荧光检测，则需要加低通滤光片。/pp　　strong辐射度测量：/strong/pp　　a. 测量什么东西的辐射度?太阳?LED灯?普通光源?/pp　　户外测量太阳辐照度，通常采用余弦校正器接在光纤前端进行测量(图)，也有部分用户使用积分球进行检测，目的都是匀化被测光源，降低光纤晃动引起的测量干扰。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="39.jpg" style="HEIGHT: 105px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/c9ce126e-0c37-4d02-b7bb-d722235e91b5.jpg" width="200" height="105"//pp　　b. 检测视场角要求是什么/pp　　一般光纤的数值孔径是0.22，视场角大约是25° ，余弦校正器可以接受180° ，积分球通常认为是360° 接收角。/pp　　在一些行业内，会有对辐射监测视场角限定的要求。例如在海洋监测领域，对海面反射太阳光/海水辐射的检测会要求限定14° 或其他角度进行监测，此时可以用视场角限定片来固定光纤的接受角度(图)/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="40.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/30a6e100-774a-4103-9046-0d663fc1363c.jpg" width="200" height="200"//pp style="TEXT-ALIGN: right" （内容来源：海洋光学）/p

波长调谐范围覆盖6-20μm的高重复频率（10 MHz）、高平均功率（10 mW）飞秒激光源具有重要的应用，由于大量分子在这个波段具有振动跃迁，因此有望用于痕量气体检测以及对由气体、液体或固体组成的复合系统进行与物理、化学或生物学相关的非侵入性诊断。但由于增益介质的缺乏，这些中红外源通常利用高功率近红外飞秒激光器驱动光学差频产生（DFG）来实现：近红外激光脉冲的一部分用作泵浦脉冲，另一部分采用非线性波长转换产生波长可调的信号脉冲，泵浦脉冲和信号脉冲之间的DFG产生可调谐的中红外脉冲。利用传统非线性光学手段产生的信号光脉冲能量较低，限制了中红外光源的功率，导致长波中红外飞秒光源无法广泛应用。针对该难点，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心L07组在长期开展基于超快激光脉冲产生及波长转换的基础上，利用自相位调制的光谱旁瓣滤波（SPM-enabled spectral selection，SESS）技术，基于高功率掺铒光纤激光器在高非线性光纤中得到了波长范围覆盖1.6-1.94μm、功率高达300mW（~10nJ）的信号脉冲，再与1.55μm的泵浦脉冲在GaSe晶体中差频得到了波长覆盖7.7-17.3μm的中红外激光脉冲，最大平均功率可达58.3mW。图1. 实验装置图实验装置如图1所示，前端为自制的高功率掺铒光纤激光器系统，重复频率为32MHz，经过啁啾脉冲放大后得到平均功率为4W、脉冲能量为125nJ、宽度为 290fs的脉冲。将激光脉冲分成两份，一份作为泵浦脉冲，另一份耦合到SESS光纤中进行光谱展宽。光纤输出处的展宽光谱由二向色镜分离，长通滤波器（图中的LPF1）将最右边的光谱旁瓣过滤出来作为信号脉冲。泵浦脉冲经过时间延迟线与信号脉冲在时间上重合后聚焦到GaSe晶体上，光斑大小约为50μm。再通过另一个截止波长为4.5μm的长通滤波器，生成的中红外光束经焦距为75mm的90°离轴抛物面镜准直。利用校准的热敏功率计测量中红外脉冲的平均功率，傅里叶变换红外（FTIR）光谱仪来测量输出光谱。图2（a）为1mm-GaSe后输出光谱和功率，光谱范围为7.7-17.3μm，最大平均功率为30.4 mW。为了进一步提高输出功率，我们采用2mm厚的GaSe晶体，结果如图2（b）所示，整个光谱调谐范围内脉冲功率均大于10mW，最大平均功率达58.3mW。相比于以往基于掺镱光纤的中红外光源，本研究成果将DFG平均功率提高了一个数量级，并首次实验上观测到了工作在光参量放大机制下的高重频DFG过程。该高功率长波中红外光源基于结构紧凑的光纤激光器，可以用于实现中红外双光梳，从而推动中红外光梳在精密光谱学中的前沿应用。相关结果发表在最近的Optics Letters上（https://doi.org/10.1364/OL.482461），被选为Editor's Pick并成为当天下载量最多的5篇论文之一。图2. 在不同厚度GaSe后测量到的中红外光谱和功率:（a） 1mm-GaSe（b）2mm-GaSe。该工作得到了国家自然科学基金（批准号：No.62227822和62175255）、中国科学院国际交流项目（批准号：No. GJHZ1826）和国家重点研发计划（批准号：No. 2021YFB3602602）的支持。论文第一作者为物理所博士生刘洋，常国庆特聘研究员为通讯作者，赵继民、魏志义研究员也参与了该工作的设计和讨论。

近日，中国科学院微小卫星创新研究院发布大型力学测试系统项目中标结果，苏州苏试试验集团股份有限公司以799.6万元中标。主要标的信息：供应商名称货物名称货物型号货物数量货物单价苏州苏试试验集团股份有限公司大型力学测试系统DC-400001套799.6万元项目技术规格书如下：1. 名称及数量设备名称：大型力学测试系统。 数量：1套。2. 主要技术要求1) *额定正弦激振力：≥350kN；2) *额定随机激振力：≥280kN；3) *最大位移：≥51mm（p-p）；4) *最大速度：不小于2m/s；5) *工作频率：5Hz～2000Hz； 6) *最大加速度：正弦≥80g，随机≥50grms；7) *最大负载能力：≥12000Kg（含辅助支撑本身重量，动圈本身承载4000kg）；8) 振动台地基：满足40T振动台系统需求。3. 配置要求40T振动台配置要求如下：（1） 40T振动台体：2套；（2） 开放式功率放大器（含切换装置）：1套；（3） 冷却循环水系统（含切换装置）：1套；（4） 外循环水系统改造：1套：（5） 垂直扩展台：1套；（6） 水平滑台：1套；（7） 台面加强板：2套；（8） 振动台地基改造（含地基、环氧自流地坪修复、地基钢平台、电缆盖板）：1套；（9） 控制终端：2套（台式/便携）。（10） 洁净厂房清洁（地基施工后一次、二次浇灌后一次、调试后一次）：不少于3次；（11） 配电箱及电路改造：1套；（12） 气管改造（材料：不锈钢；大概100米）：1套；（13） 系统备件：1套（14） 系统易损件：2套。4. 功能要求4.1 概述：振动台系统与控制仪、传感器和电荷放大器等部分就组成一套完整的振动试验系统，振动试验系统的工作原理图如图1所示。首先控制仪根据振动试验要求，输出一定幅值的控制信号给功率放大器，经过功率放大器把信号放大后输出给振动台动圈绕组，由于振动台中的励磁线圈接通励磁电源后，在台体构成的磁回路的环形工作气隙中会形成径向直流磁场，而动圈的绕组正好位于这个充满直流磁场的工作气隙的中间，所以当绕组中通过由功率放大器输入的交流驱动电流后，在稳定的直流磁场内就会受到电磁力的作用带动动圈沿轴向方向即推力方向运动，其推力为：F＝BLI其中：F——推力；B——工作气隙中的磁感应强度；I——驱动线圈电流；L——驱动线圈导线的有效长度。通过粘接或螺接在试件上面的加速度传感器，把测量的振动信号变换成电荷信号（或者直接变换成电压信号输出给控制仪）输出给电荷放大器，经过电荷放大器变换成电压信号后输出给控制仪，控制仪通过这个回馈信号来调整输出给功率放大器的控制信号，从而实现振动试验系统的闭环控制。图1 振动试验系统工作原理图4.2 具体功能要求：40T电动式振动试验系统分解为振动台台体、开放式功率放大器、冷却循环水系统、水平滑台、垂直扩展台等五部分。考虑到后续型号的高度可能大于6m，为增加临港振动厂房与振动台体的空间，振动台整个台体需要下沉1000mm。根据分解的系统进行以下设计工作。4.2.1 振动台台体功能要求如表1所示。表1 振动台台体功能要求项目指标*单台额定正弦激振力≥350kN*单台额定随机激振力≥280kN耳轴隔振频率＜3Hz动框的一阶频率≥1350Hz*工作频率5~2000Hz（正弦），10~2000Hz（随机）*最大位移≥51mm（p-p）*最大速度不小于2m/s*最大空载加速度（空台）正弦≥80g，随机≥50grms*动态范围≥40dB振动台动框静承载能力≥4000kg漏磁≤1mT（具体按照JJG948-2018标准）振动台冷却方式水冷系统连续工作时间≥4小时（随机70%满推力）台体抗倾覆力距≥15kN.m径向刚度72N/mm轴向刚度8500kNm/rad扭转刚度55kN/mm振动台动圈台面加速度波形失真度参照JJG948振动台动圈台面加速度不均匀度参照JJG948振动台动圈台面横向分量参照JJG9484.2.2 开放式功率放大器功能要求如表2所示。表2 4开放式功率放大器功能要求项目指标*功率模块输出功率≥480kVA数量1套*总谐波失真＜1%*功放效率≥92%*功放频响2~10Hz：±1dB；10~3000Hz：±0.5dB*输出电压测量误差≤1%*输出电流测量误差≤1%*信噪比≥65dB*平均无故障工作时间大于3000小时*70%随机满推力连续工作时间≥16小时功放环境适应程度温度：0~40℃相对湿度：0~90%冷却方式风冷功放外型尺寸外包络尺寸不大于6000mm×2100mm×1000mm4.2.3 冷却循环水系统功能要求：1) *外循环水具备检测水压、流量、温度等功能；2) *外循环水进水管预留供健康监测系统使用的水压、流量、温度的传感器接口；3) *内循环水需要有提示保护功能：水位过低、外控连锁、外冷水流、热继保护、动圈水流、动圈水压、励磁水流、励磁水压、保护输出、控制电源；4) *动圈、静圈的进水管、回水管预留供健康监测系统使用的水压、流量的传感器接口；5) *动圈、静圈水箱内预留供健康监测系统使用的温度、液位检测的传感器接口；6) *动圈、静圈水箱的水位和台体的油位具备显示功能；7) 动圈、静圈内循环水系统具有去离子功能；8) 冷却循环水系统具备一键开机，所有监控参数显示功能，并提供接口，具备厂房组网能力；9) 厂房内供水不足，需利用现有汽化池水源，改造外循环系统，提高冷却效率，对相应管路进行改造，做保温处理等。4.2.4 垂直扩展台功能要求：1) *静承载：≥12000Kg；2) 振动工作频率范围：10Hz~2000Hz（随机）；3) 台面可用尺寸：3000mm*3000mm；4) *垂直扩展台面一阶频率：≥200Hz；5) 系统一阶频率：≥150Hz；(垂直扩展台、振动台及所有设备安装后组成的系统) ；6) 最大抗倾覆力矩：≥150KNm；(需要提供理论数据)7) *安装后，空台200Hz以内进行0.05g小量级试验，500Hz以内进行0.1g小量级试验，控制曲线在容差范围内，示波器信号光滑无异常。4.2.5 水平滑台功能要求：1) 滑台静承载能力：≥15000Kg；2) 振动工作频率范围：5Hz~2000Hz(随机) ；3) *水平滑台可用尺寸：≥3000mm*3000mm*80mm；4) 水平滑台固有频率：不小于300Hz；5) *系统一阶频率：≥150Hz (滑台、振动台及所有设备安装后组成的系统) ；6) 滑台抗倾覆力矩：≥1000kN.m(需要提供理论数据和实测数据) ；7) 滑台抗偏转力矩：≥100kN.m(需要提供理论数据和实测数据) ；8) 滑台位移：≥35mm(P~P) ；9) 滑台速度：≥1m/s；参照电动水平振动台标准（JJG1000-2005L） 安装后，空台200Hz以内进行0.05g小量级试验，500Hz以内进行0.1g小量级试验，控制曲线在容差范围内，示波器信号光滑无异常。5. 指标要求5.1 振动台指标要求1) 须提供振动台倾覆力矩理论数据、垂直扩展台倾覆力矩理论数据、水平滑台径向刚度、轴向刚度、旋转刚度理论数据；2) 须提供所有运动部件的质量数据；3) 须提供振动台详细尺寸和图纸；4) 具备电动翻转台体的功能；5) 提供功放系统远程控制功能，可进行增益的开关，以及电流、电压的数据显示和监测；6) 功放系统采用高、低励磁形式；7) 功放系统保护装置：过载、过热、过电流、过电压、过位移：振动控制器输出“0”保护；电网过压、欠压保护；电网缺相保护、时序保护；驱动电源保护、限流保护；模块直通保护；模块温度保护；8) 功放系统预留安装电流输出转换成电压信号的传感器接口；9) 台体机械接口加工装配误差：优于7级加工精度要求；10) 具备自动充放气对中功能；11) 功放驱动信号需加隔离噪声装置。5.2 垂直扩展台指标要求1) 垂直扩展台面的材料采用镁合金(型号:ZM5,T6处理)整体铸造；2) 所有螺纹孔及台阶孔应在消除应力后进行加工；3) 扩展台面具有与产品连接的螺纹孔，螺纹孔位置由甲方给出；4) 所有螺纹孔需下整体钢套；5) 所有台阶孔内需下钢衬；6) 所有台阶孔及螺纹孔位置公差不大于0.1mm；7) 上下表面粗糙度优于3.2μm；8) 垂直扩展台面上表面的平面度要求优于0.2mm；9) 垂直扩展台面需进行表面抗腐蚀及硬化处理；10) 垂直扩展台面用的导向轴承的数量不小于4个；11) 使用空气弹簧,数量不少于4个；隔振频率小于3Hz；空气弹簧总的承载范围：大于12000kg；空气弹簧需配备自动对中装置，能够调节台面的对中；空气弹簧的压力使用范围0~0.7Mpa；12) 辅助支架与扩展台面、轴承、空气弹簧连接为一体结构，可以进行整体吊装，并根据安装状态和总重量设计吊装吊具。5.3 水平滑台指标要求1) 滑台材料：镁铝合金板(材质：AZ40M(H112)，板材质量优于国家标准GB/T5154~2003)；2) 轴承指标：T型轴承，单个轴承静承载不小于3吨，数量不少于48个，至少一列导向轴承；3) 滑台具有与产品连接的螺纹孔，螺纹孔位置由甲方给出；4) 所有螺纹孔需下整体钢套；5) 所有台阶孔及螺纹孔位置公差不大于0.1mm；6) 表面粗糙度优于3.2μm；7) 表面的平面度要求优于0.2mm；8) 表面需进行表面抗腐蚀及硬化处理；9) 油泵采用二次冷却单元；10) 回油泵安装在滑台底部；11) 滑台油泵的进、回油管预留供健康监测系统使用的压力、流量传感器接口；12) 滑台油泵油箱内预留供健康监测系统使用的温度、液位传感器接口。5.4 其他指标要求1) 水平滑台及垂直扩展台面的接口尺寸由甲方提供。2) 振动台及水平滑台安装接口需配合现有厂房地基条件设计。3) 水平滑台及垂直台上需各配置一块台面加强版，加强版的厚度为60mm，长宽均为3000mm，孔位由M16转M12螺钉，可以将现有振动夹具安装至加强版上进行现有型号卫星试验。4) 控制终端配置一台台式机及一台便携式笔记本电脑，电脑的配置如下：处理器不低于i9 9900K，显卡不低于RTX2060，内存不小于16G，固态硬盘不小于1T。5) 控制采集系统须配置电源滤波器一台，功率不小于4.5kW。6. 需完成的任务要求（1） 完成大型力学测试系统设计加工；（2） 完成大型力学测试系统地基设计改造；（3） 完成大型力学测试系统集成及预测试；（4） 完成大型力学测试系统安装调试及验收；（5） 完成大型力学测试系统配套的改造工作。7. 设备及附件清单7.1 配套设备清单序号名称主要规格和型号名称数量单位1振动台台体40吨大型水冷电动振动台2套2开放式功率放大器含切换装置，与振动台配套1套3冷却循环水系统含切换装置，与振动台配套1套4外循环水 系统改造与振动台配套1套5垂直扩展台3m×3m，其余如技术要求所述1套6水平滑台3m×3m，静承载能力：≥15000Kg，抗倾覆力矩：≥1000kN.m1套7台面加强板3m×3m，60mm厚（根据设计图纸布孔）2套8振动台地基改造含地基，垂直振动台地基下部需要5个承重桩，水平振动台地基下部需要不少于9个承重桩，调试完成后环氧自流地坪修复（地基四周及卸货就位破坏的地面）、地基钢平台、电缆盖板1套9洁净厂房清洁地基施工后一次、二次浇灌后一次、调试后一次3次10配电箱及电路改造新增智能电柜（≥1600A，经设计院设计的，含所有配套使用的开关、铜排、从主电源到配电箱的电缆线、配电箱到设备的电缆线、终端箱以及安装桥架等） 1套11气管改造材料：不锈钢；大概100米1套12系统备件振动台系统所涉及的关键备件1套13系统易损件振动台系统所涉及的易损件2套14控制终端振动台控制计算机（台式/便携）2套7.2 配套文件清单序号文件名称交付时间数量单位备注1详细设计方案合同签订后15天2套会签&参加评审2系统运输、安装、调试方案出厂前2套会签&参加评审3交付产品清单及附件明细出厂验收2套4外购件及关键件的合格证出厂验收2套5产品质量报告(包括材质证明书、主要参数指标检测报告等)出厂验收2套6产品合格证出厂验收2套7操作手册及图纸出厂验收2套8验收测试大纲交付验收2套9验收测试报告交付验收2套10研制总结报告交付验收2套会签&参加评审11培训资料（如有）、培训记录交付验收2套8. 交货期（1）交货期为合同生效后1个月内。（2）交货前如设备需求方急需，设备供给方提供设备供设备需求方免费使用至设备交付；（3）交付验收前，乙方负责对设备的妥善安置与防护，防止出现渗水、渗油，生锈等现象。9. 培训要求（1）由原厂技术人员或原厂指定技术人员提供培训；（2）培训时间不小于10个工作日；（3）每次培训人员数量不小于3人；（4）培训地点：上海。10. 质保期及售后技术服务要求（1）产品质量保证期为2年，自产品验收合格之日起算。（2）在保修期内，所提供设备的维修不会因配件供应原因影响设备维修时效。设备在免费保修期外的维修，只收取配件成本费。（3）保修期内，乙方必须提供7x24小时技术支持服务。对使用中出现的问题，及时响应、及时检修。保证全时段响应,设备在安装调试、保修期内及保修期外如发现质量问题，24小时内提供解决方案，如需到现场服务，48小时内专职服务人员出发赶赴现场。（4）配套软件在保修期内，按照用户要求提供免费升级，保证软件质量的稳定性、可靠性。11. 安装、调试、验收要求11.1 安装、调试要求11.1.1 安装调试的主要目标是使相关硬件和软件能够正常运行、并测试通过，同时符合整个系统建设进度。乙方有责任且必须承诺使甲方的系统达到以上目标。11.1.2 乙方必须按技术要求规定完成甲方所购软件产品的安装测试、单体调试工作，在安装调试过程中负责解决全部技术问题。若软件、许可证等方面的配置或要求出现不合理或不完整的问题时，乙方有责任和义务无偿提供补充修改方案，并征得甲方同意后付予实施，但不得影响本项目的进度。11.1.3 设备到货运抵项目现场后，供方在两周内到达需方现场进行安装，安装、调试由供方负责，安装调试和集成期间食宿交通供方自理。设备运抵项目现场到验收交付期间所发生的所有费用均由供方负责。11.2 验收要求11.2.1 供方与甲方共同组成测试组共同进行验收调试并形成验收测试报告；11.2.2 供方提供资料交付清单及实物交付清单用于验收。验收中出现的问题，供方应必须及时补救，并做出解决问题的时限承诺。

