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全元素快速定量檢測方法及綠色技術，實現在線實時檢測的需求。 一、項目分類 關鍵核心技術突破 二、成果簡介 1、研發背景 在食品、藥品、冶金、煤炭、化工等各行業的工業現場特定工業步驟上需要原料在線全元素監測設備，以保證生產質量，因此，都需要快速獲取其成分及元素信息的在線檢測系統，用以實現在線原料配比、工業品判別、質量評價等過程管控，實現無人值守的智能化生產制造，節能增效，現在基本采用傳統的靠經驗、抽檢、人為調配方式，難以精確生產、人為因素影響大、品質難于保障。離線的全元素分析方法有氣相色譜法、液相色譜法、質譜法等工序復雜，耗時長，無法實時指導在線生產。因此，不能滿足智能工廠和數字工廠對現場工藝的實時調控與質量監測等升級換代的需求，如智慧電廠對煤炭在線檢測和實時自動配煤的需求、藥廠對于藥品質量的實時監測和管控、食品安全方面農殘等有害物質的快速評測等。一直缺少相關全元素快速定量檢測方法及綠色技術，難以實現在線實時檢測的需求。 針對不同行業的不同產品所涉及多種不同元素，特別是輕元素（Z<11）的快速實時定量檢測需求，本前沿技術依托脈沖激光誘導原子發射光譜的綠色技術，解決全元素快速檢測的技術問題，開發快速全元素定量檢測智能光譜技術，從而解決智能制造領域的關鍵傳感器環節的產品需求，將在食品、藥品、煤炭、土壤、冶金等領域實現大規模應用，填補相關傳感器缺失的技術空白。 2、解決主要問題 瞄準國家智能制造快速全元素檢測技術空白，針對煤電企業十三五規劃節煤降耗重大需求，注重理工結合，基于微區增強光譜理論及技術研制開發了在線煤質分析儀。利用大介電常數限域理論及放電增強光譜技術部分抑制了基體效應的影響【OE，2017；OE，2018】，光譜強度增加近10倍，光譜穩定度提高了57%，實現了高精度光譜測量，解決了煤質檢測準確性低、穩定性差的問題，進而完成了高穩定性全元素快速檢測光譜系統產業化應用【JAAS，2020】，建立了產業化基地。該系統可完成C、H、N、S在內的50余種元素高精度快速定量分析，并給出煤熱值、灰分、揮發分、水分四大指標。 3、創新性 技術創新：利用大介電常數限域理論及放電增強光譜技術部分抑制了基體效應的影響【OE，2017；OE，2018】，光譜強度增加近10倍，光譜穩定度提高了57%，實現了高精度光譜測量，解決了煤質檢測準確性低、穩定性差的問題。 算法創新：依托智能算法，實現了六個月以上的穩定監測，有效的抑制了環境導致的信號變化。 技術先進性：突破了激光激發穩定性，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的煤質在線檢測設備，是全國第一臺安裝在電廠的在線激光煤質監測設備；是唯一已經在工業化現場工作超過6年的工業化系統；唯一的算法穩定性超過半年的工業化設備。 4、推廣應用價值為該行業提供了綠色煤質在線檢測解決方案，先后在華電國際集團鄒縣、章丘等電廠裝機七套，打通煤電企業燃燒控制最后一個技術環節，每個機組可年均節能百萬元，總計節能千萬余元，并大大降低了元素檢測不當導致的鍋爐事故率，將改變煤電行業的粗獷式運行方式。該系統還將在海關、土壤、醫藥等民用領域實現大規模應用，服務于“中國制造2025”的國家戰略。

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、術中易辨，利用術者操作。用鈦合金制成，彈性高，柔韌性好，用于血管內的測量擴張。

LT2200加持了真理光學首創的衍射愛里斑反常變化（ACAD)的補償修正技術的使用，使用戶無需選擇分析模式，即可在全粒徑范圍獲得準確可靠的粒度結果；LT2200系列粒度儀還采用了真理光學獨創的高速全息信號處理技術，測量速度最高可達每秒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，水文，化工和磨料等諸多行業的顆粒粒度分析。

