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全元素快速定量檢測方法及綠色技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時檢測的需求。 一、項(xiàng)目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡介 1、研發(fā)背景 在食品、藥品、冶金、煤炭、化工等各行業(yè)的工業(yè)現(xiàn)場特定工業(yè)步驟上需要原料在線全元素監(jiān)測設(shè)備，以保證生產(chǎn)質(zhì)量，因此，都需要快速獲取其成分及元素信息的在線檢測系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)在線原料配比、工業(yè)品判別、質(zhì)量評價等過程管控，實(shí)現(xiàn)無人值守的智能化生產(chǎn)制造，節(jié)能增效，現(xiàn)在基本采用傳統(tǒng)的靠經(jīng)驗(yàn)、抽檢、人為調(diào)配方式，難以精確生產(chǎn)、人為因素影響大、品質(zhì)難于保障。離線的全元素分析方法有氣相色譜法、液相色譜法、質(zhì)譜法等工序復(fù)雜，耗時長，無法實(shí)時指導(dǎo)在線生產(chǎn)。因此，不能滿足智能工廠和數(shù)字工廠對現(xiàn)場工藝的實(shí)時調(diào)控與質(zhì)量監(jiān)測等升級換代的需求，如智慧電廠對煤炭在線檢測和實(shí)時自動配煤的需求、藥廠對于藥品質(zhì)量的實(shí)時監(jiān)測和管控、食品安全方面農(nóng)殘等有害物質(zhì)的快速評測等。一直缺少相關(guān)全元素快速定量檢測方法及綠色技術(shù)，難以實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時檢測的需求。 針對不同行業(yè)的不同產(chǎn)品所涉及多種不同元素，特別是輕元素（Z<11）的快速實(shí)時定量檢測需求，本前沿技術(shù)依托脈沖激光誘導(dǎo)原子發(fā)射光譜的綠色技術(shù)，解決全元素快速檢測的技術(shù)問題，開發(fā)快速全元素定量檢測智能光譜技術(shù)，從而解決智能制造領(lǐng)域的關(guān)鍵傳感器環(huán)節(jié)的產(chǎn)品需求，將在食品、藥品、煤炭、土壤、冶金等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，填補(bǔ)相關(guān)傳感器缺失的技術(shù)空白。 2、解決主要問題 瞄準(zhǔn)國家智能制造快速全元素檢測技術(shù)空白，針對煤電企業(yè)十三五規(guī)劃節(jié)煤降耗重大需求，注重理工結(jié)合，基于微區(qū)增強(qiáng)光譜理論及技術(shù)研制開發(fā)了在線煤質(zhì)分析儀。利用大介電常數(shù)限域理論及放電增強(qiáng)光譜技術(shù)部分抑制了基體效應(yīng)的影響【OE，2017；OE，2018】，光譜強(qiáng)度增加近10倍，光譜穩(wěn)定度提高了57%，實(shí)現(xiàn)了高精度光譜測量，解決了煤質(zhì)檢測準(zhǔn)確性低、穩(wěn)定性差的問題，進(jìn)而完成了高穩(wěn)定性全元素快速檢測光譜系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用【JAAS，2020】，建立了產(chǎn)業(yè)化基地。該系統(tǒng)可完成C、H、N、S在內(nèi)的50余種元素高精度快速定量分析，并給出煤熱值、灰分、揮發(fā)分、水分四大指標(biāo)。 3、創(chuàng)新性 技術(shù)創(chuàng)新：利用大介電常數(shù)限域理論及放電增強(qiáng)光譜技術(shù)部分抑制了基體效應(yīng)的影響【OE，2017；OE，2018】，光譜強(qiáng)度增加近10倍，光譜穩(wěn)定度提高了57%，實(shí)現(xiàn)了高精度光譜測量，解決了煤質(zhì)檢測準(zhǔn)確性低、穩(wěn)定性差的問題。 算法創(chuàng)新：依托智能算法，實(shí)現(xiàn)了六個月以上的穩(wěn)定監(jiān)測，有效的抑制了環(huán)境導(dǎo)致的信號變化。 技術(shù)先進(jìn)性：突破了激光激發(fā)穩(wěn)定性，算法魯棒性等重要問題，目前是目前市場上唯一可選的依托激光光譜技術(shù)的煤質(zhì)在線檢測設(shè)備，是全國第一臺安裝在電廠的在線激光煤質(zhì)監(jiān)測設(shè)備；是唯一已經(jīng)在工業(yè)化現(xiàn)場工作超過6年的工業(yè)化系統(tǒng)；唯一的算法穩(wěn)定性超過半年的工業(yè)化設(shè)備。 4、推廣應(yīng)用價值為該行業(yè)提供了綠色煤質(zhì)在線檢測解決方案，先后在華電國際集團(tuán)鄒縣、章丘等電廠裝機(jī)七套，打通煤電企業(yè)燃燒控制最后一個技術(shù)環(huán)節(jié)，每個機(jī)組可年均節(jié)能百萬元，總計節(jié)能千萬余元，并大大降低了元素檢測不當(dāng)導(dǎo)致的鍋爐事故率，將改變煤電行業(yè)的粗獷式運(yùn)行方式。該系統(tǒng)還將在海關(guān)、土壤、醫(yī)藥等民用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，服務(wù)于“中國制造2025”的國家戰(zhàn)略。