GM-5000微型空气质量连续监测仪Thermo Scientific GM-5000微型空气质量监测仪是一款适用于室外的，高性价比，多参数连续空气质量监测系统。仪器采用光学及电化学传感器技术，结合赛默飞领先的空气质量监测产品设计经验，旨在为您提供多样并适合的空气污染物监测方案，帮助您实现更精细，更有效的大气污染防治计划和监管目标。GM-5000微型空气质量监测仪可按照区域网格设计进行高密度安装，作为传统空气质量监测网络的有效补充，对污染物进行加密监测，污染物变化趋势跟踪，动态溯源，异常事件捕获，预警预报数据支撑等应用领域，有助于提高城市各级环境监管和执法检查的针对性和有效性，提高城市大气污染监管和防治的精细化水平。气体样品继续通过一个小的风扇和过滤器，并进入气态传感测量室进行测量； 测量不仅包含颗粒物PM2.5，PM10，和气态污染物（NO2, SO2, O3, CO）的浓度数据，日志文件还包括样品流的温度，压力，相对湿度，样品流速，日期、时间戳等。 所有测量结果通过3G/4G 模块及当地WiFi 传输至仪器嵌入式计算机上运行的网络服务器； 并且可以在运行标准 web 浏览器的计算机、平板电脑或手机上实时显示。测量数据也会记录在仪器内部的SD 卡上, 供以后下载。 主要功能特点 实时连续监测空气中的常规污染物SO2、NO2、CO、O3、PM10和PM2.5 采用加热主动采样和冷却循环气路设计，为传感器提供更优的工作环境 同时监测环境温度、湿度和压力，并对污染物监测数据进行补偿 4G通讯模块实现实时数据传输 仪器内置Wi-Fi功能，可实现操作者与仪器的交互 通过浏览器登录仪器用户界面，直观显示仪器测量数据和运行状态 仪器内置SD卡可存储一年数据记录 可使用标准气体对仪器进行校准，也可通过与标准空气站进行比对校准 防水机箱直接应用于户外，提供多种现场安装方式 应用领域： 城市生活区网格监测，跟踪评价居民日常活动对环境空气质量的影响 道路交通、路边站建设：跟踪评价道路扬尘、机动车尾气等对环境气质量的影响 传统空气站周边范围加密监测，对周边污染物来源进行趋势捕捉和动态溯源，为执法监管区域细化提供数据支撑。 工业园区，重要监管企业边界加密监测，对园区污染物变化趋势及周边空气质量影响提供数据支撑 学校，社区，商业楼宇等环境健康监测 科研院所污染分布及空气质量模型研究等 技术参数检测量程（最大浓度）NO2：20ppmSO2: 50ppmO3： 20ppmCO： 500ppmPM2.5：1500μg/m3PM10: 1500μg/m3检测限（2σ）NO2： 30ppbSO2: 40ppbO3： 30ppbCO： 0.025ppmPM2.5：1.0μg/m3PM10: 1.0μg/m3相应时间（T90）120S（所有传感器）线性5%满量程（所有传感器）零漂1%满量程（所有传感器）重复性2.5%满量程（所有传感器）分辨率10ppb气体流量1.5L/min读数显示更新10S读数显示平均时间120S数据存储间隔1分钟-1小时（技术平均值）存储容量500000(约1年数据)存储内容记录条目、浓度、温度、先对湿度、气压、日志、日期、时间诊断数据关键电压数据读取通过网络浏览器交流电源100-240VAC，50-60Hz操作环境-10℃至45℃；15%-90%HR；非冷凝存储环境-20℃至70℃尺寸406mmH*305mmW*152mmD重量5kg创新点：1. 科学的产品设计加热采样和冷却循环气路设计，为传感器提供稳定优良的工作环境；防水机箱使仪器直接在户外安装和运行；2. 连续精确监测实时监测传感器运行环境（温度，湿度，压力等）运行状态，并对污染物监测数据进行补偿；标准气体校准和co-location比对校准相结合，完备的质量控制程序；监测数据可视化，用户可直接通过与仪器交互查看，下载仪器监测的实际数据；3. 值得信赖的品牌和服务赛默飞在空气质量监测领域的丰富经验；专业团队为仪器的稳定运行提供技术支持；赛默飞 GM-5000微型空气质量连续监测仪

pstrong　　1. 工业在线光谱分析技术/strong/pp　　目前在线光谱分析已经以惊人的速度应用于多个领域的企业生产的多个环节，并已使得过程分析仪器领域发生了深刻变革。这种变革与在线光谱分析的独特优点是分不开的，比如:/ppspan style="COLOR: #548dd4"strong　　在线光谱分析可以对多路多组分连续同时测量，且速度快，准确性高 /strong/span/ppspan style="COLOR: #548dd4"strong　　在线光谱分析仪器易损坏和消耗品少，维护量小 /strong/span/ppspan style="COLOR: #548dd4"strong　　在线光谱分析多采用光纤传输技术，适合环境恶劣的场合 /strong/span/ppspan style="COLOR: #548dd4"strong　　在线光谱分析仪器结构相对简单，并适合多种样品(如液体，涂层，粉末和固体等)/strong/span/pp　　这些优点对于企业原料和生产的中间环节进行快速质量控制、优化操作、稳定生产和节能降耗非常有价值。/pp　　与实验室环境不同，工业环境在要求光谱分析系统具有足够的灵敏度和探测限，同时对于性能稳定性，体积尺寸和抗干扰能力也都有严格要求。光谱仪是在线光谱分析的核心模块，它的性能好坏从根本上决定了系统性能。选择合适的光谱仪对于工业在线应用十分重要。/pp　　1992年美国海洋光学公司的Mike Morris博士发明了世界上第一台微型光纤光谱仪，他将光谱仪的大小缩小了几十倍，价格降低了十几倍。光纤光谱仪利用光纤把远离光谱仪器的样品光谱引到光谱仪器，以适应被测样品的复杂形状和位置。由光纤引入光信号还可使仪器内部与外界环境隔绝，可增强对恶劣环境(潮湿气候、强电场干扰、腐蚀性气体)的抵抗能力，保证了光谱仪的长期可靠运行，延长使用寿命。光纤光谱仪结构紧凑，组成包括入射狭缝、准直物镜、光栅、成像反射镜和阵列探测器，还包括数据采集系统和数据处理系统。光信号经入射狭缝投射到准直物镜上，将发散光变成准平行光反射到光栅上，色散后经成像反射镜将光谱呈在阵列接收器的接收面上，光信号被转换成电子信号后，经模拟数字转换，A/D放大后输出，最后由软件系统控制和采集信号，进而完成各种光谱信号测量分析。这些特点对于工业在线光谱应用是极其有利的。可以说，微型光谱仪是光谱测量技术从实验室走向工业应用的里程碑。/pp　　工业在线光谱分析系统核心为光谱仪，其配套部件一般还有采样附件，光源，控制软件和专用分析模型，它们对于系统整体性能也有重要影响。一般在线光谱分析系统构成如下图所示。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="QQ截图20161227100735.jpg" style="HEIGHT: 294px WIDTH: 300px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/37c32cc6-4188-46d5-bfe9-fef2d6bda031.jpg" width="300" height="294"//pp style="TEXT-ALIGN: center"图1 在线光谱分析系统组成/pp　strong　2. 应用案例-工业在线反射率与颜色测量/strong/pp　　下面以一个典型案例说明在线光谱系统设计需要考虑的因素。某特种印刷用户需要快速测量薄膜材料颜色，用于产品质量控制。用户主要需求为：/pp　　strongspan style="COLOR: #548dd4"系统需满足最快180米/分钟的检测速度，且具有足够精确性。/span/strong/ppstrongspan style="COLOR: #548dd4"　　系统能够进行非接触非破坏性采样测量。/span/strong/ppstrongspan style="COLOR: #548dd4"　　系统能直接输出最终结果给上位机。/span/strong/ppstrongspan style="COLOR: #548dd4"　　系统能直接输出颜色值，并能与用户自己的上位机系统集成。/span/strong/ppstrongspan style="COLOR: #548dd4"　　系统要能反映被测样品的峰值波长、光谱等特性。/span/strong/ppstrongspan style="COLOR: #548dd4"　　系统具备自检和异常报警功能。/span/strong/ppstrongspan style="COLOR: #548dd4"　　系统要能适应工厂持续噪声，细颗粒粉尘，电磁干扰以及不稳定供电环境。/span/strong/ppstrongspan style="COLOR: #548dd4"　　系统要能7*24连续工作，且维护方便。/span/strong/ppstrongspan style="COLOR: #548dd4"　　系统尺寸要能兼容于空间狭小的产线。/span/strong/pp　　这些需求涵盖了性能，尺寸和环境安全性多个方面，在工业在线光谱分析应用中具有典型性。/pp　　为满足检测速度要求，系统单次测量周期不得大于4毫秒。为此整个系统将采用流水线并行作业方式，确保测量速度和分辨率能够满足要求。如样品移动速度小于180米/分钟，则将得到更高的检测分辨率，即小于12毫米。所采用的工业定制型光谱仪的最小积分时间可达到1毫秒，可以充分满足速度要求。/pp　　为满足用户上位机数据接口要求，在线光谱分析系统应集成数据处理算法功能，且保证运算快速，结果准确。为此，在线光谱分析系统里搭载了高性能处理器，并且为了进一步提高速度，运算处理器直接与光谱仪模块集成。从而能够在CCD探测器进行下一周期积分时并行计算反射率数据。在前后两个计算周期之间，没有等待的延迟时间。在完成计算后，光谱仪将颜色数据提交给服务器，交由服务器判断是否需要触发停机信号。由于本系统的规模仅需要至多两层交换机就能连接，因此网络的延迟时间将小于1毫秒。而经过测算，进行50万次(相当于6000米长的薄膜)100个通道的组合逻辑判断在普通的计算机上每次平均耗时仅0.02毫秒，单次最大耗时为2毫秒。按此测算，完成单次测量和判断所需时间为12毫秒，即瑕疵点在经过探头3.6厘米后系统会给出报警或停机信号。瑕疵点在经过数米的减速区之后，足以被减速，并停留在质量观察板上。报警采用光谱仪与声光报警器协同工作实现。/pp　　对于颜色测量，必须有参考光谱和背景光谱，即对反射测量的校准操作。经常校准能有助于使计算的颜色结果更接近于实际结果，消除光源、环境以及其他因素对测量的影响。当进行校准操作时，需将已知颜色的标准板置于探头下方，与探头所呈角度与样品一致。此时打开光源，确保光源强度不会使光谱仪饱和，并保存参考光谱(即各波长上的强度)。然后关闭光源，此时光谱将反映暗噪声和环境光，将该光谱作为背景光谱也保存下来。在完成校准操作后，即可对样品进行颜色的测量和计算了。颜色实际上是样品在特定波长上的光谱强度与标准板在特定波长上的光谱强度的比值。为消除环境光和暗噪声的影响，需要背景光谱也参与计算。/pp　　根据上述分析结果，系统使用了对颜色测量进行特殊优化的工业定制型光谱仪。其搭载的高性能处理器和以太网接口能在测量光谱的同时直接将颜色信息提交给服务器，并由服务器根据用户预先设置的判定规则进行报警或触发停机，确保了整个系统的实时性和可靠性。/pp　　系统的探头支架可安装在用户指定滚轮位置的样品切线垂直方向上，并在滚轴上安装速度编码器，以获取当前检测样品的所在位置。反射式探头为Y型分岔光纤，其两头将连接到机柜内的光谱仪和光源上。在探头支架上还将安装可自动旋转的机电装置和标准板，供定期获取参考光谱。/pp　　系统板载处理器为定制高性能FPGA模块，实现光谱数据到LCH颜色值的计算，并将结果上传至上位机(主控机)。/pp　　系统的重要部件均安装在工业级机柜内，包括光谱仪、光源、供电电源、以太网交换机、系统服务器等。光纤和各种线缆则通过上进线或侧进线方式接入机柜。/pp　　最终的人机接口将安装在操作员使用的盘台上，该工作站主机将安装在盘台内部，并通过屏蔽双绞线与机柜内的系统服务器连接。系统服务器和操作员工作站上会分别安装系统软件的服务器端和客户端，以呈现整卷或整批薄膜产品的质量情况。/pp　　系统组成示意图如下所示。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="QQ截图20161227101131.jpg" style="HEIGHT: 250px WIDTH: 400px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/27ed627d-b20b-4735-b0d4-39858b1574a5.jpg" width="400" height="250"//pp style="TEXT-ALIGN: center"strong图2 系统组成示意图/strong/pp　　在软件模块上，系统提供的定制软件功能模块均运行于主控机的Windows系统上，主要功能模块如下图所示：/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="QQ截图20161227101230.jpg" style="HEIGHT: 300px WIDTH: 300px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/0754d649-1732-41c5-87ed-8a50be0c9ef5.jpg" width="300" height="300"//pp style="TEXT-ALIGN: center"strong图3 软件功能模块/strong/pp　　strong调度模块：/strong为主程序核心，主要负责承担各模块之间的管理及任务调度 /pp　　strong通讯模块：/strong主要负责与工业现场总线的通讯，解析通讯命令，并通过调度模块完成相关任务，如启动测量过程，读取测量数据等 /pp　　strong计算模块：/strong计算光谱数据，得到LCH颜色值 /pp　　strong底层驱动：/strong主要控制光谱仪、光源、电子快门、传动模块等硬件设备 /pp　　strong测量模块：/strong根据测量时序、流程完成一个完整的测量流程 /pp　　strong数据库：/strong主要用于保留系统参数、测量历史数据等信息 /pp　　strong用户界面/strong：完成用户交互功能，主要包括系统参数配置，测量数据显示，历史数据浏览，系统功能测试等。/pp　　在故障维修与运行维护方面，光源和光谱仪都采用模块化方式安装布置，且均对通道号进行标识，方便找到故障的光源。并且配套的通过交换机及光谱仪上的状态指示灯可了解是否存在网络线缆故障。软件也能够识别光源故障。/pp　　该案例充分体现了在线光谱分析与实验室应用的巨大差异。工业环境下，在线光谱分析系统必须充分考虑应用环境的特殊性，各种影响因素都必须仔细评估。除了光谱仪，测量附件的选择在相当大程度上取决于光谱仪厂家的行业应用经验和水平，这一点在专用的在线分析系统开发方面体现的更为明显。/ppstrong　　三、更多工业在线应用案例/strong/ppstrong　　（1）LED芯片测试机/strong/pp　　由于制作工艺存在尚未解决的技术困难，所以对于生产过程中同一块外延片不同位置的光电特性是有细微差别的，呈现出不均匀性。在完成电极和引脚的过程中也会存在一定的瑕疵。这些缺陷会导致在LED产品的发光强度和颜色，在生产过程中如果残次芯片继续进行加工，会导致生产过程中不必要的浪费。所以LED芯片测试机是LED生产过程中不可或缺的一个环节。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="LED芯片检测过程.jpg" style="HEIGHT: 252px WIDTH: 400px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/19f4c15e-6033-4f19-8821-6c1b7452a872.jpg" width="400" height="252"//pp style="TEXT-ALIGN: center"LED芯片检测过程/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="LED芯片测试结果.jpg" style="HEIGHT: 323px WIDTH: 400px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/46d98eb1-7886-4300-91fe-7c950a8fb913.jpg" width="400" height="323"//pp style="TEXT-ALIGN: center"LED芯片测试结果/pp　　微型光纤光谱仪主要将辐射光谱、发光强度、色坐标x，y和峰值波长作为测量指标。/pp　　一般检测设备只能对电气特性不合格进行筛选，微型光纤光谱仪被引入到LED芯片检测后，发光检测方面问题得到了很好地解决。由于微型光纤光谱仪测量每颗晶粒的时间是5-6ms，快于一般测试机探针机械移动时间，因此测量速度提到提高。由于微型光纤光谱仪体积小，因此不会占用机台的使用空间，不需要对原有机台的机械结构做出较大调整。同步触发功能保证了在检测过程中，能够保证每个晶粒在点亮后的相同时间进行测量。/ppstrong　　（2）LED分光机/strong/pp　　LED制造流程是复杂、漫长的一个过程，想要生产出性能一致，功能完整的LED产品，LED分光机作为LED制造流程中靠后的工序，需要对封装后的器件根据光、色、电三方面参数进行筛选，然后才能将其包装为产品，最终流入市场。/pp　　LED分光机的测量指标是发射光谱、发光强度、色坐标x，y、峰值波长。/pp　　LED分光机工作流程一般包括：待分选的LED器件会在震动盘上排列进料，依次进入电测和光测的工位 进入电测工位后，LED会被通电进行电学指标测试 当被移动到光测工位时，LED芯片会被点亮，继而使用积分球和光谱仪测量其辐射光谱 通过计算光度学和色度学参数，并联合电学指标，一起进行数据分析 随后将数据转换为指令，传输到指令模块，将不同LED进行分选。基于微型光纤光谱仪的第一台LED分光机，可以完成分选5000颗/小时，使得LED检测从抽检进入到全检的时代。随着微型光纤光谱仪性能的提升以及与配套LED分光机兼容度提高，现在的LED分光机检测已经可以完成55000颗/小时，甚至更高。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="LED分光机.jpg" style="HEIGHT: 338px WIDTH: 450px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/3a28ae58-6315-466f-86d5-06cd09c39ad7.jpg" width="450" height="338"//pp style="TEXT-ALIGN: center"LED分光机/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="LED器件进料.jpg" style="HEIGHT: 188px WIDTH: 250px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/6b21148a-276f-4227-a12a-1b2bc65ae312.jpg" width="250" height="188"/ img title="排列进入检测位置.jpg" style="HEIGHT: 188px WIDTH: 250px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/b89bc6db-320c-4f95-b46b-83ab7df07248.jpg" width="250" height="188"//pp style="TEXT-ALIGN: center"LED器件进料、排列进入检测位置/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="检测电学和发光特性.jpg" style="HEIGHT: 188px WIDTH: 250px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/8b14cb67-e6f3-42b1-a4c2-b122c600272a.jpg" width="250" height="188"/ img title="进行分选归类.jpg" style="HEIGHT: 188px WIDTH: 250px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/72c530e3-ff6e-46f1-9483-33f6ae9dec81.jpg" width="250" height="188"//pp style="TEXT-ALIGN: center"检测电学和发光特性、进行分选归类/pp　strong　（3）污染气体排放监测/strong/pp　　微型光纤光谱仪在污染气体排放监测指标是不同气体浓度，包括氮氧化物、二氧化硫、臭氧、丙酮和氨气等。不同气体所表现出的吸收光谱具有特异性，但也有一定相同性，大部分气体的吸收峰都位于紫外区域，所以采用在紫外区域的激发光或在紫外区域有响应的光谱仪对气体进行浓度的测试。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="污染气体排放.jpg" style="HEIGHT: 261px WIDTH: 400px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/6b0a2621-b070-4789-ab04-9bb0cf9afa88.jpg" width="400" height="261"//pp　　通常使用微型光纤光谱仪对气体进行检测，会将所有检测设备放置于一辆移动检测车中，到达目标检测位时，将设备架设在相应位置。检测设备包括摄像机、激光器触发装置、激发光、光谱仪和反射镜。检测过程是通过光源发出一束激发光，照射到马路另一边的反射镜，通过反射镜反射使光谱仪能够检测到气体光谱。当一辆汽车经过检测系统时，汽车排放的尾气会和光路进行相互的作用，尾气中的物体由于浓度的不同，光谱仪可以测量光穿过气体的强度，就可以检测出汽车排放的尾气是否超标。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="监测系统示意图1.jpg" style="HEIGHT: 240px WIDTH: 400px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/bddce1df-323a-45ad-a394-2c6bc379d0e3.jpg" width="400" height="240"//pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="监测系统示意图2.jpg" style="HEIGHT: 235px WIDTH: 400px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/1bac5528-d221-4646-b16d-1321a1b27542.jpg" width="400" height="235"//pp style="TEXT-ALIGN: center"监测系统示意图/pp　　这种尾气排放监测方法之所以能够得到广泛应用，首先得益于微型光纤光谱仪测量速度快，若被测汽车匀速通过检测系统，检测系统就能快速检测出吸收光谱，并且迅速处输入电脑进行分析和储存。微型光纤光谱仪的体积优势，使其能够与气体检测系统更好的集成到一起，方便检测车辆进行运输与架设。/ppstrong　　（4）水果分选机/strong/pp　　吸收光谱在工业领域应用案例不仅仅局限于气体应用，微型光纤光谱仪也被应用于水果流通的分选环节，将水果的糖分和水分作为测量指标，结合其他物理探头对水果进行分选。相对于水果的大小，对于特殊人群，如糖尿病患者，其糖分对于消费者而言意义更为重要，使用近红外光谱仪可以对糖分和水分的含量进行判定。/pp　　基于微型光纤光谱仪的水果分选机一般由两部分组成，一个是发射的光源，一个是用来检测的光谱仪。一般在检测中会采用高功率的卤钨灯，提供近红外段宽光谱的能量，由于光源的高功率也就能提升了检测时穿透水果果皮的能力，在水果另一侧的光谱仪才能够获得更多更强的信号，提高信息的准确性。在水果分选过程中，水果数量巨大，微型光纤光谱仪检测的高效性正好满足了水果分选机的工作特点。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="水果分选机示意图.jpg" style="HEIGHT: 225px WIDTH: 400px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/bf2f6dfa-79a1-4ca1-9671-cdc594f97c04.jpg" width="400" height="225"//pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="水果分选机示意图2.jpg" style="HEIGHT: 188px WIDTH: 400px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/82a91140-60f2-402f-a77a-68eb2038a124.jpg" width="400" height="188"//pp style="TEXT-ALIGN: center"水果分选机示意图/pp　　strong（5）节能玻璃镀膜工艺在线监控/strong/pp　　由于现在玻璃工艺技术的发展，很多高楼选择使用玻璃作为外墙的建筑材料，但与传统建筑材料相比，玻璃的隔热性能有所欠缺。如果想使室内温度维持在一个稳定值，就需要对玻璃进行处理，最常见的手段是将玻璃进行镀膜工艺，使得玻璃能够尽可能的透过可见光，而同时增强隔热性能。所以镀膜过程的质量保证，成为了玻璃隔热性能优良与否的重要因素。/pp　　将多个微型光纤光谱仪与玻璃生产线相集成，对镀膜的效果进行实时测量。微型光纤光谱仪所采集到测量指标，如镀膜玻璃的反射率，透过率，膜厚数据，反馈给镀膜机，使其在下一次镀膜过程中对镀膜工艺进行调整。在检测过程中，氘灯和卤钨灯混合光源照射到被测样品上，会反射一部分光，被光源同侧的光谱仪接收，而另一侧放置的光谱仪对透射光谱进行测量。所以整个检测系统能对反射光谱和透射光谱进行测量。由于检测的玻璃尺寸较大，所以为了对玻璃镀膜的均匀性进行全面的测量，探头采取平移方法扫描整块玻璃。由于微型光纤光谱仪的体积小巧，内部结构紧密，无移动部件，可以适应较高加速度和震动的环境，使得微型光纤光谱仪和探头可以进行在检测过程中进行往复运动。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="微型光纤光谱仪检测示意图.jpg" style="HEIGHT: 303px WIDTH: 300px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/db4108c9-dd18-411e-a72b-22c214e334a1.jpg" width="300" height="303"//pp style="TEXT-ALIGN: center"微型光纤光谱仪检测示意图/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="QQ截图20161227102542.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/4f9ed63a-2184-4b8c-b7a5-bf34940b80f5.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"玻璃镀膜工艺监控系统/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="微型光纤光谱仪与平移台集成.jpg" style="HEIGHT: 301px WIDTH: 400px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/233a6763-fd1d-4dc3-91e6-23e90370af1f.jpg" width="400" height="301"//pp style="TEXT-ALIGN: center"微型光纤光谱仪与平移台集成/ppstrong　　（6）印刷机的在线颜色监控/strong/pp　　颜色准确性是印刷行业重点关注的技术指标，由于不同纸张材料的吸水性差异于油墨的批次差异会导致印刷品之间存在色差，将微型光纤光谱仪与印刷实时颜色监控系统相集成就显得尤为的重要。/pp　　在印刷机上集成一个反射光谱的测量系统，对印刷品的校准色块进行反射测量，并通过相应算法将光谱数据换算为行业内能够接受的颜色指标。由于印刷中的纸张具有快速移动的特性，所以在运用中往往会采用积分球或环形的反射镜对光源进行匀化，从而减小检测样品在印刷过程中的振动与倾斜。光谱仪所得光谱数据反馈到印刷设备对颜色的品控进行调整。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="印刷机颜色监控示意图.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/bf5b28d3-6d21-4722-b1a1-17761d368c5b.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"印刷机颜色监控示意图/pp　　光谱仪自带可编程逻辑电路，可将复杂的逻辑关系写入微型光纤光谱仪中，可以使光谱仪直接与印刷设备油料控制器对接，产生在线的闭环系统。/pp style="TEXT-ALIGN: right"（内容来源：海洋光学）/p

GaOA微型大气重金属在线分析仪是苏州浪声科学仪器有限公司融合X荧光无损检测技术、空气颗粒物自动富集技术，自主研发的微型化监测仪器，具有体积小巧，检出限低，出数准确，时间分辨率高等特点，可实现空气颗粒物中铅、镉、铬、砷等重金属的连续监测，适合网格化、密集化布点，被广泛应用于城市大气环境监测、工厂厂区无组织排放、交通尾气排放污染气体监测、应急监测等领域。产品原理用X射线轰击样品，样品受激发后产生X射线荧光，X射线通常把元素原子层K层和L层的内层电子打出原子，产生的空穴被高能量的外层电子填补，补充到低能量轨道上的高能量电子把多余的能量以X射线荧光辐射出来，这些辐射出来的谱线中含有各种元素的特征，像指纹一样，并且独立于原子的化学价态。辐射的强度与样品中该元素的浓度成正比。应用范围：辐射监测站的核辐射在线监测固废或垃圾焚烧后在线重金属检测汽车尾气中重金属快速检测环境评价、许可污染源定位、溯源污染预测预警其他现场实验检测执法紧急突发事件监测相关标准：《重金属污染综合防治“十二五”规划》《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）《固定汚染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T16157-1996）《固定源废气监测技术规范》（HJ/T397-2007）《大气污染物无组织排放监测技术导则》（HJ/T55-2000）《环境空气采样器技术要求及监测方法》（HJ/T375-2007）《环境空气质量自动监测技术规范》（HJ/T193-2005）《污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准》（HJ/T212-2005）《关于加强“十三五”环保规划编制工作的通知》（环发〔2014〕191号）《大气污染防治行动计划》（国发〔2013〕37号）《环境空气质量标准》(GB3095-2012)《重点区域大气污染防治“十二五”规划》(国函〔2012〕146号)《国务院办公厅关于加强环境监管执法的通知》（国办发〔2014〕56号）《国家重点监控企业自行监测及信息公开方法（试行）》（环发〔2013〕81号）《大气颗粒物来源解析技术指南（试行）》(环发[2013]92号)《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）《关于加强重金属污染防治工作的指导意见》创新点：GaOA系统采用5G物联网环境监测和云数据分析技术，通过组合建设网格化、密集化监测设备系统，形成大范围、高时空分辨率的环境监控网络，并实时监控空气质量指标，进一步提高环境监测质量控制水平。浪声 微型大气重金属在线分析仪 GaOA

在英国科学与技术设施委员会（STFC-UKRI）中央激光研究所，微靶制造科学家们正积极投身于高功率激光实验的微靶研究。新一代激光器提升了重复频率(高达10Hz)，这让高重复制靶法成为了重要的研究途径。在这些高功率激光实验中，科学家们依赖微流控装置实现亚微米级的液体片靶。然而，他们发现，依赖传统的机械加工或蚀刻来制造微流控通道，既耗时又昂贵。因此，研究小组正在寻求一种创新的解决方案，以便能够快速制作新的靶设计几何体原型来满足他们的实验需求。01、研究开发靶研究团队利用微流控设计了一种液体靶，当液体从微通道流出时产生了液体叶片靶。通道的设计会直接影响到叶片的质量，通过叶片的宽度和厚度判断。设计目标为制造出宽度为几毫米、厚度为几百纳米的叶片，以实现高精度实验需求。图1：当液体从通道中流出时产生的液体叶片靶由于液体的行为随通道的变化而变化，因此通道设计对实验来说尤为关键。需要平滑的通道以减少湍流，同时要严格控制出口的形状，因为它对最后的叶片质量起到重要影响。02、精密3D打印制造通道为了创建液体片，该团队利用摩方精密microArch S240打印出 20mm x 15mm x 5mm 的结构，其中有一个30μm 深的通道和一个 100μm 的出口。当然，与微型且精确的通道相比，该结构尺寸相对较大。但使用摩方精密设备打印较大的零件时，可同时保持通道所需的精度和准确度。现今通道选用钨材质，得益于钨能实现精确加工。在这种背景下，研究团队运用摩方精密 microArch系列设备的高精度 3D 打印系统，迅速准确地构建通道，为科研和快速原型设计提供了高效且成本较低的解决方案。图2：原钨件图3：高精度3D打印制造零件的特定部分原文链接：https://bmf3d.com/resource/high-precision-microfluidic-devices-for-high-power-laser-experiments/microArch S240microArch S240 作为摩方精密一款面向工业批量生产的超高精密3D打印机，不仅荣获全球光电科技领域最高奖—"棱镜奖（Prism Award）"，且具有以下突出特点和优势：高公差低层厚:光学精度高达10μm，±25µ m的加工公差，打印层厚10~40μm 打印体积扩大:满足工业打印的需求，可达100mm×100mm×75mm，实现更大规模的小部件产量；打印速度提升:最高提升10倍以上，快速缩短加工周期，为客户节省时间和成本；多种材料支持:支持多种高粘度陶瓷浆料（≤20000cps），以及耐候性工程光敏树脂、磁性光敏树脂等功能性复合材料的打印；应用领域广泛:卓越的精度、扩大的打印体积和多材料兼容性，满足客户在尺寸、性能和效率方面的多重需求。摩方精密作为目前全球唯一可以生产最高精度达到2μm精度，微尺度3D打印技术及颠覆性精密加工能力解决方案提供商，会持续专注于精密器件免除模具一次成型能力的研发，为客户提供制造复杂三维微纳结构技术解决方案。

近日，重庆大学发布公开招标公告，预算900万元采购1套MicroCT（X射线微型计算机断层扫描系统），允许进口产品。招标项目详情如下：项目编号：CQU-SS-HW-2024-048项目名称：重庆大学MicroCT（X射线微型计算机断层扫描系统）采购预算金额：900.000000 万元（人民币）最高限价（如有）：900.000000 万元（人民币）采购需求：购置MicroCT（X射线微型计算机断层扫描系统）1套技术要求：1.分辨率※1.1空间分辨率（spatial resolution）≤500nm，最小可实现的体素(voxel) ≤40nm；▲1.2在原位加载情况下可实现体素分辨率(voxel size)≤1.5μm的清晰扫描三维成像，原位加载装置的直径不小于145mm（投标时需提供实际样品的测试结果）；▲1.3 设备须配备闪烁体和光学物镜耦合技术，系统必须采用几何+光学两级放大的架构，以满足采购人对大样品进行局部高分辨率的成像需求。2.X射线源▲2.1封闭式透射型X射线源，最高工作电压≥160kV，最大功率≥10W；2.2封闭式射线源可以移动，移动范围（X射线方向）≥190mm；2.3配备手动X射线滤片转换支架，并包含12个以上滤光片；2.4 X射线源关闭12小时以上重新激活时间小于5分钟；2.5可进行长时间扫描，单次稳定扫描时间需≥24小时。3.探测器※3.1同时具备以下两种探测器：CCD探测器（像素数量≥2048×2048，像素尺寸≤15μm）和光电耦合物镜探测器（4个倍率的物镜探测器中必须包含0.4x，4x，20x和40x的物镜）；3.2物镜探测器可以移动，探测器系统移动范围≥280mm；▲3.3需要在0.4x物镜下能实现宽视场模式实现≥2048×2048像素成像和三维重构，增大横向断层扫描体积；▲3.4 0.4x物镜的三维视野:≥50mm。4.样品台4.1全电动控制4轴样品台；4.2 X轴运动范围：≥50mm；Y轴运动范围：≥100mm；Z轴运动范围：≥50mm；R轴：n×360°；4.3最大可测样品重量≥25kg；4.4最大可测样品直径≥300mm（X射线能穿透的情况下）。5.X射线防护系统※5.1为最大程度上防护，安全屏蔽室采用铅钢全封闭，不留有可视透明窗口，设备内部样品和工作情况通过机台内部可见光相机清晰观察；▲5.2 系统应具备硬件+软件的自动防撞机制，可通过可见光扫描快速获取样品形状和实际轮廓，根据样品形状和轮廓，自动对源、探测器位置进行限位，以保证硬件和样品安全。6.系统控制和功能▲6.1具有数据采集软件，三维断层扫描图像重构软件，3D视图软件；▲6.2可进行高级三维重构后视图展示与三维高级数据处理与分析，包括定量分析与统计分布、切片配准与图像滤波、三维图像数据分割与特征提取、多模态融合与分析、三维模型生成与导出，几何特征计算等（如可以实现三维数据处理，对样品三维数据结果进行相分割，孔隙率计算，裂纹及孔的尺寸统计与空间分布），并且可与其它三维软件兼容；▲6.3支持横向的宽场模式拼接功能（0.4x物镜下可以实现）；6.4支持定位放大扫描、导航式扫描功能；▲6.5配置一体化的人体工学摇臂操作台。※7.整体要求：设备主机总重量必须≤2600kg，满足现有场地最大承重安全要求。※（二）配置清单（不同厂家产品的配置名称与下表所列名称存在偏差时，满足功能需求即可）序号名称数量单位1X射线显微镜 主机台12160KV封闭式透射型X射线源套13高分辨CCD数字成像组件套14物镜探测器（包含0.4x，4x，20x，40x物镜）套154轴断层扫描马达样品台套16花岗岩工作台套17四门式辐射安全屏蔽罩套18机箱内部可见光相机套1924”LCD显示器套110人体工学用户操控台套111系统软件（包含数据采集、三维扫描、图像重构、3D视图）套112高速工作站套113对综合分辨率测试标样套114X射线过滤器（12个）套115样品座套116操作手册（印刷版和电子版）套117系统控制和图像采集工作站套1备注：“※”标注的技术需求为符合性审查中的实质性要求，投标文件若不满足按无效投标处理。“▲”标注的技术需求为重要技术需求，投标文件若不满足将按照评标因素中相关规定处理。未标注的技术需求为一般技术需求，投标文件若不满足将按照评标因素中相关规定处理。潜在投标人需于2024年03月08日至2024年03月15日（每天上午00:00至12:00，下午12:00至23:59）在“中国政府采购网（www.ccgp.gov.cn）”、“重庆大学政府采购与招投标管理中心（http://ztbzx.cqu.edu.cn）”获取招标文件，并于2024年03月29日10点00分（北京时间）前递交投标文件。 附件：重庆大学MicroCT（X射线微型计算机断层扫描系统）采购招标文件.doc

2023年2月23日，北京大学程和平/王爱民团队在Nature Methods在线发表题为“Miniature three-photon microscopy maximized for scattered fluorescence collection”的文章。文中报道了重量仅为2.17克的微型化三光子显微镜（图1），首次实现对自由行为小鼠的大脑全皮层和海马神经元功能成像，为揭示大脑深部结构中的神经机制开启了新的研究范式。图1 小鼠佩戴微型化三光子显微镜实景图解析脑连接图谱和功能动态图谱是我国和世界多国脑计划的一个重点研究方向，为此需要打造自由运动动物佩戴式显微成像类研究工具。2017年，北京大学程和平院士团队成功研制第一代2.2克微型化双光子显微镜，获取了小鼠在自由行为过程中大脑皮层神经元和神经突触活动的动态图像。2021年，该团队的第二代微型化双光子显微镜将成像视野扩大了7.8倍，同时具备获取大脑皮层上千个神经元功能信号的三维成像能力。此次，北京大学最新的微型化三光子显微镜一举突破了此前微型化多光子显微镜的成像深度极限：显微镜激发光路可以穿透整个小鼠大脑皮层和胼胝体，实现对小鼠海马CA1亚区的直接观测记录（图2，Video 1-2），神经元钙信号最大成像深度可达1.2 mm，血管成像深度可达1.4 mm。另外，在光毒性方面，全皮层钙信号成像仅需要几个毫瓦，海马钙信号成像仅需要20至50毫瓦，大大低于组织损伤的安全阈值。因此，该款微型三光子显微镜可以长时间不间断连续观测神经元功能活动，而不产生明显的光漂白与光损伤。图2 微型三光子显微成像记录小鼠大脑皮层L1-L6和海马CA1的结构和功能动态。CC：胼胝体。绿色代表GCaMP6s标记的神经元荧光钙信号，洋红色代表硬脑膜、微血管和脑白质界面的三次谐波信号。Video1 这是使用北大微型化三光子显微镜拍摄的小鼠大脑从大脑皮层到胼胝体再到海马CA1亚区的三维重建图。绿色代表GCaMP6s标记的神经元荧光信号，洋红色代表硬脑膜、微血管和脑白质界面的三次谐波信号。左上角显示成像深度，可以看到，激光进入大脑，以硬脑膜作为0点，向下移动z轴位移台，我们一次看到了皮层L1至L6分层的神经元胞体和微血管，之后我们看到了胼胝体致密的纤维结构。在穿过胼胝体后，我们继续向下，我们终于看到了位于海马CA1亚区的神经元胞体。Video2 左下图是小鼠佩戴着微型化三光子探头，在鼠笼(长29厘米× 17.5厘米宽× 15厘米高)中自由探索。左上图是此时小鼠佩戴的微型化三光子探头正在对深度为978 μm的海马CA1亚区神经元荧光钙信号进行成像（帧率8.35Hz，物镜后的光功率为35.9 mW）。右图展示了左上图中10个神经元的钙活动轨迹，尖峰代表钙信号发放。钙活动轨迹上移动的蓝线与小鼠自由行为视频同步。海马体位于皮层和胼胝体下面，在短期记忆到长期记忆的巩固、空间记忆和情绪编码等方面起重要作用。在啮齿类动物研究模型中，海马距离脑表面深度大于一个毫米。由于大脑组织，特别是胼胝体，具有对光的高散射光学特性，所以突破成像深度极限是长期以来困扰神经科学家的一个极大的挑战。此前的微型单光子及微型多光子显微镜均无法实现穿透全皮层直接对海马区进行无损成像。北京大学微型化三光子显微镜成像深度的突破得益于全新的光学构型设计（图3）。作者通过对皮层、白质和海马体建立分层散射模型进行仿真，发现荧光信号从深层组织到达脑表面时已经处于随机散射的状态，使得显微物镜荧光收集效率降低，从而极大限制了成像深度。针对这一问题，经典阿贝聚光镜结构被引入构型设计中：微型阿贝聚光镜与简化的无限远物镜密接可以提高散射光的通透效率；阿贝聚光镜与激发光路中的微型管镜部分复用，可以进一步简化结构，降低损耗。总体上，新微型化显微镜的散射荧光收集效率实现了成倍的提升。图3 微型化三光子显微镜光学构型同时，利用微型三光子显微镜，作者研究了小鼠顶叶皮层第六层神经元在抓取糖豆这一感觉运动过程中的编码机制：发现大约37%的神经元在抓取动作之前就开始活跃且在抓取时最活跃，大约5.6%的神经元在抓取动作之后开始活跃，说明不同神经元参与了不同阶段的编码（图4，Video 3）。这一结果初步展示了微型化三光子显微镜在脑科学研究中的应用潜力。图4 小鼠顶叶皮层第六层神经元在抓取糖豆任务中的不同反应类型Video3 左图是佩戴着微型化三光子显微镜的小鼠在0.5厘米狭缝中用手抓取糖豆吃。中间图是此时微型化三光子显微镜探头拍摄的PPC脑区皮层第6层神经元（位于650微米深度）荧光钙信号（GCaMP6s标记的神经元，帧率15.93 Hz）。右图是选取中间图中5个神经元的钙活动轨迹，其中每条绿线表示一次小鼠的抓取动作。移动的蓝色线与左图的小鼠行为视频以及中间图中的神经元活动同步。视频以正常(×1)、慢速(×0.5)和快速(×10)的速度播放，以便于查看抓取行为。北京大学未来技术学院博士后赵春竹、北京大学前沿交叉学科研究院博士研究生陈诗源、北京大学分子医学南京转化研究院研究员张立风为该论文的共同第一作者，北京大学程和平、王爱民、赵春竹为论文的共同通讯作者。原文链接：https://doi.org/10.1038/s41592-023-01777-3这是程和平院士领衔发表的又一重大微型化显微成像成果。更早之前，由程和平院士牵头研发的微型化双光子活体成像技术，被Nature Methods评为“2018年度方法”，被国家科技部评为“2017度中国十大科学进展”。该技术将传统双光子显微镜中的核心探头，都缩减在一个仅有2.2克重的微小部件中。这项自主研发的核心技术已经成功商业化生产，产品为配戴式双光子显微镜，目前已经在世界多地实现销售，被国内外科学家应用于神经科学研究的多个领域，并获得了业内知名专家学者的高度认可。