該探條由手柄、連桿、探頭組成，探頭直徑為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mm五種型號，長度8～12mm，手柄長70mm，連桿長140mm，直徑為0.8mm，探頭與連桿采用特殊工藝一次成型，不易折斷脫落，采取特殊工藝電壓變化著色為：金黃、淡蘭、深蘭不等，不退色、不污染、術(shù)中易辨，利用術(shù)者操作。用鈦合金制成，彈性高，柔韌性好，用于血管內(nèi)的測量擴(kuò)張。

LT2200加持了真理光學(xué)首創(chuàng)的衍射愛里斑反常變化（ACAD)的補(bǔ)償修正技術(shù)的使用，使用戶無需選擇分析模式，即可在全粒徑范圍獲得準(zhǔn)確可靠的粒度結(jié)果；LT2200系列粒度儀還采用了真理光學(xué)獨(dú)創(chuàng)的高速全息信號處理技術(shù)，測量速度最高可達(dá)每秒20000次，確保不漏檢任何粒徑和形狀的顆粒； LT2200系列粒度儀的粒徑范圍為0.02um-2200um, 適用于制藥，電池材料，地質(zhì)，水文，化工和磨料等諸多行業(yè)的顆粒粒度分析。

LT3600是真理光學(xué)基于多年的科研成果開發(fā)的新一代超高速智能激光粒度分析系統(tǒng)，加持了多項(xiàng)創(chuàng)新和專利技術(shù)，無需更換透鏡，無需使用標(biāo)準(zhǔn)樣校準(zhǔn)，量程范圍達(dá)到0.02微米至3600微米，測量速度最高可達(dá)20000次/秒，兼具極高的靈敏度和重現(xiàn)性，對所有類型的樣品均可獲得準(zhǔn)確可靠的結(jié)果。 LT3600加持了以下多項(xiàng)創(chuàng)新和專利技術(shù)： ◆ 偏振濾波技術(shù) ◆ 衍射愛里斑反常變化（ACAD）的補(bǔ)償修正技術(shù) ◆ 斜置梯形測量窗口 ◆ 格柵式超大角檢測技術(shù) ◆ 粒度分析模式優(yōu)化及自適應(yīng)技術(shù) ◆ 雙驅(qū)動進(jìn)樣分散集成技術(shù) LT3600光學(xué)測量系統(tǒng)的卓越性能還包括： ◆ 完全符合ISO13320衍射法測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) ◆ 獨(dú)特的光路配置，超大連續(xù)的物理測量角度，無檢測盲區(qū) ◆ 改進(jìn)型反演算法，用戶無需選擇“分析模式”，兼顧極高的分辨率和穩(wěn)定性 ◆ 無需更換透鏡，無需使用標(biāo)準(zhǔn)樣校準(zhǔn)，量程范圍達(dá)到0.02微米至3600微米 ◆ 采用全息信號同步處理技術(shù)，實(shí)時測量速度最高達(dá)每秒20000次，不漏檢任何形狀和分布顆粒的衍射信息 ◆ 采用自動溫度恒定技術(shù)的超高穩(wěn)定固體激光光源系統(tǒng)，徹底克服了氦氖氣體激光器預(yù)熱時間長，使用壽命短的缺點(diǎn) ◆ 采用偏振空間濾波技術(shù)，徹底摒棄導(dǎo)致機(jī)械和熱穩(wěn)定性差的針孔濾波器 ◆ 高強(qiáng)度金屬光學(xué)底座及激光能量跟蹤和穩(wěn)定技術(shù)，兼具極高的穩(wěn)定性和抗干擾能力