上期讲到分批补料微型生物反应器设计的内部补料策略（点击此处查看），本期将讲述外部补料策略及结论。外部分批补料策略在外部分批补料系统中，基质从外部储器补料。该策略的主要优点是增加了灵活性和过程控制能力。然而，由于补料需要额外的基础设施，外部分批补料系统固有地更复杂且操作成本更高。3.1自动化液体处理系统使用液体处理工作站可以实现高通量采样以及向 MTP 或平行 MBR 中添加液体。例如，RoboLector®包括集成的 BioLector®（mp2-Labs，德国）MBR 筛选平台。自动取样编程为每 24 小时一次。补料和取样均在不中断摇动的情况下实现，从而最大限度地减少对氧气传输的干扰并防止细胞沉降，从而允许获得代表性的样品。与脉冲补料策略相关的关键挑战是缺乏连续的补料供应，这导致细胞代谢中的振荡并限制与工业规模发酵的可比性，在工业规模发酵中，指数补料策略更常用。Jansen 等人于 2019 年开发了一种自动反馈调节的基于酶的分批补料系统(FeedER)。可以通过控制添加来实现定义的指数生长速率。Ambr®平台通过添加泵送液体管线，可以向每个单独的反应器中连续添加液体。克服了间歇补料的局限性，有利于实施连续补料方案和更严格的 pH 控制。Bioreactor48 平台（2mag，德国）与Freedom EVO(TECAN，瑞士) LHS 相结合，以实现分批补料和过程控制。Bioreactor通过 LHS 向含有 β-呋喃果糖苷酶的培养物间歇投加蔗糖，使可代谢的果糖和葡萄糖得以连续释放。对间歇葡萄糖和酶促摄食策略的比较表明，生物量累积非常相似，但是，连续(酶促)摄食增强了 GFP 荧光。DO 振荡在间歇补料培养物中显著更大。3.2 用于分批补料微生物反应器系统的微流体和微型阀技术与自动 LHS相关的一个关键挑战是补料的间歇性。近来，微流体技术已经被实施，其目的在于开发更精确的工业过程的按比例缩小模型。微流控生物反应器系统涉及对小体积流体的受控操作。在 Mardanpour 和 Yaghmae 研究中，使用大肠杆菌作为生物催化剂，在微流控微生物燃料电池(MFC)中以分批补料模式从葡萄糖和尿素产生生物电。为了构建微流控 MFC，使用具有单个微通道的聚甲基丙烯酸甲酯板作为主体，使用镍基阳极和负载铂的碳覆盖阴极作为主体顶部和底部的电极，通过这种方式，亲水性镍表面吸收阳极电解液并促进细胞附着，从而促进生物膜的生长。为了确定最适合再现大型生物反应器波动条件的微流体系统，Ho 等人比较了三种广泛使用的微流体设计。该研究表明，微流体系统的设备设计在定量和灵敏地再现典型工业规模生物反应器中的不均匀性方面起着关 键作用，可能会影响分批补料系统的工艺产率。微流控FlowerPlate 技术最近被用于优化谷氨酸棒杆菌的绿色荧光蛋白(GFP) 生产。Morschett 等人开发了一种高通量、并行化的 pH 控制分批补料培养工作流程，可在线监测微孔板中的生物量、pH 值、DO 和荧光。每排的两个容器中分别加入葡萄糖-尿素补料溶液和 3M 磷酸(单侧 pH 控制)。将具有不同补料策略(脉冲、恒定、指数)的分批补料工艺与标准分批工艺进行了比较。商业微基质(Applikon Biotechnology，荷兰)平台是一种接近连续补料的替代方法，这种方法便于通过微型阀对每种单独的 μBR 进行独立的液体添加。该最先进系统基于标准 24 孔深孔板，工作体积为 2–7mL，具有集成的荧光团 pH 和溶解氧传感器，以及每个单独孔的独立气体和液体添加量。3.3 外部补料策略总结具有自动外部补料和严格控制工艺参数的新型 MBR 技术的最新进展，使得能够更接近地模拟工业规模的生物过程。通过自动化，实验的吞吐量和精确度得到了显著的提高。机器人 LHS 已证明了在微尺度下有效高通量分批补料培养的潜力。它们可以与现有硬件相结合，并易于编程，以实现广泛的实验应用。通过安装液体处理机器人和分析设备，对 Bioreactor 培养平台进行了改造，实现了全自动受控分批补料培养，并具有自动取样和在线样本分析功能。Mühlmann 等人的一项研究也证明了 RoboLector®平台的适应性，为了实现自动补料培养基制备和细胞培养，安装了额外的冷却器、加热器摇动器和真空站。移液操作可以预先编程以执行定义的补料配置文件并以高精度重复多次。LHS 补料的另一个限制是它的间歇性。微流体设备提供连续的补料供应，以更接近地代表工业规模条件。可以使用微流体装置分配小体积，使得它们对单个细胞的研究特别有吸引力。由于对分离细胞的研究允许将细胞内效应与细胞间或群体效应区分开来，因此这可能有利于菌株的发育。具有外部补料和无创在线监测的自动化并行MBR 平台允许在相对短的时间内生成大量高质量数据集。然而，由于高设备成本和广泛的编程要求，投资比更简单的内部系统要大得多。结论在过去的十年中，微量高通量分批补料培养技术取得了长足的进步。已经开发了各种复杂性和硬件要求不同的补料机制，使得流式分批培养越来越容易获得。由于与传统的分批培养系统相比，分批补料系统可以更接近地模拟工业规模条件，因此它们可以最大限度地降低与生物工艺规模相关的风险。尽管成本相对较低且易于实施，在整个培养过程中不可能进行精确的补料速率控制，并且补料通常仅限于单一基质。通过引入外部硬件，可以实现更复杂的补料分布和过程参数(如 pH)控制。自动液体处理机器人可被编程为响应于过程参数与指定设定点的偏差或根据预定义的补料曲线执行液体添加。最近，自动化液体处理机器人的可负担性有了显著提高，然而，为确保其广泛应用，有必要开发标准化操作程序和直观的软件，以便于其简单操作。尽管它们的高精度和灵活性很有优势，因为补料是通过间歇推注进行的，但无法实现工业相关的连续补料曲线。然而，这可以很容易地通过耦合 LHS 和酶控制的补料策略来解决。微流体技术也被开发出来，以便于非常小体积的连续精确补料。通过将自动化的高通量分批补料培养平台与实验的战略设计和基于模型的 优化策略相结合，可以显著增强对过程的理解，同时最大限度地减少实验负担。结合实时数据来重新确定最佳补料添加和工艺控制策略显示出增强生物工艺开 发的巨大潜力。然而，关键工艺参数的在线和在线分析技术应得到改进，以充分发挥基于模型的优化，在大多数情况下，对优化至关重要的底物利用率和产物形成等参数仅限于离线分析。对传统技术（如色谱）的快速在线替代品的开发将特别有利于重新设计实验策略。尽管该综述中讨论的技术显示出高效和低风险生物工艺开发的巨大潜力，但目前自动化培养平台的高成本和复杂性限制了它们的广泛应用。此外，这些技术和方法的标准化对于学术界和工业界的共同使用和接受至关重要，未来的工作还应侧重于开发 FOSS 和 FOSH 以提高可访问性。曼森平行生物反应器分批补料应用曼森采用Watson-malow 400A高精度泵头，16 路补料，平均每个罐有四路补料，蠕动泵流量可设定，连续可调；每个蠕动泵的功能可单独分配，可以作为酸泵、碱泵、补料泵、消泡泵、液位控制泵。信息来源：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0734975021001944?ref=pdf_download&fr=RR-2&rr=747c4db53ee4ddb1文章来源：本文由中科院上海生命科学信息中心与曼森生物合作供稿排版校对：刘娟娟编辑内容审核：郝玉有博士

1. 研究背景及意义碳化硅(SiC)是一种宽带隙(WBG)的半导体材料，目前已经显示出有能力满足前述领域中不断发展的电力电子的更高性能要求。在过去，硅(Si)一直是最广泛使用的功率开关器件的半导体材料。然而，随着硅基功率器件已经接近其物理极限，进一步提高其性能正成为一个巨大的挑战。我们很难将它的阻断电压和工作温度分别限制在6.5kV和175℃，而且相对于碳化硅器件它的开关速度相对较慢。另一方面，由SiC制成的器件在过去几十年中已经从不成熟的实验室原型发展成为可行的商业产品，并且由于其高击穿电压、高工作电场、高工作温度、高开关频率和低损耗等优势被认为是Si基功率器件的替代品。除了这些性能上的改进，基于SiC器件的电力电子器件有望通过最大限度地减少冷却要求和无源元件要求来实现系统的体积缩小，有助于降低整个系统成本。SiC的这些优点与未来能源转换应用中的电力电子器件的要求和方向非常一致。尽管与硅基器件相比SiC器件的成本较高，但SiC器件能够带来的潜在系统优势足以抵消增加的器件成本。目前SiC器件和模块制造商的市场调查显示SiC器件的优势在最近的商业产品中很明显，例如SiC MOSFETs的导通电阻比Si IGBT的导通电阻小四倍，并且在每三年内呈现出-30%的下降趋势。与硅同类产品相比，SiC器件的开关能量小10-20倍，最大开关频率估计高20倍。由于这些优点，预计到2022年，SiC功率器件的总市场将增长到10亿美元，复合年增长率(CAGR)为28%，预计最大的创收应用是在混合动力和电动汽车、光伏逆变器和工业电机驱动中。然而，从器件的角度来看，挑战和问题仍然存在。随着SiC芯片有效面积的减少，短路耐久时间也趋于减少。这表明在稳定性、可靠性和芯片尺寸之间存在着冲突。而且SiC器件的现场可靠性并没有在各种应用领域得到证明，这些问题直接导致SiC器件在电力电子市场中的应用大打折扣。另一方面，生产高质量、低缺陷和较大的SiC晶圆是SiC器件制造的技术障碍。这种制造上的困难使得SiC MOSFET的每年平均销售价格比Si同类产品高4-5倍。尽管SiC材料的缺陷已经在很大程度上被克服，但制造工艺还需要改进，以使SiC器件的成本更加合理。最近几年大多数SiC器件制造大厂已经开始使用6英寸晶圆进行生产。硅代工公司X-fab已经升级了其制造资源去适应6英寸SiC晶圆，从而为诸如Monolith这类无晶圆厂的公司提供服务。这些积极的操作将导致SiC器件的整体成本降低。图1.1 SiC器件及其封装的发展图1.1展示了SiC功率器件及其封装的发展里程碑。第一个推向市场的SiC器件是英飞凌公司在2001年生产的肖特基二极管。此后，其他公司如Cree和Rohm继续发布各种额定值的SiC二极管。2008年，SemiSouth公司生产了第一个SiC结点栅场效应晶体管（JFET），在那个时间段左右，各公司开始将SiC肖特基二极管裸模集成到基于Si IGBT的功率模块中，生产混合SiC功率模块。从2010年到2011年，Rohm和Cree推出了第一个具有1200V额定值的分立封装的SiC MOSFET。随着SiC功率晶体管的商业化，Vincotech和Microsemi等公司在2011年开始使用SiC JFET和SiC二极管生产全SiC模块。2013年，Cree推出了使用SiC MOSFET和SiC二极管的全SiC模块。此后，其他器件供应商，包括三菱、赛米控、富士和英飞凌，自己也发布了全SiC模块。在大多数情况下，SiC器件最初是作为分立元件推出的，而将这些器件实现为模块封装是在最初发布的几年后开发的。这是因为到目前为止分立封装的制造过程比功率模块封装要简单得多。另一个原因也有可能是因为发布的模块已经通过了广泛的标准JEDEC可靠性测试资格认证，这代表器件可以通过2000万次循环而不发生故障，因此具有严格的功率循环功能。而且分离元件在设计系统时具有灵活性，成本较低，而模块的优势在于性能较高，一旦有了产品就容易集成。虽然SiC半导体技术一直在快速向前发展，但功率模块的封装技术似乎是在依赖过去的惯例，这是一个成熟的标准。然而，它并没有达到充分挖掘新器件的潜力的速度。SiC器件的封装大多是基于陶瓷基底上的线接合方法，这是形成多芯片模块（MCM）互连的标准方法，因为它易于使用且成本相对较低。然而，这种标准的封装方法由于其封装本身的局限性，已经被指出是向更高性能系统发展的技术障碍。首先，封装的电寄生效应太高，以至于在SiC器件的快速开关过程中会产生不必要的损失和噪音。第二，封装的热阻太高，而热容量太低，这限制了封装在稳态和瞬态的散热性能。第三，构成封装的材料和元件通常与高温操作（200℃）不兼容，在升高的操作温度下，热机械可靠性恶化。最后，对于即将到来的高压SiC器件，承受高电场的能力是不够的。这些挑战的细节将在第二节进一步阐述。总之，不是器件本身，而是功率模块的封装是主要的限制因素之一，它阻碍了封装充分发挥SiC元件的优势。因此，应尽最大努力了解未来SiC封装所需的特征，并相应地开发新型封装技术去解决其局限性。随着社会的发展，环保问题与能源问题愈发严重，为了提高电能的转化效率，人们对于用于电力变换和电力控制的功率器件需求强烈[1, 2]。碳化硅（SiC）材料作为第三代半导体材料，具有禁带宽度大，击穿场强高、电子饱和速度大、热导率高等优点[3]。与传统的Si器件相比，SiC器件的开关能耗要低十多倍[4]，开关频率最高提高20倍[5, 6]。SiC功率器件可以有效实现电力电子系统的高效率、小型化和轻量化。但是由于SiC器件工作频率高，而且结电容较小，栅极电荷低，这就导致器件开关时，电压和电流变化很大，寄生电感就极易产生电压过冲和振荡现象，造成器件电压应力、损耗的增加和电磁干扰问题[7, 8]。还要考虑极端条件下的可靠性问题。为了解决这些问题，除了器件本身加以改进，在封装工艺上也需要满足不同工况的特性要求。起先，电力电子中的SiC器件是作为分立器件生产的，这意味着封装也是分立的。然而SiC器件中电压或电流的限制，通常工作在低功耗水平。当需求功率达到100 kW或更高时，设备往往无法满足功率容量要求[9]。因此，需要在设备中连接和封装多个SiC芯片以解决这些问题，并称为功率模块封装[10, 11]。到目前为止，功率半导体的封装工艺中，铝（Al）引线键合封装方案一直是最优的封装结构[12]。传统封装方案的功率模块采用陶瓷覆铜板，陶瓷覆铜板（Direct Bonding Copper，DBC）是一种具有两层铜的陶瓷基板，其中一层图案化以形成电路[13]。功率半导体器件底部一般直接使用焊料连接到DBC上，顶部则使用铝引线键合。底板（Baseplate）的主要功能是为DBC提供支撑以及提供传导散热的功能，并与外部散热器连接。传统封装提供电气互连（通过Al引线与DBC上部的Cu电路键合）、电绝缘（使用DBC陶瓷基板）、器件保护（通过封装材料）和热管理（通过底部）。这种典型的封装结构用于目前制造的绝大多数电源模块[14]。传统的封装方法已经通过了严格的功率循环测试（2000万次无故障循环），并通过了JEDEC标准认证[15]。传统的封装工艺可以使用现有的设备进行，不需要额外开发投资设备。传统的功率模块封装由七个基本元素组成，即功率半导体芯片、绝缘基板、底板、粘合材料、功率互连、封装剂和塑料外壳，如图1.2所示。模块中的这些元素由不同的材料组成，从绝缘体、导体、半导体到有机物和无机物。由于这些不同的材料牢固地结合在一起，为每个元素选择适当的材料以形成一个坚固的封装是至关重要的。在本节中，将讨论七个基本元素中每个元素的作用和流行的选择以及它们的组装过程。图1.2标准功率模块结构的横截面功率半导体是功率模块中的重要元素，通过执行电气开/关开关将功率从源头转换到负载。标准功率模块中最常用的器件类型是MOSFETs、IGBTs、二极管和晶闸管。绝缘衬底在半导体元件和终端之间提供电气传导，与其他金属部件（如底板和散热器）进行电气隔离，并对元件产生的热量进行散热。直接键合铜（DBC）基材在传统的电源模块中被用作绝缘基材，因为它们具有优良的性能，不仅能满足电气和热的要求，而且还具有机械可靠性。在各种候选材料中，夹在两层铜之间的陶瓷层的流行材料是Al2O3，AlN，Si2N4和BeO。接合材料的主要功能是通过连接每个部件，在半导体、导体导线、端子、基材和电源模块的底板之间提供机械、热和电的联系。由于其与电子组装环境的兼容性，SnPb和SnAgCu作为焊料合金是最常用的芯片和基片连接材料。在选择用于功率模块的焊料合金时，需要注意的重要特征是：与使用温度有关的熔化温度，与功率芯片的金属化、绝缘衬底和底板的兼容性，高机械强度，低弹性模量，高抗蠕变性和高抗疲劳性，高导热性，匹配的热膨胀系数（CTE），成本和环境影响。底板的主要作用是为绝缘基板提供机械支持。它还从绝缘基板上吸收热量并将其传递给冷却系统。高导热性和低CTE（与绝缘基板相匹配）是对底板的重要特性要求。广泛使用的底板材料是Cu，AlSiC，CuMoCu和CuW。导线键合的主要作用是在模块的功率半导体、导体线路和输入/输出终端之间进行电气连接。器件的顶面连接最常用的材料是铝线。对于额定功率较高的功率模块，重铝线键合或带状键合用于连接功率器件的顶面和陶瓷基板的金属化，这样可以降低电阻和增强热能力。封装剂的主要目的是保护半导体设备和电线组装的组件免受恶劣环境条件的影响，如潮湿、化学品和气体。此外，封装剂不仅在电线和元件之间提供电绝缘，以抵御电压水平的提高，而且还可以作为一种热传播媒介。在电源模块中作为封装剂使用的材料有硅凝胶、硅胶、聚腊烯、丙烯酸、聚氨酯和环氧树脂。塑料外壳（包括盖子）可以保护模块免受机械冲击和环境影响。因为即使电源芯片和电线被嵌入到封装材料中，它们仍然可能因处理不当而被打破或损坏。同时外壳还能机械地支撑端子，并在端子之间提供隔离距离。热固性烯烃（DAP）、热固性环氧树脂和含有玻璃填料的热塑性聚酯（PBT）是塑料外壳的最佳选择。传统电源模块的制造过程开始于使用回流炉在准备好的DBC基片上焊接电源芯片。然后，许多这些附有模具的DBC基板也使用回流焊工艺焊接到一个底板上。在同一块底板上，用胶水或螺丝钉把装有端子的塑料外壳连接起来。然后，正如前面所讨论的那样，通过使用铝线进行电线连接，实现电源芯片的顶部、DBC的金属化和端子之间的连接。最后，用分配器将封装材料沉积在元件的顶部，并在高温下固化。前面所描述的结构、材料和一系列工艺被认为是功率模块封装技术的标准，在目前的实践中仍被广泛使用。尽管对新型封装方法的需求一直在持续，但技术变革或采用是渐进的。这种对新技术的缓慢接受可以用以下原因来解释。首先，人们对与新技术的制造有关的可靠性和可重复性与新制造工艺的结合表示担忧，这需要时间来解决。因此，考虑到及时的市场供应，模块制造商选择继续使用成熟的、广为人知的传统功率模块封装技术。第二个原因是传统电源模块的成本效益。由于传统电源模块的制造基础设施与其他电子器件封装环境兼容，因此不需要与开发新材料和设备有关的额外成本，这就大大降低了工艺成本。尽管有这些理由坚持使用标准的封装方法，但随着半导体趋势从硅基器件向碳化硅基器件的转变，它正显示出局限性并面临着根本性的挑战。使用SiC器件的最重要的优势之一是能够在高开关频率下工作。在功率转换器中推动更高的频率背后的主要机制是最大限度地减少整个系统的尺寸，并通过更高的开关频率带来的显著的无源尺寸减少来提高功率密度。然而，由于与高开关频率相关的损耗，大功率电子设备中基于硅的器件的开关频率通常被限制在几千赫兹。图1.3中给出的一个例子显示，随着频率的增加，使用Si-IGBT的功率转换器的效率下降，在20kHz时已经下降到73%。另一方面，在相同的频率下，SiC MOSFET的效率保持高达92%。从这个例子中可以看出，硅基器件在高频运行中显示出局限性，而SiC元件能够在更高频率下运行时处理高能量水平。尽管SiC器件在开关性能上优于Si器件对应产品，但如果要充分利用其快速开关的优势，还需要考虑到一些特殊的因素。快速开关的瞬态效应会导致器件和封装内部的电磁寄生效应，这正成为SiC功率模块作为高性能开关应用的最大障碍。图1.3 Si和SiC转换器在全额定功率和不同开关频率下的效率图1.4给出了一个半桥功率模块的电路原理图，该模块由高低两侧的开关和二极管对组成，如图1.4所示，其中有一组最关键的寄生电感，即主开关回路杂散电感(Lswitch)、栅极回路电感(Lgate)和公共源电感(Lsource)。主开关回路杂散电感同时存在于外部电源电路和内部封装互连中，而外部杂散电感对开关性能的影响可以通过去耦电容来消除。主开关回路杂散电感(Lswitch)是由直流+总线、续流二极管、MOSFET(或IGBT)和直流总线终端之间的等效串联电感构成的。它负责电压过冲，在关断期间由于电流下降而对器件造成严重的压力，负反馈干扰充电和向栅极源放电的电流而造成较慢的di/dt的开关损失，杂散电感和半导体器件的输出电容的共振而造成开关波形的振荡增加，从而导致EMI发射增加。栅极环路电感(Lgate)由栅极电流路径形成，即从驱动板到器件的栅极接触垫，以及器件的源极到驱动板的连接。它通过造成栅极-源极电压积累的延迟而降低了可实现的最大开关频率。它还与器件的栅极-源极电容发生共振，导致栅极信号的震荡。结果就是当我们并联多个功率芯片模块时，如果每个栅极环路的寄生电感不相同或者对称，那么在开关瞬间将产生电流失衡。共源电感(Lsource)来自主开关回路和栅极回路电感之间的耦合。当打开和关闭功率器件时，di/dt和这个电感上的电压在栅极电路中作为额外的（通常是相反的）电压源，导致di/dt的斜率下降，扭曲了栅极信号，并限制了开关速度。此外，共源电感可能会导致错误的触发事件，这可能会通过在错误的时间打开器件而损坏器件。这些寄生电感的影响在快速开关SiC器件中变得更加严重。在SiC器件的开关瞬态过程中会产生非常高的漏极电流斜率di/dt，而前面讨论的寄生电感的电压尖峰和下降也明显大于Si器件的。寄生电感的这些不良影响导致了开关能量损失的增加和可达到的最大开关频率的降低。开关瞬态的问题不仅来自于电流斜率di/dt，也来自于电压斜率dv/dt。这个dv/dt导致位移电流通过封装的寄生电容，也就是芯片和冷却系统之间的电容。图1.5显示了半桥模块和散热器之间存在的寄生电容的简化图。这种不需要的电流会导致对变频器供电的电机的可靠性产生不利影响。例如，汽车应用中由放电加工(EDM)引起的电机轴承缺陷会产生很大的噪声电流。在传统的硅基器件中，由于dv/dt较低，约为3 kV/µs，因此流经寄生电容的电流通常忽略不记。然而，SiC器件的dv/dt比Si器件的dv/dt高一个数量级，最高可达50 kV/µs，使通过封装电容的电流不再可以忽略。对Si和SiC器件产生的电磁干扰(EMI)的比较研究表明，由于SiC器件的快速开关速度，传导和辐射的EMI随着SiC器件的使用而增加。除了通过封装进入冷却系统的电流外，电容寄也会减缓电压瞬变，在开关期间产生过电流尖峰，并通过与寄生电感形成谐振电路而增加EMI发射，这是我们不希望看到的。未来的功率模块封装应考虑到SiC封装中的寄生和高频瞬变所带来的所有复杂问题和挑战。解决这些问题的主要封装级需要做到以下几点。第一，主开关回路的电感需要通过新的互连技术来最小化，以取代冗长的线束，并通过优化布局设计，使功率器件接近。第二，由于制造上的不兼容性和安全问题，栅极驱动电路通常被组装在与功率模块分开的基板上。应通过将栅极驱动电路与功率模块尽可能地接近使栅极环路电感最小化。另外，在平行芯片的情况下，布局应该是对称的，以避免电流不平衡。第三，需要通过将栅极环路电流与主开关环路电流分开来避免共源电感带来的问题。这可以通过提供一个额外的引脚来实现，例如开尔文源连接。第四，应通过减少输出端和接地散热器的电容耦合来减轻寄生电容中流动的电流，比如避免交流电位的金属痕迹的几何重叠。图1.4半桥模块的电路原理图。三个主要的寄生电感表示为Lswitch、Lgate和Lsource。图1.5半桥模块的电路原理图。封装和散热器之间有寄生电容。尽管目前的功率器件具有优良的功率转换效率，但在运行的功率模块中，这些器件产生的热量是不可避免的。功率器件的开关和传导损失在器件周围以及从芯片到冷却剂的整个热路径上产生高度集中的热通量密度。这种热通量导致功率器件的性能下降，以及器件和封装的热诱导可靠性问题。在这个从Si基器件向SiC基器件过渡的时期，功率模块封装面临着前所未有的散热挑战。图1.6根据额定电压和热阻计算出所需的总芯片面积在相同的电压和电流等级下，SiC器件的尺寸可以比Si器件小得多，这为更紧凑的功率模块设计提供了机会。根据芯片的热阻表达式，芯片尺寸的缩小，例如芯片边缘的长度，会导致热阻的二次方增加。这意味着SiC功率器件的模块化封装需要特别注意散热和冷却。图1.6展示了计算出所需的总芯片面积减少，这与芯片到冷却剂的热阻减少有关。换句话说，随着芯片面积的减少，SiC器件所需的热阻需要提高。然而，即使结合最先进的冷却策略，如直接冷却的冷板与针状翅片结构，假设应用一个70kVA的逆变器，基于DBC和线束的标准功率模块封装的单位面积热阻值通常在0.3至0.4 Kcm2/W之间。为了满足研究中预测的未来功率模块的性能和成本目标，该值需要低于0.2 Kcm2/W，这只能通过创新方法实现，比如双面冷却法。同时，小的芯片面积也使其难以放置足够数量的线束，这不仅限制了电流处理能力，也限制了热电容。以前对标准功率模块封装的热改进大多集中在稳态热阻上，这可能不能很好地代表开关功率模块的瞬态热行为。由于预计SiC器件具有快速功率脉冲的极其集中的热通量密度，因此不仅需要降低热阻，还需要改善热容量，以尽量减少这些快速脉冲导致的峰值温度上升。在未来的功率模块封装中，应解决因采用SiC器件而产生的热挑战。以下是未来SiC封装在散热方面应考虑的一些要求。第一，为了降低热阻，需要减少或消除热路中的一些封装层；第二，散热也需要从芯片的顶部完成以使模块的热阻达到极低水平，这可能需要改变互连方法，比如采用更大面积的接头；第三，封装层接口处的先进材料将有助于降低封装的热阻。例如，用于芯片连接和热扩散器的材料可以分别用更高的导热性接头和碳基复合材料代替。第四，喷射撞击、喷雾和微通道等先进的冷却方法可以用来提高散热能力。SiC器件有可能被用于预期温度范围极广的航空航天应用中。例如用于月球或火星任务的电子器件需要分别在-180℃至125℃和-120℃至85℃的广泛环境温度循环中生存。由于这些空间探索中的大多数电子器件都是基于类似地球的环境进行封装的，因此它们被保存在暖箱中，以保持它们在极低温度下的运行。由于SiC器件正在评估这些条件，因此需要开发与这些恶劣环境兼容的封装技术，而无需使用暖箱。与低温有关的最大挑战之一是热循环引起的大的CTE失配对芯片连接界面造成的巨大压力。另外，在室温下具有柔性和顺应性的材料，如硅凝胶，在-180℃时可能变得僵硬，在封装内产生巨大的应力水平。因此，SiC封装在航空应用中的未来方向首先是开发和评估与芯片的CTE密切匹配的基材，以尽量减少应力。其次，另一个方向应该是开发在极低温度下保持可塑性的芯片连接材料。在最近的研究活动中，在-180℃-125℃的极端温度范围内，对分别作为基材和芯片附件的SiN和Indium焊料的性能进行了评估和表征。为进一步推动我国能源战略的实施，提高我国在新能源领域技术、装备的国际竞争力，实现高可靠性碳化硅 MOSFET 器件中试生产技术研究，研制出满足移动储能变流器应用的多芯片并联大功率MOSFET 器件。本研究将通过寄生参数提取、建模、仿真及测试方式研究 DBC 布局、多栅极电阻等方式对芯片寄生电感与均流特性的影响，进一步提高我国碳化硅器件封装及测试能力。2. SiC MOSFET功率模块设计技术2.1 模块设计技术介绍在MOSFET模块设计中引入软件仿真环节，利用三维电磁仿真软件、三维温度场仿真软件、三维应力场仿真软件、寄生参数提取软件和变流系统仿真软件，对MOSFET模块设计中关注的电磁场分布、热分布、应力分布、均流特性、开关特性、引线寄生参数对模块电特性影响等问题进行仿真，减小研发周期、降低设计研发成本，保证设计的产品具备优良性能。在仿真基础上，结合项目团队多年从事电力电子器件设计所积累的经验，解决高压大功率MOSFET模块设计中存在的多片MOSFET芯片和FRD芯片的匹配与均流、DBC版图的设计与芯片排布设计、电极结构设计、MOSFET模块结构设计等一系列难题，最终完成模块产品的设计。高压大功率MOSFET模块设计流程如下：图2.1高压大功率MOSFET模块设计流程在MOSFET模块设计中，需要综合考虑很多问题，例如：散热问题、均流问题、场耦合问题、MOSFET模块结构优化设计问题等等。MOSFET芯片体积小，热流密度可以达到100W/cm2~250W/cm2。同时，基于硅基的MOSFET芯片最高工作温度为175℃左右。据统计，由于高温导致的失效占电力电子芯片所有失效类型的50%以上。随电力电子器件设备集成度和环境集成度的逐渐增加，MOSFET模块的最高温升限值急剧下降。因此，MOSFET模块的三维温度场仿真技术是高效率高功率密度MOSFET模块设计开发的首要问题。模块散热能力与众多因素有关：MOSFET模块所用材料的物理和化学性质、MOSFET芯片的布局、贴片的质量、焊接的工艺水平等。如果贴片质量差，有效散热面积小，芯片与DBC之间的热阻大，在模块运行时易造成模块局部过热而损坏。另外，芯片的排布对热分布影响也很大。下图4.2是采用有限元软件对模块内部的温度场进行分析的结果：图2.2 MOSFET模块散热分布分析在完成结构设计和材料选取后，采用ANSYS软件的热分析模块ICEPAK，建立包括铜基板、DBC、MOSFET芯片、二极管芯片以及包括铝质键合引线在内的相对完整的数值模拟模型。模拟实际工作条件，施加相应的载荷，得到MOSFET的温度场分布，根据温度场分布再对MOSFET内部结构和材料进行调整，直至达到设计要求范围内的最优。2.2 材料数据库对一个完整的焊接式MOSFET模块而言，从上往下为一个 8层结构：绝缘盖板、密封胶、键合、半导体芯片层、焊接层 1、DBC、焊接层 2、金属底板。MOSFET模块所涉及的主要材料可分为以下几种类型：导体、绝缘体、半导体、有机物和无机物。MOSFET模块的电、热、机械等性能与材料本身的电导率、热导率、热膨胀系数、介电常数、机械强度等密切相关。材料的选型非常重要，为此有必要建立起常用的材料库。2.3 芯片的仿真模型库所涉及的MOSFET芯片有多种规格，包括：1700V 75A/100A/125A；2500V/50A；3300V/50A/62.5A；600V/100A；1200V/100A；4500V/42A；6500V/32A。为便于合理地进行芯片选型（确定芯片规格及其数量），精确分析多芯片并联时的均流性能，首先为上述芯片建立等效电路模型。在此基础上，针对实际电力电子系统中的滤波器、电缆和电机负载模型，搭建一个系统及的仿真平台，从而对整个系统的电气性能进行分析预估。2.4 MOSFET模块的热管理MOSFET模块是一个含不同材料的密集封装的多层结构，其热流密度达到100W/cm2--250W/cm2，模块能长期安全可靠运行的首要因素是良好的散热能力。散热能力与众多因素有关：MOSFET模块所用材料的物理和化学性质、MOSFET芯片的布局、贴片的质量、焊接的工艺水平等。如果贴片质量差，有效散热面积小，芯片与DBC之间的热阻大，在模块运行时易造成模块局部过热而损坏。芯片可靠散热的另一重要因素是键合的长度和位置。假设散热底板的温度分布均匀，而每个MOSFET芯片对底板的热阻有差异，导致在相同工况时，每个MOSFET芯片的结温不同。下图是采用有限元软件对模块内部的温度场进行分析的结果。图2.3MOSFET模块热分布在模块完成封装后，采用FLOTHERM软件的热分析模块，建立包括铜基板、DBC、MOSFET芯片、二极管芯片以及包括铝质键合引线在内的相对完整的数值模拟模型。模拟实际工作条件，施加相应的载荷，得到MOSFET的温度场分布的数值解，为MOSFET温度场分布的测试提供一定的依据。2.5. 芯片布局与杂散参数提取根据MOSFET模块不同的电压和电流等级，MOSFET模块所使用芯片的规格不同，芯片之间的连接方式也不同。因此，详细的布局设计放在项目实施阶段去完成。对中低压MOSFET模块和高压MOSFET模块，布局阶段考虑的因素会有所不同，具体体现在DBC与散热底板之间的绝缘、DBC上铜线迹之间的绝缘以及键合之间的绝缘等。2.6 芯片互联的杂散参数提取MOSFET芯片并联应用时的电流分配不均衡主要有两种：静态电流不均衡和动态电流不均衡。静态电流不均衡主要由器件的饱和压降VCE（sat）不一致所引起；而动态电流不均衡则是由于器件的开关时间不同步引起的。此外，栅极驱动、电路的布局以及并联模块的温度等因素也会影响开关时刻的动态均流。回路寄生电感特别是射极引线电感的不同将会使器件开关时刻不同步；驱动电路输出阻抗的不一致将引起充放电时间不同；驱动电路的回路引线电感可能引起寄生振荡；以及温度不平衡会影响到并联器件动态均流。2.7 模块设计专家知识库通过不同规格MOSFET模块的设计－生产－测试－改进设计等一系列过程，可以获得丰富的设计经验，并对其进行归纳总结，提出任意一种电压电流等级的MOSFET模块的设计思路，形成具有自主知识产权的高压大功率MOSFET模块的系统化设计知识库。3. SiCMOSFET封装工艺3.1 封装常见工艺MOSFET模块封装工艺主要包括焊接工艺、键合工艺、外壳安装工艺、灌封工艺及测试等。3.1.1 焊接工艺焊接工艺在特定的环境下，使用焊料，通过加热和加压，使芯片与DBC基板、DBC基板与底板、DBC基板与电极达到结合的方法。目前国际上采用的是真空焊接技术，保证了芯片焊接的低空洞率。焊接要求焊接面沾润好，空洞率小，焊层均匀，焊接牢固。通常情况下．影响焊接质量的最主要因素是焊接“空洞”，产生焊接空洞的原因，一是焊接过程中，铅锡焊膏中助焊剂因升温蒸发或铅锡焊片熔化过程中包裹的气泡所造成的焊接空洞，真空环境可使空洞内部和焊接面外部形成高压差，压差能够克服焊料粘度，释放空洞。二是焊接面的不良加湿所造成的焊接空洞，一般情况下是由于被焊接面有轻微的氧化造成的，这包括了由于材料保管的不当造成的部件氧化和焊接过程中高温造成的氧化，即使真空技术也不能完全消除其影响。在焊接过程中适量的加人氨气或富含氢气的助焊气体可有效地去除氧化层，使被焊接面有良好的浸润性．加湿良好。“真空+气体保护”焊接工艺就是基于上述原理研究出来的，经过多年的研究改进，已成为高功率，大电流，多芯片的功率模块封装的最佳焊接工艺。虽然干式焊接工艺的焊接质量较高，但其对工艺条件的要求也较高，例如工艺设备条件，工艺环境的洁净程度，工艺气体的纯度．芯片，DBC基片等焊接表面的应无沾污和氧化情况．焊接过程中的压力大小及均匀性等。要根据实际需要和现场条件来选择合适的焊接工艺。3.1.2 键合工艺引线键合是当前最重要的微电子封装技术之一，目前90％以上的芯片均采用这种技术进行封装。超声键合原理是在超声能控制下，将芯片金属镀层和焊线表面的原子激活，同时产生塑性变形，芯片的金属镀层与焊线表面达到原子间的引力范围而形成焊接点，使得焊线与芯片金属镀层表面紧密接触。按照原理的不同，引线键合可以分为热压键合、超声键合和热压超声键合3种方式。根据键合点形状，又可分为球形键合和楔形键合。在功率器件及模块中，最常见的功率互连方法是引线键合法，大功率MOSFET模块采用了超声引线键合法对MOSFET芯片及FRD芯片进行互连。由于需要承载大电流，故采用楔形劈刀将粗铝线键合到芯片表面或DBC铜层表面，这种方法也称超声楔键合。外壳安装工艺：功率模块的封装外壳是根据其所用的不同材料和品种结构形式来研发的，常用散热性好的金属封装外壳、塑料封装外壳，按最终产品的电性能、热性能、应用场合、成本，设计选定其总体布局、封装形式、结构尺寸、材料及生产工艺。功率模块内部结构设计、布局与布线、热设计、分布电感量的控制、装配模具、可靠性试验工程、质量保证体系等的彼此和谐发展，促进封装技术更好地满足功率半导体器件的模块化和系统集成化的需求。外壳安装是通过特定的工艺过程完成外壳、顶盖与底板结构的固定连接，形成密闭空间。作用是提供模块机械支撑，保护模块内部组件，防止灌封材料外溢，保证绝缘能力。外壳、顶盖要求机械强度和绝缘强度高，耐高温，不易变形，防潮湿、防腐蚀等。3.1.3 灌封工艺灌封工艺用特定的灌封材料填充模块，将模块内组件与外部环境进行隔离保护。其作用是避免模块内部组件直接暴露于环境中，提高组件间的绝缘，提升抗冲击、振动能力。灌封材料要求化学特性稳定，无腐蚀，具有绝缘和散热能力，膨胀系数和收缩率小，粘度低，流动性好，灌封时容易达到模块内的各个缝隙，可将模块内部元件严密地封装起来，固化后能吸收震动和抗冲击。3.1.4 模块测试MOSFET模块测试包括过程测试及产品测试。其中过程测试通过平面度测试仪、推拉力测试仪、硬度测试仪、X射线测试仪、超声波扫描测试仪等，对产品的入厂和过程质量进行控制。产品测试通过平面度测试仪、动静态测试仪、绝缘/局部放电测试仪、高温阻断试验、栅极偏置试验、高低温循环试验、湿热试验，栅极电荷试验等进行例行和型式试验，确保模块的高可靠性。3.2 封装要求本项目的SiC MOSFET功率模块封装材料要求如下：（1）焊料选用需要可靠性要求和热阻要求。（2）外壳采用PBT材料，端子裸露部分表面镀镍或镀金。（3）内引线采用超声压接或铝丝键合（具体视装配图设计而定），功率芯片采用铝线键合。（4）灌封料满足可靠性要求，Tg150℃，能满足高低温存贮和温度循环等试验要求。（5）底板采用铜材料。（6）陶瓷覆铜板采用Si3N4材质。（7）镀层要求：需保证温度循环、盐雾、高压蒸煮等试验后满足外观要求。3.3 封装流程本模块采用既有模块进行封装，不对DBC结构进行调整。模块封装工艺流程如下图3.1所示。图3.1模块封装工艺流程（1）芯片CP测试：对芯片进行ICES、BVCES、IGES、VGETH等静态参数进行测试，将失效的芯片筛选出来，避免因芯片原因造成的封装浪费。（2）划片&划片清洗：将整片晶圆按芯片大小分割成单一的芯片，划片后可从晶圆上将芯片取下进行封装；划片后对金属颗粒进行清洗，保证芯片表面无污染，便于后续工艺操作。（3）丝网印刷：将焊接用的焊锡膏按照设计的图形涂敷在DBC基板上，使用丝网印刷机完成，通过工装钢网控制锡膏涂敷的图形。锡膏图形设计要充分考虑焊层厚度、焊接面积、焊接效果，经过验证后最终确定合适的图形。（4）芯片焊接：该步骤主要是完成芯片与 DBC 基板的焊接，采用相应的焊接工装，实现芯片、焊料和 DBC 基板的装配。使用真空焊接炉，采用真空焊接工艺，严格控制焊接炉的炉温、焊接气体环境、焊接时间、升降温速度等工艺技术参数，专用焊接工装完成焊接工艺，实现芯片、DBC 基板的无空洞焊接，要求芯片的焊接空洞率和焊接倾角在工艺标准内，芯片周围无焊球或堆焊，焊接质量稳定，一致性好。（5）助焊剂清洗：通过超声波清洗去除掉助焊剂。焊锡膏中一般加入助焊剂成分，在焊接过程中挥发并残留在焊层周围，因助焊剂表现为酸性，长期使用对焊层具有腐蚀性，影响焊接可靠性，因此需要将其清洗干净，保证产品焊接汉城自动气相清洗机采用全自动浸入式喷淋和汽相清洗相结合的方式进行子单元键合前清洗，去除芯片、DBC 表面的尘埃粒子、金属粒子、油渍、氧化物等有害杂质和污染物，保证子单元表面清洁。（6） X-RAY检测：芯片的焊接质量作为产品工艺控制的主要环节，直接影响着芯片的散热能力、功率损耗的大小以及键合的合格率。因此，使用 X-RAY 检测机对芯片焊接质量进行检查，通过调整产生 X 射线的电压值和电流值，对不同的焊接产品进行检查。要求 X 光检查后的芯片焊接空洞率工艺要求范围内。（7）芯片键合：通过键合铝线工艺，完成 DBC 和芯片的电气连接。使用铝线键合机完成芯片与 DBC 基板对应敷铜层之间的连接，从而实现芯片之间的并联和反并联。要求该工序结合芯片的厚度参数和表面金属层参数，通过调整键合压力，键合功率，键合时间等参数，并根据产品的绝缘要求和通流大小，设置合适的键合线弧高和间距，打线数量满足通流要求，保证子单元的键合质量。要求键合工艺参数设定合理、铝线键合质量牢固，键合弧度满足绝缘要求、键合点无脱落，满足键合铝线推拉力测试标准。（8）模块焊接：该工序实现子单元与电极、底板的二次焊接。首先进行子单元与电极、底板的焊接装配，使用真空焊接炉实现焊接，焊接过程中要求要求精确控制焊接设备的温度、真空度、气体浓度。焊接完成后要求子单元 DBC 基板和芯片无损伤、无焊料堆焊、电极焊脚之间无连焊虚焊、键合线无脱落或断裂等现象。（9）超声波检测：该工序通过超声波设备对模块 DBC 基板与底板之间的焊接质量进行检查，模块扫描后要求芯片、DBC 无损伤，焊接空洞率低于 5%。（10）外壳安装：使用涂胶设备进行模块外壳的涂胶，保证模块安装后的密封性，完成模块外壳的安装和紧固。安装后要求外壳安装方向正确，外壳与底板粘连处在灌封时不会出现硅凝胶渗漏现象。（11）端子键合&端子超声焊接：该工序通过键合铝线工艺，实现子单元与电极端子的电气连接，形成模块整体的电气拓扑结构；可以通过超声波焊接实现子单元与电极端子的连接，超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。超声波焊接具有高机械强度，较低的热应力、焊接质量高等优点，使得焊接具有更好的可靠性，在功率模块产品中应用越来越广泛。（12）硅凝胶灌封&固化：使用自动注胶机进行硅凝胶的灌封，实现模块的绝缘耐压能力。胶体填充到指定位置，完成硅凝胶的固化。要求胶体固化充分，胶体配比准确，胶体内不含气泡、无分层或断裂纹。4. 极端条件下的可靠性测试4.1 单脉冲雪崩能量试验目的：考察的是器件在使用过程中被关断时承受负载电感能量的能力。试验原理：器件在使用时经常连接的负载是感性的，或者电路中不可避免的也会存在寄生电感。当器件关断时，电路中电流会突然下降，变化的电流会在感性负载上产生一个应变电压，这部分电压会叠加电源电压一起加载在器件上，使器件在瞬间承受一个陡增的电压，这个过程伴随着电流的下降。图4.1 a）的雪崩能量测试电路就是测试这种工况的，被测器件上的电流电压变化情况如图4.1 b）。图4.1 a)雪崩能量测试电路图；b)雪崩能量被测器件的电流电压特性示意图这个过程中，电感上储存的能量瞬时全部转移到器件上，可知电流刚开始下降时，电感储存的能量为1/2*ID2*L，所以器件承受的雪崩能量也就是电感包含的所有能量，为1/2*ID2*L。试验目标：在正向电流ID = 20A下，器件单脉冲雪崩能量EAS1J试验步骤：将器件放入测试台，给器件施加导通电流为20A。设置测试台电感参数使其不断增加，直至器件的单脉冲雪崩能量超过1J。通过/失效标准：可靠性试验完成后，按照下表所列的顺序测试（有些测试会对后续测试有影响），符合下表要求的可认为通过。测试项目通过条件IGSS USLIDSS or IDSX USLVGS(off) or VGS(th)LSL USLVDS(on) USLrDS(on) USL (仅针对MOSFET)USL: upper specification limit, 最高上限值LSL: lower specification limit, 最低下限值4.2 抗短路能力试验目的：把样品暴露在空气干燥的恒温环境中，突然使器件通过大电流，观测元器件在大电流大电压下于给定时间长度内承受大电流的能力。试验原理：当器件工作于实际高压电路中时，电路会出现误导通现象，导致在短时间内有高于额定电流数倍的电流通过器件，器件承受这种大电流的能力称为器件的抗短路能力。为了保护整个系统不受误导通情况的损坏，系统中会设置保护电路，在出现短路情况时迅速切断电路。但是保护电路的反应需要一定的时长，需要器件能够在该段时间内不发生损坏，因此器件的抗短路能力对整个系统的可靠性尤为重要。器件的抗短路能力测试有三种方式，分别对应的是器件在不同的初始条件下因为电路突发短路（比如负载失效）而接受大电流大电压时的反应。抗短路测试方式一，也称为“硬短路”，是指IGBT从关断状态（栅压为负）直接开启进入到抗短路测试中；抗短路测试方式二，是指器件在已经导通有正常电流通过的状态下（此时栅压为正，漏源电压为正但较低），进入到抗短路测试中；抗短路测试方式三是指器件处于栅电压已经开启但漏源电压为负（与器件反并联的二极管处于续流状态，所以此时器件的漏源电压由于续流二极管的钳位在-0.7eV左右，，栅压为正），进入到抗短路测试中。可知，器件的抗短路测试都是对应于器件因为电路的突发短路而要承受电路中的大电流和大电压，只是因为器件的初始状态不同而会有不同的反应。抗短路测试方法一电路如图4.2，将器件直接加载在电源两端，器件初始状态为关断，此时器件承受耐压。当给器件栅电极施加一个脉冲，器件开启，从耐压状态直接开始承受一个大电流及大电压，考量器件的“硬”耐短路能力。图4.2 抗短路测试方法一的测试电路图抗短路测试方法二及三的测试电路图如图4.2，图中L_load为实际电路中的负载电感，L_par为电路寄生电感，L_sc为开关S1配套的寄生电感。当进行第二种抗短路方法测试时，将L_load下端连接到上母线（Vdc正极），这样就使L_sc支路与L_load支路并联。初态时，S1断开，DUT开通，电流从L_load和DUT器件上通过，开始测试时，S1闭合，L_load瞬时被短路，电流沿着L_sc和DUT路线中流动，此时电流通路中仅包含L_sc和L_par杂散电感，因此会有大电流会通过DUT，考察DUT在导通状态时承受大电流的能力。当进行第三种抗短路方法测试时，维持图4.2结构不变，先开通IGBT2并保持DUT关断，此时电流从Vdc+沿着IGBT2、L_load、Vdc-回路流通，接着关断IGBT2，那么D1会自动给L_load续流，在此状态下开启DUT栅压，DUT器件处于栅压开启，但漏源电压被截止状态，然后再闭合S1，大电流会通过L_sc支路涌向DUT。在此电路中IGBT2支路的存在主要是给D1提供续流的电流。图4.3 抗短路测试方法二和方法三的测试电路图1） 抗短路测试方法一：图4.2中Vdc及C1大电容提供持续稳定的大电压，给测试器件DUT栅极施加一定时间长度的脉冲，在被试器件被开启的时间内，器件开通期间处于短路状态，且承受了较高的耐压。器件在不损坏的情况下能够承受的最长开启时间定义为器件的短路时长（Tsc），Tsc越大，抗短路能力越强。在整个短路时长器件，器件所承受的能量，为器件的短路能量（Esc）。器件的抗短路测试考察了器件瞬时同时承受高压、高电流的能力，也是一种器件的复合应力测试方式。图4.2测试电路中的Vdc=600V，C1、C2、C3根据器件的抗短路性能能力决定，C1的要求是维持Vdc的稳定，C1的要求是测试过程中释放给被测器件的电能不能使C1两端的电压下降过大（5%之内可接受）。C2，C3主要用于给器件提供高频、中频电流，不要求储存能量过大。对C2、C3的要求是能够降低被测器件开通关断时造成的漏源电压振幅即可。图4.4 抗短路能力测试方法一的测试结果波形图4.4给出了某款SiC平面MOSFET在290K下，逐渐增大栅极脉冲宽度（PW）的抗短路能力测试结果。首先需要注意的是在测试过程中，每测量一个脉冲宽度的短路波形，需要间隔足够长的时间，以消除前一次短路测试带来的器件温度上升对后一次测试的器件初始温度的影响，保证每次测试初始温度的准确。从图中可以看出，Id峰值出现在1 μs和2 μs之间，随着开通时间的增加，Id呈现出先增加后减小的时间变化趋势。Id的上升阶段，是因为器件开启时有大电流经过器件，在高压的共同作用下，器件温度迅速上升，因为此时MOSFET的沟道电阻是一个负温度系数，所以MOSFET沟道电阻减小，Id则上升，在该过程中电流上升的速度由漏极电压、寄生电感以及栅漏电容的充电速度所决定；随着大电流的持续作用，器件整体温度进一步上升，器件此时的导通电阻变成正温度系数，器件的整体电阻将随温度增加逐渐增大，这时器件Id将逐渐减小。所以，整个抗短路能力测试期间，Id先增加后下降。此外，测试发现，当脉冲宽度增加到一定程度，Id在关断下降沿出现拖尾，即器件关断后漏极电流仍需要一定的时间才能恢复到0A。在研究中发现当Id拖尾到达约12A左右之后，进一步增大脉冲宽度，器件将损坏，并伴随器件封装爆裂。所以针对这款器件的抗短路测试，定义Tsc为器件关断时漏极电流下降沿拖尾到达10A时的脉冲时间长度。Tsc越长，代表器件的抗短路能力越强。测试发现，低温有助于器件抗短路能力的提升，原因是因为，低的初始温度意味着需要更多的时间才能使器件达到Id峰值。仿真发现，器件抗短路测试失效模式主要有两种：1、器件承受高压大电流的过程中，局部高温引起漏电流增加，触发了器件内部寄生BJT闩锁效应，栅极失去对沟道电流的控制能力，器件内部电流局部集中发生热失效，此时的表现主要是器件的Id电流突然上升，器件失效；2、器件温度缓慢上升时，导致器件内部材料性能恶化，比如栅极电极或者SiO2/Si界面处性能失效，主要表现为器件测试过程中Vgs陡降，此时，器件的Vds若未发生进一步损坏仍能承受耐压，只是器件Vgs耐压能力丧失。上述两种失效模式都是由于温度上升引起，所以要提升器件的抗短路能力就是要控制器件内部温度上升。仿真发现导通时最高温区域主要集中于高电流密度区域（沟道部分）及高电场区域（栅氧底部漂移区）。因此，要提升器件的抗短路能力，要着重从器件的沟道及栅氧下方漂移区的优化入手，降低电场峰值及电流密度，此外改善栅氧的质量将起到决定性的作用。2） 抗短路测试方法二：图4.5 抗短路能力测试方法二的测试结果波形如图4.5，抗短路测试方法二的测试过程中DUT器件会经历三个阶段：（1）漏源电压Vds低，Id电流上升：当负载被短路时，大电流涌向DUT器件，此时电路中仅包含L_sc和L_par杂散电感，DUT漏源电压较低，Vdc电压主要分布在杂散电感上，所以Id电流以di/dt=Vdc/（L_sc+L_par）的斜率开始上升。随着Id增加，因为DUT器件的漏源之间的寄生电容Cgd，会带动栅压上升，此时更加促进Id电流的增加，形成一个正循环，Id急剧上升。（2）Id上升变缓然后开始降低，漏源电压Vds上升：Id上升过程中，Vds漏源电压开始增加，导致Vdc分压到杂散电感上的电压降低，导致电流上升率di/dt减小，Id上升变缓，当越过Id峰值后，Id开始下降，-di/dt使杂散电感产生一个感应电压叠加在Vds上导致Vds出现一个峰值。Vds峰值在Id峰值之后。（3）Id、Vds下降并恢复：Id，Vds均下降恢复到抗短路测试一的高压高电流应力状态。综上所述，抗短路测试方法一的条件比方法一的更为严厉和苛刻。3） 抗短路测试方法三：图4.6 抗短路能力测试方法二的测试结果波形如图4.6，抗短路测试方法三的波形与方法二的波形几乎一致，仅仅是在Vds电压上升初期有一个小的电压峰（如图4.6中红圈），这是与器件发生抗短路时的初始状态相关的。因为方法三中器件初始状态出于栅压开启，Vds为反偏的状态，所以器件内部载流子是耗尽的。此时若器件Vds转为正向开通则必然发生一个载流子充入的过程，引发一个小小的电压峰，这个电压峰值是远小于后面的短路电压峰值的。除此以外，器件的后续状态与抗短路测试方法二的一致。一般来说，在电机驱动应用中，开关管的占空比一般比续流二极管高，所以是二极管续流结束后才会开启开关管的栅压，这种情况下，只需要考虑仅开关管开通时的抗短路模式，则第二种抗短路模式的可能性更大。然而，当一辆机车从山上开车下来，电动机被用作发电机，能量从车送到电网。续流二极管的占空比比开关管会更高一点，这种操作模式下，如果负载在二极管续流且开关管栅压开启时发生短路，则会进行抗短路测试模式三的情况。改进抗短路失效模式二及三的方法，是通过给开关器件增加一个栅极前钳位电路，在Id上升通过Cgd带动栅极电位上升时，钳位电路钳住栅极电压，就不会使器件的Id上升陷入正反馈而避免电流的进一步上升。试验目标：常温下，令Vdc=600V，通过控制Vgs控制SiC MOSFET的开通时间，从2μs开通时间开始以1μs为间隔不断增加器件的开通时间，直至器件损坏，测试过程中保留测试曲线。需要注意的是，在测试过程中，每测量一个脉冲宽度的短路波形，需要间隔足够长的时间，以消除前一次短路测试带来的器件温度上升对后一次测试的器件初始温度的影响，保证每次测试初始温度的准确。试验步骤：搭建抗短路能力测试电路。将器件安装与测试电路中，保持栅压为0。通过驱动电路设置器件的开通时间，给器件一个t0=2μs时间的栅源脉冲电压，使器件开通t0时间，观察器件上的电流电压曲线，判断器件是否能够承受2μs的短路开通并不损坏；如未损坏，等待足够长时间以确保器件降温至常温状态，设置驱动电路使器件栅源电压单脉冲时间增加1us，再次开通，观察器件是否能够承受3μs的短路开通并不损坏。循环反复直至器件发生损坏。试验标准：器件被打坏前最后一次脉冲时间长度即为器件的短路时长Tsc。整个短路时长期间，器件所承受的能量为器件的短路能量Esc。4.3 浪涌试验目的：把样品暴露在空气干燥的恒温环境中，对器件施加半正弦正向高电流脉冲，使器件在瞬间发生损坏，观测元器件在高电流密度下的耐受能力。试验原理：下面以SiC二极管为例，给出了器件承受浪涌电流测试时的器件内部机理。器件在浪涌应力下的瞬态功率由流过器件的电流和器件两端的电压降的乘积所决定，电流和压降越高，器件功率耗散就越高。已知浪涌应力对器件施加的电流信号是固定的，因此导通压降越小的器件瞬态功率越低，器件承受浪涌的能力越强。当器件处于浪涌电流应力下，电压降主要由器件内部寄生的串联电阻承担，因此我们可以通过降低器件在施加浪涌电流瞬间的导通电阻，减小器件功率、提升抗浪涌能力。a）给出了4H-SiC二极管实际浪涌电流测试的曲线，图4.7 a）曲线中显示器件的导通电压随着浪涌电流的上升和下降呈现出“回滞”的现象。图4.7 a）二极管浪涌电流的实测曲线； b）浪涌时温度仿真曲线浪涌过程中，器件的瞬态 I-V 曲线在回扫过程中出现了电压回滞，且浪涌电流越高，器件在电流下降和上升过程中的压降差越大，该电压回滞越明显。当浪涌电流增加到某一临界值时，I-V 曲线在最高压降处出现了一个尖峰，曲线斜率突变，器件发生了失效和损坏。器件失效后，瞬态 I-V 曲线在最高电流处出现突然增加的毛刺现象，电压回滞也减小。引起SiC JBS二极管瞬态 I-V 曲线回滞的原因是，在施加浪涌电流的过程中，SiC JBS 二极管的瞬态功率增加，但散热能力有限，所以浪涌过程中器件结温增加，SiC JBS 二极管压降也发生了变化，产生了回滞现象。在每次对器件施加浪涌电流过程中，随着电流的增加，器件的肖特基界面的结温会增加，当电流降低接近于0时结温才逐渐回落。在浪涌电流导通的过程中，结温是在积累的。由于电流上升和下降过程中的结温的差异，导致了器件在电流下降过程的导通电阻高于电流在上升过程中导通电阻。这使得电流下降过程 I-V 曲线压降更大，从而产生了在瞬态 I-V 特性曲线电压回滞现象。浪涌电流越高，器件的肖特基界面处的结温越高，因此导通电阻就越大，而回滞现象也就越明显。为了分析器件在 40 A 以上浪涌电流下的瞬态 I-V 特性变化剧烈的原因，使用仿真软件模拟了肖特基界面处温度随电流大小的变化曲线，如图4.7 b)所示，在 40 A 以上浪涌电流下，结温随浪涌电流变化非常剧烈。器件在 40 A 浪涌电流下，最高结温只有 358 K。但是当浪涌电流增加到60 A 时，最高结温已达1119 K，这个温度足以对器件破坏表面的肖特基金属，引起器件失效。图4.7 b)中还可以得出，浪涌电流越高，结温升高的变化程度就越大，56 A 和 60 A 浪涌电流仅相差 4 A，最高结温就相差 543 K，最高结温的升高速度远比浪涌电流的增加速度快。结温的快速升高导致了器件的导通电阻迅速增大，正向压降快速增加。因此，电流上升和下降过程中，器件的导通压降会更快速地升高和下降，使曲线斜率发生了突变。器件结温随着浪涌电流的增大而急剧增大，是因为它们之间围绕着器件导通电阻形成了正反馈。在浪涌过程中，随着浪涌电流的升高，二极管的功率增加，产生的焦耳热增加，导致了结温上升；另一方面，结温上升，导致器件的导通电阻增大，压降进一步升高。导通电压升高，导致功率进一步增加，使得结温进一步升高。因此器件的结温和电压形成了正反馈，致使结温和压降的增加速度远比浪涌电流的增加速度快。当浪涌电流增加到某一临界值时，触发这个正反馈，器件就会发生失效和损坏。长时间的重复浪涌电流会在外延层中引起堆垛层错生长，浪涌电流导致的自热效应会引起顶层金属熔融，使得电极和芯片之间短路，还会导致导通压降退化和峰值电流退化，并破坏器件的反向阻断能力。金属Al失效是大多数情况下浪涌失效的主要原因，应该使用鲁棒性更高的材料替代金属Al，以改善SiC器件的高温特性。目前MOS器件中，都没有给出浪涌电流的指标。而二极管、晶闸管器件中有这项指标。如果需要了解本项目研发的MOSFET器件的浪涌能力，也可以搭建电路实现。但是存在的问题是，MOS器件的导通压降跟它被施加的栅压是相关的，栅压越大，导通电阻越低，耐浪涌能力越强。如何确定浪涌测试时应该给MOSFET施加的栅压，是一个需要仔细探讨的问题。试验目标：我们已知浪涌耐受能力与器件的导通压降有关，但目前无法得到明确的定量关系。考虑到目标器件也没有这类指标的参考，建议测试时，在给定栅压下（必须确保器件能导通），对器件从低到高依次施加脉冲宽度为10ms或8.3ms半正弦电流波，直到器件发生损坏。试验步骤：器件安装在测试台上后，器件栅极在给定栅压下保持开启状态。通过测试台将导通电流设置成10ms或8.3ms半正弦电流波，施加在器件漏源极间。逐次增加正弦波的上限值，直至器件被打坏。试验标准：器件被打坏前的最后一次通过的浪涌值即为本器件在特定栅压下的浪涌指标值。以上内容给出了本项目研发器件在复合应力及极端条件下的可靠性测试方法，通过这些方法都是来自于以往国际工程经验和鉴定意见，可以对被测器件的可靠性有一个恰当的评估。但是，上述方法都是对测试条件和测试原理的阐述，如何通过测试结果来评估器件的使用寿命，并搭建可靠性测试条件与可靠性寿命之间的桥梁，就得通过可靠性寿命评估模型来实现。