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

一種空間分辨激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析系統(tǒng)，包括脈沖激光器，激光束變換聚焦光學(xué)系統(tǒng)，位移臺，激光誘導(dǎo)等離子體信號采集裝置，光譜儀，計算機(jī)；激光誘導(dǎo)等離子體信號采集裝置包括夾持器和光纖探針，夾持器的弧形導(dǎo)軌上至少有一個滑塊，滑塊可在弧形導(dǎo)軌上滑動，滑塊中央的孔中有可沿弧形導(dǎo)軌徑向移動的套筒；光纖探針固定在套筒的圓孔中。

本發(fā)明屬于隧道及地下工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于探地雷達(dá)的盾構(gòu)隧道沉降 控制方法。采用動態(tài)循環(huán)反饋方法進(jìn)行盾構(gòu)隧道沉降控制，具體步驟為：采用探地雷達(dá) 設(shè)備對盾構(gòu)隧道壁后注漿進(jìn)行全斷面和縱向的探測，然后通過測定或估算得到注漿材料 介電常數(shù)，并將其應(yīng)用于隧道壁后注漿層的模型試驗(yàn)探測、正演模擬結(jié)果及現(xiàn)場探測的 數(shù)據(jù)，提取特征圖像和特征波，將其作為訓(xùn)練輸入樣本，利用小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動識別方 法，得到隧道壁后注漿層分布形態(tài)；結(jié)合地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)以上分析結(jié) 果確定下一步的施工控制措施，為了驗(yàn)證控制措施的效果需再一次進(jìn)行現(xiàn)場的探測，形 成循環(huán)動態(tài)過程，至完全有效控制盾構(gòu)隧道不均勻沉降變形。本發(fā)明很好地解決壁后注 漿的效果，使得盾構(gòu)隧道沉降控制方法更加科學(xué)化。

“羲和號”衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了國際首次太陽Hα波段光譜成像的空間觀測，為研究太陽低層大氣動力學(xué)和太陽爆發(fā)物理機(jī)制提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。 一、項(xiàng)目分類 重大科學(xué)前沿創(chuàng)新、關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡介 2021年10月14日18時51分，“羲和號”衛(wèi)星在太原衛(wèi)星發(fā)射中心順利升空，拉開了我國空間探日的序幕。“羲和號”衛(wèi)星由國家航天局批復(fù)立項(xiàng)，由南京大學(xué)、上海航天技術(shù)研究院等單位聯(lián)合研發(fā)。衛(wèi)星設(shè)計重量550公斤，運(yùn)行于平均高度517公里的太陽同步軌道。目前,衛(wèi)星在軌穩(wěn)定運(yùn)行，產(chǎn)生了首批太陽科學(xué)數(shù)據(jù)，成果發(fā)布于2022年4月26日——中國航天大會期間舉行。衛(wèi)星專刊將于近期在<Science China Physics, Mechanics & Astronomy>發(fā)表。 “羲和號”衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了國際首次太陽Hα波段光譜成像的空間觀測，為研究太陽低層大氣動力學(xué)和太陽爆發(fā)物理機(jī)制提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。衛(wèi)星科學(xué)數(shù)據(jù)將通過南京大學(xué)科學(xué)與應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行國際共享（https://ssdc.nju.edu.cn）。 “羲和號”衛(wèi)星的發(fā)射成功獲評2021年中國天文學(xué)十大進(jìn)展、中國航天十大新聞、中國太空探索十大進(jìn)展等。習(xí)近平總書記在2022年新年賀詞中特別提到：“祝融”探火、“羲和”逐日、“天和”遨游星辰。“羲和號”衛(wèi)星科學(xué)與應(yīng)用系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)獲得2021年南京大學(xué)“科學(xué)研究突出貢獻(xiàn)獎”。