人的指纹是各自不同的，通过指纹识别，便可以找到特定的那一个人。而在微观世界中，分子也是拥有自己独特的“指纹”的。红外光具有在特定波长被吸收的特性，该特定波长由分子固有的振动能决定。利用此特性可以识别每个分子，因此红外光的光谱范围通常被称为分子的“指纹区”，并被广泛用于分析光谱学中。 其中，傅里叶红外光谱仪（FTIR）是红外光谱分析中一种重要的光谱仪类型，发展自20世纪70年代，属于第三代红外光谱仪技术。由于可以快速、准确的进行多组分的定量和定性分析，FTIR被看看作是医药、食品、农业和化工等领域中实现质量控制的理想工具。 典型的FTIR工作示意进入FTIR光谱仪的红外光由光学干涉仪中的分束器分成两束。这两个光束分别被固定镜和可移动镜反射，并被分束器重新组合。然后，光被红外检测器检测为光学干涉信号。根据可移动反射镜的位置信息和根据光学干涉信号强度按可移动反射镜位置分布的信息，来执行傅立叶变换以计算每个波长的红外光强度，从而分析样品的成分。 不过，虽然性能棒棒，本领超凡，但FTIR却有一个关于自己“体型”的“烦恼”，那就是：真！的！太！笨！重！了！作为一个“精贵的月半子”，FTIR几乎只能止步于实验室中。面对应用场景中出现的在线检测、快速移动等需求，只能无奈说一句“臣妾做不到”了。 之所以传统的FTIR光谱仪体积非常大，主要是其中的核心部分——光学干涉仪占据了非常大的空间。虽然业界中也一直在推进小型化的工作，也推出了一些有助于缩小整机体积的内部FITR光谱组件产品。但体积的缩小，往往会带来入射光量和光能量损失的问题，许多产品也是在牺牲了灵敏度、信噪比等性能下实现的小型化。若想解决这个问题，内部元件、光路的创新性设计，以及提高工艺水平都是关键。 经过精心重构光学干涉仪的设计思路，并采用always独特的MOEMS技术，滨松成功开发出了一款高性能的微型化FTIR引擎。迈克尔逊光谱干涉仪和控制电路统统内置其中，仅手掌大小，却实现了在1.1-2.5 μm区域超高的灵敏度，具有远超同类产品的高信噪比表现（10000:1），以及高光谱重现性。可内置于便携式FTIR仪器中，实现整机小型化的同时，也可保证高性能的实现。 滨松新型FTIR引擎C15511-01左：FTIR引擎结构图右：内置在FTIR中的光学干涉仪结构图 这个FTIR引擎内部到底是有什么样的乾，什么样的坤，才实现了这样的性能的呢？下面我们来看看吧！ 1、高灵敏度&高信噪比 上文我们也提到，入射光量和光能量的损失是小型化FTIR灵敏度和信噪比下降的一个重要因素。采用MOEMS技术，滨松开发出了一个直径3 mm的微型可移动反射镜，克服了缩小干涉仪尺寸而又不减少入射光量的挑战。这是信噪比得以提升的关键。 我们还通过先进的封装技术，将可移动反射镜和固定镜直接键合在一起，从而成功地将镜与镜之间的相对角度误差减小了约0.01度。光程差控制更加精确，灵敏度则得到提高。此外，还优化了移动反射镜的驱动器结构和驱动方法，以消除驱动反射镜时出现的模糊，抑制了红外光在光学干涉仪中的扩散，进一步减少了光损失。 当然，体积也进一步得到了缩小，57×49×76 mm，这样的体型仅仅是一般台式仪器的1/100。 2、高光谱重现性 一般的FTIR光谱仪基于干涉光（光学干涉信号）和可移动镜的位置信息执行傅立叶变换，以计算每个波长的红外光强度。而新FTIR引擎利用半导体激光器，可以精确地检测可移动反射镜的位置，增强了测量结果的可重复性。 除了硬件设施外，为了更加方便使用。滨松还开发了与该产品相匹配的软件，用于设置测量条件，获取数据和显示数据图。 评估软件 为了满足进一步的市场需求，滨松此后也将持续提高FTIR引擎性能，进一步减小其尺寸，以及将光谱响应扩展到更长的波长区域，敬请期待~

欧盟第七研发框架计划(FP7)提供资助支持，由法国原子能与可替代能源委员公(CEA)科技人员领导的欧洲NMP研发团队，在小型大功率微波发射装置的研制中，取得重大技术突破。开发出的小型大功率产生电磁辐射的微波振荡器，在雷达侦查、广播电视、卫星通讯，当然还包括微波炉领域，具有广阔的革命性应用前景。　　纳米科技作为原子和分子尺度上的科学，正在日益快速地向各行各业渗透，应用纳米技术开发的微波振荡器，在不利用外部磁场的情况下可以对纳米磁体进行人为操纵磁化。而且，微波振荡器在适当的条件下，可以经受住持续的微波共振频率的冲击。这种被称作为自旋转移纳米振荡器的微波发生装置具有体积小、高协调性和宽温度情况下正常运行的特点。技术成功的关键是提高输出功率，NMP研发团队开发的新型技术，成功地提高了自旋转移纳米振荡器的转换效率和功率输出。提高输出功率首先要解决多振荡器(阵列)震荡阶段的同步，优化设计摩擦弹簧这一在给定时间内的震荡周期运动，成为研发团队攻克的难点，为摩擦弹簧的精细化制造提出了很高的技术要求。　　NMP研发团队的科技人员经过反复的对比试验，在传统生产线上实现了新型自旋转移纳米振荡器原型机的设计与制造，通过优化验证振荡器与锁定相位之间4种不同的偶合机制，结合理论推导和实验方法，最终确定了最佳同步相位。获取的结果已证实，新型自旋转移纳米振荡器的输出功率得到大幅度提升，而相位噪声得到有效降低。研发团队正在计划启动建造10台自旋转移纳米振荡器阵列装置同步优化的中试设施。

探索微型游泳器在医学方面的应用是热点研究领域。近期，德国马克斯-普朗克研究所研究团队提出了一种基于氮化碳的光驱动微型游泳器，可用于体内药物递送，实现精准、可控地“按需”给药。该研究成果发表在《SCIENCE ROBOTICS》，题目为“Light-driven carbon nitride microswimmers with propulsion in biological and ionic media and responsive on-demand drug delivery”。　　研究团队开发了以二维氮化碳聚庚嗪酰亚胺微粒（PHI）作为各种离子和生物介质中的光驱动微型游泳器。研究结果表明，该微型游泳器能够在浓度高达5M且无需专用燃料的多组分离子溶液中高速游泳，突破了此前光驱动微型游泳器的瓶颈问题。微粒的纹理和结构纳米孔隙率与光电特性之间有利的相互作用，促进了高盐度溶液中离子的相互作用，进而使得该微型游泳器具备高的离子耐受性。研究团队还通过对三种不同细胞系和原代细胞的细胞活力测试验证了该微型游泳器的生物相容性。游泳器的纳米孔中装载了一种模型抗癌药物阿霉素（DOX），从而在没有被动释放的情况下实现了185%的高装载效率。这种游泳器可以报告在不同pH条件下受控药物的释放情况，并可以通过控制照明按需触发释放药物。研究团队利用PHI的物质特性、环境敏感性和光诱导电荷存储特性，证明了在缺氧条件下DOX及其活性降解产物的光触发、促进释放，这使得该微型游泳器未来在缺氧肿瘤区域的诊断治疗方面开展应用成为可能。这种有机PHI微型游泳器既解决了当前光驱动微型游泳器面临的高离子耐受性、生物介质中无燃料高速推进、生物相容性等难题，又实现了按需释放物质等功能，为其在生物、医学、环境等方面开展潜在应用提供了支撑。　　论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abm1421　　注：此研究成果摘自《SCIENCE ROBOTICS》杂志，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。

近日，上海微系统所传感技术国家重点实验室采用微纳加工技术制备了一种基于氮空位（NV）色心的微型光电一体化集成钻石量子磁传感器。相关研究成果于2022年5月9日以“Amicrofabricatedfiber-integrated diamond magnetometer with ensemble nitrogen-vacancy centers”为题发表在当期的Applied Physics Letters上。 钻石，不仅可以作为珠宝装饰品，更是具有极高研究价值的新型量子材料。氮空位缺陷——NV色心，是钻石晶体结构中最常见的点缺陷，由氮原子取代碳原子和相邻空穴而形成，利用其在磁场中的量子顺磁共振效应及荧光辐射特性可以进行精密磁测量。NV色心在常温下也具有稳定的量子态，可以在非制冷的室温下工作。同时，钻石量子磁传感器以其高空间分辨率、高灵敏度、高生物兼容性等技术优势，在近场微观磁共振、磁异常探测、生命科学等领域具有重要的应用前景。 小型化、集成化、便携化是钻石量子传感器取得实际应用的重要条件。该团队基于晶圆级微机电工艺平台，利用标准微纳加工技术，制备出钻石量子磁传感器的核心——钻石芯片。芯片内部集成了微波辐射结构，实现了原位微波量子态操控。采用金属热压键合技术实现了钻石单晶与硅晶圆的异质集成，确保了机械稳定性。钻石芯片耦合带有梯度变化折射率透镜的光纤模块，实现了“光进光出”的工作模式，大大缩小了探头尺寸，实现了钻石磁强计探头的高集成度。并进一步指出，采用双频共振技术可以同时进行磁场和温度场的同步实时测量，不仅通过温漂抑制提高了磁场测量的信噪比，还确保了传感器的温度稳定性。 该团队提出的制备工艺可以在晶圆级进行拓展，具有批量化制备的潜力，为建立高一致性、高灵敏度的可穿戴传感器阵列提供了可能性。目前钻石量子磁传感器整体尺寸仅有20×15×1.5 mm3，灵敏度达到2.03nT/√Hz。同时，该钻石磁传感器可以对小于0.5 mm（甚至更小）的目标区域进行近距离测量，具有在心磁、脑磁等弱磁信号探测场景的应用潜力，为后续实用化的可穿戴生物磁传感器提供了良好的研究基础。 该论文的第一作者单位和通讯单位为中科院上海微系统所，第一作者为博士研究生谢非，通讯作者为武震宇研究员和陈浩副研究员。该工作得到中国科学院战略性先导科技专项（XDC07030200）、国家重点研发计划（2021YFB3202500）、中科院科研仪器装备研制（YJKYYQ20190026）等项目的支持。 论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0089732

近日，北京量子信息科学研究院（简称“量子院”）全光量子源团队开发完成了国内首台产品级高功率飞秒振荡器——Fermion-007。该产品弥补了国内瓦量级飞秒振荡器的产品空白，在国际上仅有立陶宛Light Conversion等少数几家公司具有相当技术指标的产品。Fermion-007采用了多项创新技术，仅一级振荡器即可输出大于7W、重频80MHz的飞秒脉冲激光，其指标、可靠性均达到国际先进水平。目前，研发团队已接到超快电镜应用领域的商业合作订单。作为产生飞秒脉冲激光的“种子”，超快飞秒振荡器（Ultrafast femtosecond oscillator）具有高重频、高光束质量等优势，但输出功率普遍较低，往往需要对其进行功率放大以满足应用需求。然而，这种“振荡器+放大器”的技术路线会大大增加系统复杂度，导致成本变高、可靠性变差，从而限制了飞秒激光的受众范围。此外，超快电镜、飞秒双光子显微成像等应用对激光重复频率也有较高要求，因此，高功率飞秒振荡器成为相关领域的急需产品。飞秒振荡器主要分为光纤和固体两大类。固体振荡器虽然技术难度较高，但最高输出功率比光纤高3个量级，且具有更高重频和更长的锁模器件寿命，是满足应用需求的最佳技术方案。二者的具体对比见表1。表1 光纤、固体飞秒振荡器参数对比光纤飞秒振荡器固体飞秒振荡器直接输出功率百pW至mW量级几十mW至W量级最高重复频率百MHz几GHz飞秒锁模方式/器件寿命SESAM/3个月1. SESAM/3个月2. 克尔透镜锁模/无寿命问题技术难度技术门槛较低。基于标准化光纤器件、光纤熔接机设计、生产。技术门槛较高。对于腔型设计、调试经验、工程化等均有要求较高。对于产品商业化而言，工程水平的高低起决定作用。定制化程度激光器结构、指标类似，激光表现主要依赖于光纤、熔接仪器等的上游器件的性能。结构灵活性好，适合针对应用定制功率、重频、脉宽、中心波长等指标国内商业化现状5-10家商业化公司目前尚无商业化公司基于上述应用需求和技术路线分析，北京量子院开发了Fermion系列高功率全固态（DPSS）飞秒振荡器。在不需要额外放大的情况下，Fermion-007可直接输出大于7W、80MHz的飞秒脉冲激光，脉冲宽度~120fs，中心波长1035nm。此外，输出激光还具有优异的光束质量和长期稳定性，两维M2小于1.2，12小时连续运转功率均方根值小于0.3%。图1 Fermion-007 光谱及脉冲宽度测量图2 Fermion-007 光束质量及长期稳定性工程化是激光器从实验样机蜕变成可用产品的核心环节。Fermion-007采用了低热阻晶体封装、一体化密封、温湿度负反馈控制等多项工程技术，并对腔体、冷却模组的设计进行了模拟优化，以降低高泵浦热量对激光器运行环境的不利影响。激光器采用克尔透镜锁模（Kerr-lens mode locking）作为飞秒脉冲产生、维持的机制，相比可饱和吸收体（SESAM）具有更长的寿命和更高的器件可靠性。此外，研发团队首次将新型“射频同步技术”应用到Fermion-007中，用以自启动及维持飞秒锁模状态，从根本上克服了克尔透镜锁模飞秒振荡器长期存在的“失锁”问题。图3 Fermion-007 机械热分布及水路的模拟高功率飞秒振荡器在双光子显微成像、光参量泵浦等领域应用广泛。近年来，随着相关技术的发展，超快电镜、超快电子衍射等标准化仪器对此类激光器的市场需求也在迅速提升。超快电子显微镜（Ultrafast electron microscopy(UEM)）是由传统电镜升级改造而成的高端分析仪器，“飞秒激光驱动光阴极”系统是其新增的核心模块。升级后的超快电镜除了拥有原子尺度的空间分辨率外，还具有飞秒-皮秒尺度的超高时间分辨率，由此成为研究材料动力学过程的有力工具。图4 Fermion系列产品在超快电镜中的应用研发团队与相关系统商开展了新型超快电镜开发的前沿合作，首次提出利用飞秒振荡器产生高重频的超快电子，以降低激光脉冲对光阴极造成的损伤风险。该方案有望从根本上解决此类仪器长期存在的光阴极可靠性问题，提高超快电镜产品的使用寿命和市场竞争力。据合作系统商的预估，超快电镜未来3年总市场需求量可达到50台/年。研发团队简介高功率飞秒振荡器是量子院全光量子源团队于子蛟助理研究员主导完成的研究项目。全光量子源团队于2020年由鲁巍教授组建，隶属于北京量子院技术产业开发中心。团队致力于打造支撑量子产业相关的关键激光设备，包括超快超强激光装置（TW-PW系统）、激光加速桌面光源及应用、新型高端科研飞秒激光器的前沿技术研究、产品研发及产业化落地。

物理世界的数字化时代正奔涌而来。2D、3D视觉技术将物体的颜色、形状、大小、尺寸、位置等信息转换为AI时代的大数据，但物质成分的数字化进程却停步不前。如今，可解码万物“指纹”的革命性视觉成像技术—高光谱成像正打破这一僵局。高光谱成像突破人眼限制，可实现万物成分检测，为机器视觉提供更真实、更准确的物理世界信息，为人类提供更高维度观察世界的方式。近日，《南方日报》等媒体持续聚焦海谱纳米光学(以下简称“海谱”)微型高光谱成像MEMS芯片及快速增长的高光谱成像市场。从专注研发到高光谱产品的工程化、市场化，海谱跨过创业公司“死亡之谷”的背后，折射的是国产MEMS芯片在全球高端芯片竞技场的突围。从深圳市海谱纳米光学科技有限公司(Hypernano，简称海谱)获悉，2022年初，该公司宣布正式全球率先量产了第一代微型高光谱成像MEMS(微机电系统，Micro-Electro-Mechanical System)芯片，高光谱工业相机及高光谱相机模组即将推向市场。▲海谱纳米光学据悉，基于微型高光谱成像MEMS芯片技术，海谱推出的高光谱成像模组在波长精度、拍摄速度、空间分辨率、半峰宽、视场角等专业技术指标上达到全球领先水平，体积比传统光谱相机缩小了近1000倍，是业界尺寸最小的高光谱相机模组。半导体老兵深圳创业跨越“死亡之谷”海谱创始人兼CEO黄锦标介绍，公司于2019年1月创立，以“光谱芯视觉，感知超极限”为使命，专注于高光谱成像技术的设计与研发。▲黄锦标黄锦标毕业于南开大学微电子专业，有着20多年半导体技术和市场经验，曾担任多家半导体公司高管，有着很强的系统开发和市场开拓的经验。而海谱研发团队在MEMS领域拥有近20年的芯片设计与工艺制造经验，团队核心成员包括多名顶尖MEMS专家及深圳孔雀人才。2022年3月，海谱完成数千万元A轮融资，投资方包括昆仑资本、远方资本、湾信资本。业内人士介绍，MEMS芯片最常用的是承担传感功能，在整个大的信息系统里有点类似于人的感官系统。从行业而言，欧美是MEMS产业、技术与产品的发源地，处于全球领先地位，中国MEMS产业起步较晚，MEMS产业还处于发展的起步阶段，我国不仅在精度和敏感度等性能指标上与国外存在巨大差距，应用范围也多局限于中低端领域。因而有芯片创业难，MEMS芯片创业更难的说法。不过，尽管我国MEMS传感器厂商面临诸多挑战，但从上游设计、中游制造、下游封装等领域国产替代的空间巨大。▲海谱微型高光谱成像MEMS芯片正因为身处MEMS产业这一高精尖行业，海谱从成立初期的3年，经历了高科技创业公司所面临的“死亡之谷”考验，即从技术研发到产品量产的种种挑战。“创业公司的技术再领先，也要把它变成一个工程化且可市场化的产品，这个过程有很多坑，只有迈过去，技术才具有商业价值。”黄锦标称。黄锦标介绍，海谱走到去年年底时，最核心的技术芯片开始量产。同时，将芯片应用于相机的相关模组也已准备完毕，相当于公司在技术工程化产品这个初创公司最大的槛，已经迈了过去。填补国内微型高光谱MEMS芯片领域空白说起海谱的技术，首先还要科普一下光谱技术。光谱学始于英国科学家牛顿，是人类借助光认知世界的重要方式，地球上不同的元素及其化合物都有自己独特的光谱特征，光谱因此被视为可以辨别物质的成分信息。光谱学的最大特色之一，是研究光与物质产生相互作用的学科，通过物理的方法可以获取物体的成分，在应用上可以非接触和非破坏地进行检测。典型的如天文对象、高温物体、放电气体… … 在分子和原子层次上物质作分析研究，主要是用光谱方法。比如人类用光谱相机拍摄遥远星球的表面物质。▲高光谱原理黄锦标介绍，高光谱成像技术则将成像技术与光谱技术相结合，可获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。其原理是将成像技术与光谱技术相结合，在探测目标二维空间信息的同时，获取其每一个空间位置上的光谱信息，从而实现对物质成分的直接检测。物质光谱信息具有指纹特性，即不同的物质拥有不同的光谱，因此高光谱成像为机器视觉的物质感知、识别和分析提供了新路径，是继2D、3D视觉技术之后的下一代革命性视觉成像技术。2019年，海谱在深圳成立后，开启第一款微型高光谱成像MEMS芯片的研发设计与流片。2020年初，海谱宣布正式量产第一代微型高光谱成像MEMS芯片，填补了国内在微型高光谱成像MEMS芯片领域的空白。传统光谱成像设备一般手工组装，存在体积大、价格昂贵、无法批量生产等问题，海谱微型高光谱成像MEMS芯片具备高空间分辨率、高透光率等性能优势，解决了光谱成像设备体积、成本等问题 芯片化量产还可有效降低高光谱成像设备的台间差，实现芯片至整机全自动组装。由此，海谱突破性地实现了MEMS特殊工艺的突破，解决了高光谱成像工业化、低成本和量产化的业界难题，研发能力覆盖芯片设计、光学模组、产品相机、算法研发、完整应用解决方案等高光谱全链条技术，可为全球多领域客户提供一站式高光谱成像解决方案。“传统的光谱成像设备是一个大仪器 海谱的相机模组才一片指甲大，而且更便宜，不管从体积还是价格、便利性都跨越民用的门槛，也是中国在这个细分芯片赛道上做到了世界领先的位置。”黄锦标这样比较。▲高光谱成像技术可检测物质成分芯片产品覆盖全光谱波段，万物皆可测目前，公司已推出几款芯片，形成全光谱覆盖，实现万物皆可测。黄锦标介绍，高光谱成像MEMS芯片及模组可以应用于工业检测、医疗健康、安防环保、食品检测、IOT等多场景。例如在工业检测领域，高光谱技术可在非接触的情况下实现食品检测分拣、质量等级筛选等功能，以往几分钟或数小时的检测结果如今可实时在线获取。在医疗健康，高光谱设备可赋予普通显微镜高光谱视觉能力，同时还可实现癌症筛查、手术辅助成像等功能。在安防环保领域，高光谱技术可对水质、环境进行实时监测，实现对水质的定性、定量观测，实现云图可视化效果。在食品检测领域，高光谱成像技术可对肉类、果蔬、粮油等进行材质分析，检测果蔬的糖度、水分、硬度、酸度等指标，智能分析肉类的新鲜程度。值得留意的是，海谱不仅有硬件团队，也有AI算法团队，这也保证了芯片获取数据后可以计算建模，得到一致性较高的结果。为何一个默默无名的初创科技公司，可以填补芯片产业空白，实现全球技术领先?黄锦标介绍，高光谱成像MEMS芯片是一个多学科的技术突破，不单单涉及微电子，还有化学、材料、机械、光学等。但是，公司一直聚焦于高光谱成像技术这一细分领域，而且公司核心研发团队此前20年专注于该细分技术的研发，有着世界领先的技术沉淀。“中国芯片暂时落后于国外，实际上差在积累不够，除了资本、政策和市场加持，需要很多科研人员、工程师长年累月地在实验室和芯片产线上辛勤付出，这样才有领先技术突破。”黄锦标称，作为一名90年代从大学毕业后进入半导体行业的老兵，见证了深圳20来年半导体行业的萌生、发展和蓬勃，希望通过自主科技创新，支持国产技术在半导体“无人区”技术实现更多突破。【深创者说@黄锦标】“我们一直强调，一个技术是否具有先进性、突破性，一定要有用，要为市场和消费者提供所认可的解决方案。海谱将微型高光谱成像MEMS芯片与人工智能算法结合，来为消费者转译物体的成分信息。比如我们人眼或者普通相机拍一块肉，就是一张普通照片，但是安装我们芯片的相机拍出的照片，经过算法读取，会转换出一个普通人可理解的结果，告诉你这块肉是否新鲜。我们坚持不会做终端产品。现在国内尤其深圳已经有很多全球知名的硬件终端产品公司，我们的定位是生产芯片以及解决方案，来服务这些硬件终端产品公司。在我们看来，现在中国卡脖子，是卡在缺少上游核心芯片或器件的技术和制造能力。海谱立志于去做这样的一个角色。

为什么要做碳盘点？将每一项减碳措施的效果明确化，把每一项减排措施的贡献算出来 以全球变暖为主要特征的气候变化已成为全球性环境问题，对全球可持续发展带来严峻挑战。目前，国际社会已逐步达成“温室气体减排是抑制全球增温最有效途径”这一共识。 目前，世界范围内已建设了节点遍布全球的温室气体地基观测网络，包括如世界气象组织组建的全球大气地面观测网（GAW）、美国、欧洲和加拿大等国家分别建立的温室气体观测网络以及我国由国家大气本底站、国家气候观象台和国家及省级应用气象观测站等组成的中国温室气体观测网等。通过这些观测网络，人们可以得到自然排放的温室气体状况。 但这对于“双碳”目标还远远不够。确定温室气体减排的情况，以及确定各国承诺的减排指标是否达到并不容易。有几个问题亟待弄清：大气中温室气体的总量是多少？属于人为排放的有多少？各个国家的排放量是多少？将每一项减碳措施的效果、剩余碳排放、如何实现碳中和等明确化，将每一项减排贡献真实透明地测算出来，就是碳盘点的具体任务。 在全球碳计划2020年报告中，人类活动、大气、陆地与海洋生态系统的碳收支结果，包括五方面内容，即大气中CO2浓度及增量、化石燃料和工业排放、土地利用变化碳排放、陆地生态系统碳汇和海洋生态系统碳汇等。 其中，人类活动碳排放是全球碳盘点的核心任务。为了探明人类工业活动产生的碳排放，还必须确定并区分陆地和海洋生态系统吸收和释放了多少CO2，需要监测火山爆发、森林砍伐、火灾等自然释放和土地利用变化排放的CO2等。碳中和目标以及全球碳盘点的现实压力，就是利用各种先进技术和方法，来监测大气CO2浓度的时空变化及其来源，高分辨、高精度估算全球碳通量。 为了准确评估世界各国的温室气体减排情况，提高我国碳排放量评估的主动权，维护我国在全球碳盘点中的核心利益，建立自主可控的全球温室气体监测体系势在必行。 这其中，卫星遥感技术能派上大用场。卫星碳盘点有多“火”？国际卫星对地观测委员会明确提出，将在2025年形成星座业务化运行，支撑2028年全球碳盘点 基于传统地面站点的观测数据，难以准确了解温室气体的源汇变化特征和机制。而卫星遥感具有客观、连续、稳定、大范围、重复观测的优点，也正在成为新一代、国际认可的全球碳盘点方法。国际卫星对地观测委员会明确提出，将在2025年形成星座业务化运行，支撑2028年全球碳盘点。 迄今，国际上欧洲、日本、美国、加拿大和中国相继发射了具备大气CO2浓度观测能力的卫星。日本于2009年成功发射GOSAT卫星，这是第一颗专门用于大气温室气体CO2和CH4探测的卫星，至今运行良好，后续的GOSAT系列卫星则致力于实现更高精度、更强空间覆盖能力。美国在温室气体遥感探测方面走在国际前列——2021年12月，美国白宫发布了《美国空间优先框架》，明确美国将优先支持应对气候变化行动的卫星遥感计划，通过政府、私营和慈善机构之间的合作，利用地球观测数据支持美国和国际社会应对气候危机。 中国近年来在温室气体卫星遥感探测方面也是突飞猛进。2016年12月，首颗碳卫星发射，这是中国自主研制的全球大气二氧化碳观测实验卫星，其数据在全球大气CO2浓度、叶绿素荧光监测等方面取得系列重要成果。2018年5月，高分五号卫星成功发射，搭载的温室气体监测仪GMI的主要功能是定量监测CO2和CH4的全球浓度分布变化。 同时，我国还在不断酝酿新的卫星计划。未来计划发射的风云三号08星上搭载的高光谱温室气体监测仪，通过对近红外、短波红外谱段连续高精度、高光谱分辨率、高空间分辨率和高采样率观测，实现全球大气温室气体的高精度定量反演。2022年4月发射的大气环境监测卫星是国际首颗搭载CO2探测激光雷达的卫星。卫星还要掌握哪些“本领”？不仅能“看”，还要能“算” 当前卫星遥感可以探测大气CO2浓度，但是对于决策部门而言，更想了解大气CO2的来源并提取出其中来自人类活动排放的部分。这对卫星遥感系统而言是一项挑战。 利用卫星开展生态系统碳汇估算的方法主要分为三类：基于温室气体浓度探测的同化反演的“自上而下”方法、基于生态过程模型模拟的“自下而上”方法以及基于数据驱动的机器学习模型方法。然而，各种方法的碳源汇估算均存在不确定性。 总体来说，全球碳源汇的巨大不确定性既源于碳循环模式的理论和认知缺陷，又包括缺乏精细时空分辨率的观测数据。由国际地圈-生物圈计划、全球环境变化人文因素计划和世界气候研究计划共同发起了全球碳计划,其关键是准确量化全球碳循环格局和变率。我国于2010年启动的全球变化研究国家重大科学研究计划、2016年启动的国家重点研发计划“全球变化及应对”专项中，摸清生态系统碳循环均为核心任务之一。2017年立项的国家重点研发计划项目“全球生态系统碳循环关键参数立体观测与反演”，其核心任务是研制覆盖全球、参数完备、时空分辨率精细、连续一致的碳循环关键参数产品，共包含24种全球碳循环关键参数的长时间序列空间观测产品。这些丰富的碳循环关键参数产品，为陆地生态系统碳源汇的动态精细评价提供了重要基础数据。 除了提高观测数据质量与数量，还需考虑如何充分利用大量多源的观测资料，协同地面和遥感技术手段，降低模型不确定性，可以进一步提高模型估计陆地生态系统固碳速率准确性。 我们认为，全球碳同化系统是解决这一问题的有效途径。联合同化卫星和地面大气CO2浓度、站点通量数据、遥感地表参数等数据，同时优化生态系统和人为源碳通量是全球碳同化系统的发展趋势。2016年，南京大学发展了全球碳同化系统，能更好地揭示不同地区陆地碳汇的时空分布和年际变化，该系统已经具备了业务运行能力。 由于人为源碳排放和陆地生态系统碳通量混合，如何利用碳同化系统优化计算人为源碳排放，是科学家们力图解决的重要问题，也是实现碳中和目标的重要技术需求。发展区域高分辨率碳同化系统同化大气浓度观测数据，是进行人为源碳排放优化估算的有效手段。下一代碳卫星有多“高大上”？中国的碳卫星监测解决方案正在部署中 全球碳盘点不仅需要卫星遥感提供高时空分辨率大气CO2等观测数据，更需要通过观测系统与同化反演系统集成，提供高时空分辨率的大气CO2的溯源解析数据，如人为碳排放、生态系统碳源汇等。 尽管卫星探测能力得到了有效提高，但是任何单独一颗卫星都无法满足CO2和CH4全球探测的需求。根据科学目标将多颗卫星组成一个虚拟的卫星星座，开展多颗卫星组网观测是满足快速增长的全球业务化观测需求的有效途径。 同时，第二代碳卫星的核心目标是服务于全球碳盘点的清单校核，不仅要求卫星载荷系统提供宽幅、高分辨率、高精度的观测能力，还需要通过同化反演系统，监测碳通量，并区分和量化人为碳排放。 为了满足全球温室气体清单校核需求，对中国下一代碳卫星在温室气体清单校核需求目标、科学产品技术指标以及卫星组网观测能力需求方面提出了明确的要求，包括监测CO2、CH4、CO、NO2、SIF、气溶胶和N2O七种要素，并能达到较高精度；针对不同尺度设计了传感器相应的空间分辨率，在全球和热点区域分别对应2公里×2公里，0.5公里×0.5公里的空间分辨率，并且具有1天的时间分辨率，幅宽达1000公里，以满足观测需求。这对载荷研制提出了非常苛刻的要求，如何在工程技术上平衡光谱分辨率、信噪比、空间分辨率与幅宽的制约关系存在巨大挑战。在碳卫星观测要素的遥感反演算法研究基础上，结合当前载荷工程研制能力，初步确定了下一代碳卫星载荷技术指标，包括设计了NO2、O2A，弱CO2、强CO2、CH4五个吸收带，波长范围在0.4纳米至2.385纳米之间，光谱分辨率最高能达到0.12纳米。 尽管下一代碳卫星比第一颗碳卫星有巨大的飞跃和进步，但卫星成像监测也受到轨道、天气等诸多因素的影响，无法实现连续动态观测且分辨率不高，仅凭卫星遥感难以取得满意效果。因此，必须结合地基监测、航空遥感等多源数据，才能实现点源、城市、国别尺度的温室气体排放的精确估算。目前，生态环境部、中国气象局、中国科学院等机构正在组织和实施大范围地基温室气体观测任务，已初步建成、并正在逐步完善国家温室气体观测网络，温室气体卫星星座与地基网络的协同，为中国碳达峰、碳中和行动成效的科学评估与碳排放核算提供了重大机遇。 科学家提出，为了实现面向碳盘点的卫星监测目标，需要优先部署如下7个方面任务：开展下一代碳卫星研发与运行，服务于全球和重点区域碳监测需求；针对中国下一代碳卫星及载荷指标特点，结合国内外多源卫星数据，开展高精度碳监测卫星遥感科学关键技术研究和共享产品研发；面向全球碳盘点的需求，开展高时空分辨率、高精度、高时效性的碳排放清单的卫星校验方法研究；面向重要点源目标碳排放卫星监测的需求，推进重要点源碳排放卫星监测技术；面向全球碳盘点和国家碳中和需求，发展高时空分辨率、高精度、长时间序列的全球生态系统碳通量监测技术；面向全球碳盘点和国家碳中和需求，发展高时空分辨率、高精度、长时间序列的全球土地利用碳排放监测技术；围绕全球碳盘点和国家碳中和战略对空间信息技术的需求，推进碳卫星科学计划项目集成与国际合作。 面向全球碳盘点和中国双碳目标需求，需要利用卫星遥感、大数据、碳同化等先进技术和方法，实现高时空分辨率、高精度、高时频的大气温室气体浓度监测，并提供高精度、高分辨率的人为源碳排放和生态系统碳源汇科学数据，阐明大气温室气体的来源、并有效区分与量化人为源和自然源的通量贡献，建立全球、国家和热点区域的温室气体排放的监测和验证支撑技术体系。

近日，市场监管总局批准建立太赫兹辐射功率基准装置，填补了我国太赫兹辐射功率量值传递与溯源能力空白，为太赫兹辐射功率量值准确获取和应用提供技术支撑。 太赫兹是位于微波和红外之间的电磁辐射，频率范围从0.1THz到10THz，对应波长从3mm到30μm。太赫兹具有强穿透力，能穿透塑料、织物、纸张、木箱等探测内部情况，且对人体无电离辐射损伤。太赫兹承载丰富的频谱信息，许多生物分子、蛋白质、食品、药品的特征光谱都落在太赫兹波段。太赫兹作为一种全新的技术手段，在人体安检、无损检测、高速通信、生物医学等领域都具有重要应用。例如，太赫兹用于人体安检时，辐射功率过低无法获取清晰的成像，辐射功率过高则会引起人员的不适；太赫兹用于高速通信时，辐射功率过低导致信息传不远，辐射功率过高则会引起饱和失真。 新建的太赫兹辐射功率基准装置，通过自主研制高吸收率太赫兹吸收材料和宽频段太赫兹绝对辐射计，实现了太赫兹辐射功率的精准复现，解决了太赫兹辐射功率长期无法溯源的难题，为太赫兹人体安检仪辐射功率精准控制、太赫兹无损检测探测器准确标定、新一代高速通信系统源和探测器性能测试提供了量值溯源的源头，也为太赫兹超导探测器天文观测、太赫兹气象卫星遥测预警、太赫兹高速电子器件研制等提供准确可靠的计量支撑。

智易时代取得微型空气质量监测系统CCEP证书 2020年5月，智易时代正式获得微型环境空气质量监测系统中国环境保护产品认证证书（CCEP），证书编号CCAEPI-EP-2020-315。 鉴于中国环境保护产品认证证书是环境监测行业含金量十足的一项证书，已成为国内大多数环境在线监测仪器生产厂家综合实力的一种，并被ZHENGFU采购招投标等项目列入加分项，成为企业进行市场推广、参与招投标、提升企业影响力的利器。智易时代对下一阶段主打产品之一的ZWIN-AQMS06微型空气质量监测系统的认证工作尤为重视。在此次CCEP证书的申请准备工作中，研发部门在原有产品的基础上，不断改进，为确保产品监测数值的稳定性和准确性，除大量单气测试以及模拟环境做混气测量外，还不断与进口高质量产品比对，搭建数据模型、修复BUG、更新算法；同时生产及质量等相关部门也开展了大量复杂而又细致的准备工作，ZUI大程度确保提交资料的准确性和正确性。细节决定品质，匠心铸就美好，ZUI终，此项认证，在公司团队各部门积极配合，高效协作下一举攻克。 中国环境保护产品认证，采用国际通行的“产品检验+工厂质量体系检查+认证后监督”认证模式，从设计水平、制造质量、加工能力、性能指标、质量保证、应用效果等多角度QUAN方位对环保产品做出综合全面的评价和结论，是我国各级环保管理部门、相关单位和用户对环保产品选购和评价的重要依据。作为GUAN方标志表明获准使用该标志的产品不仅质量合格，而且在生产、使用和处理处置过程中符合环境保护要求，与同类产品相比，具有低毒少害，节约资源等环境优势。同时，CCEP在实施认证的过程中，不仅注重产品的质量和性能的检测，还从企业的体系建设、产线成熟度等多个维度出发，全面考察企业的质量保证能力。 此次证书的取得不仅是对我司大气环境监测领域业务快速发展、潜心研发的肯定，也是对我司产品的稳定性、易用性和产线的完备性给予了充分肯定，更是激励我们继续推动公司的技术研发和品牌建设。 ZWIN-AQMS06微型空气质量监测系统产品介绍：本产品是我公司推出的一款用于提供室外空气污染物实时、准确检测经济型产品，仪器可依据实际情况搭载多种高精度气体传感器，配置PM2.5、PM10、一氧化碳、二氧化氮、臭氧、二氧化硫等空气质量参数以及气象五参数，采用泵吸式采样方式进行监测，高精度、高准确度。 产品特点：①　气体、颗粒物分两路采样，气体又单独分路进气，避免互相干扰气体；②　采用插拔式支架固定风速、风向传感器，安装灵活、拆卸方便、不易破损、便于运输；③　移动式热插拔SD卡，随时更新替换升级程序，支持本地查看数据，无需插拔SD卡，可远程升级程序；④　实时监测：各项监测指标传感器JINGZHUN测量，快速输出，快速响应；集中监测：可实现多项监测指标同时进行；⑤　人机界面：采用液晶屏显示，可直观动态显示各项监测数据、仪器工作状态，提供全中文菜单和友好的人机对话界面；一键式开机运行，触摸屏显示，面板显示有气体种类、浓度、温度、IP地址、时间等；⑥　模块化设计，航KONG插头连接，各部件独立运行，系统可靠性高；配置加热除湿装置； 产品参数：PM10测量范围：（0～1000）μg/m 3 ；PM2.5测量范围：（0～1000）μg/m 3 ；SO2测量范围 ：（0～500）nmol/mol；NO2测量范围 ：（0～500）nmol/mol；O3测量范围 ：（0～500）nmol/mol；CO测量范围：（0～10）μmol/mol