LT3600是真理光學基于多年的科研成果開發的新一代超高速智能激光粒度分析系統，加持了多項創新和專利技術，無需更換透鏡，無需使用標準樣校準，量程范圍達到0.02微米至3600微米，測量速度最高可達20000次/秒，兼具極高的靈敏度和重現性，對所有類型的樣品均可獲得準確可靠的結果。 LT3600加持了以下多項創新和專利技術： ◆ 偏振濾波技術 ◆ 衍射愛里斑反常變化（ACAD）的補償修正技術 ◆ 斜置梯形測量窗口 ◆ 格柵式超大角檢測技術 ◆ 粒度分析模式優化及自適應技術 ◆ 雙驅動進樣分散集成技術 LT3600光學測量系統的卓越性能還包括： ◆ 完全符合ISO13320衍射法測量技術標準 ◆ 獨特的光路配置，超大連續的物理測量角度，無檢測盲區 ◆ 改進型反演算法，用戶無需選擇“分析模式”，兼顧極高的分辨率和穩定性 ◆ 無需更換透鏡，無需使用標準樣校準，量程范圍達到0.02微米至3600微米 ◆ 采用全息信號同步處理技術，實時測量速度最高達每秒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的超高穩定固體激光光源系統，徹底克服了氦氖氣體激光器預熱時間長，使用壽命短的缺點 ◆ 采用偏振空間濾波技術，徹底摒棄導致機械和熱穩定性差的針孔濾波器 ◆ 高強度金屬光學底座及激光能量跟蹤和穩定技術，兼具極高的穩定性和抗干擾能力

激光誘導擊穿光譜（Laser-induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）技術是一種原子發射光譜分析技術，其基本原理是利用脈沖激光在待測樣品表面激發產生等離子體，通過等離子體發射的光譜波長和強度信息，分別獲得待測元素的種類及含量。LIBS技術因具有無需制樣、分析速度快、遠程非接觸、可實現對任何物質的多元素同時分析等特點，被譽為分析領域的“未來超級巨星”，在航空航天、智能制造、生物醫藥、環境保護、能源、地質、深海探測等領域都極具應用前景，特別是2021年我國“祝融號”火星車搭載LIBS系統登陸火星開展地質勘探，使得該技術再次成為國內外的研究熱點。LIBS系統主要由激光器、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（左）與LIBS光譜圖（右） 本團隊對LIBS技術進行了長達15年的攻關，在一系列關鍵技術上取得了重大突破，成功研制了從臺式、移動式到手持式的系列國產LIBS元素分析儀，實現了6種LIBS成分分析儀器的國產化，并成功推動其在金屬材料、環境保護和生物安全等領域的應用。研究工作從基礎研究、裝備研發到工程應用全鏈條展開（如圖2），取得的創新成果如下。 圖2團隊對于LIBS技術從基礎研究-裝備研發-工業應用的全鏈條攻關 （1）高靈敏度、高穩定性和高精度LIBS分析新方法 針對LIBS技術存在自吸收效應、基本效應和光譜波動性大等問題導致其探測極限低、靈敏度差和分析精度低的難題，團隊提出了一系列新技術新方法。 1）提出采用OPO波長可調諧激光對等離子體中基態粒子進行能態選擇性激發的新方法，從源頭上阻止了LIBS自吸收效應產生，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行瞬時加熱，獲得溫度場均勻分布的等離子體，實現寬光譜多元素的自吸收效應遏止。 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，有效克服了基體效應對定標曲線建立的影響，大幅度提高了LIBS的定量分析精度。 4）針對工業現場物質的快速高精度定量分析需求，提出一種僅需一個標準樣品就可完成定量的LIBS單標樣法和一種可克服自吸收效應影響的LIBS無標樣定量方法。 5）針對生物體、食品、中藥等疏松含水組織基體復雜，導致光譜信號微弱且波動大的問題，提出了從光譜預處理-特征提取-機器學習模型的全鏈條定性定量分析算法，相比于傳統分析方法，可將分析精度提高10%。 6）提出一種面向金屬3D打印構件的激光譜-超聲同時檢測技術，可同時對金屬3D打印構件的表面元素分布、內部缺陷、殘余應力和晶粒度進行同步分析。 （2）高精度LIBS成分分析儀研制 針對LIBS的光機電系統難以集成的難題，團隊通過構筑模塊化“籠式”光路系統，研制了共聚焦顯微光學系統、同軸信號采集、放大裝置等新技術，成功將OPO共振激發和等離子體圖像-光譜融合新技術集成到LIBS成分分析儀中，實現了10-7量級的LIBS探測極限，將LIBS探測靈敏度提高了2個數量級，探測穩定性優于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擊穿光譜分析系統，包括脈沖激光器，激光束變換聚焦光學系統，位移臺，激光誘導等離子體信號采集裝置，光譜儀，計算機；激光誘導等離子體信號采集裝置包括夾持器和光纖探針，夾持器的弧形導軌上至少有一個滑塊，滑塊可在弧形導軌上滑動，滑塊中央的孔中有可沿弧形導軌徑向移動的套筒；光纖探針固定在套筒的圓孔中。

本發明屬于隧道及地下工程技術領域，具體涉及一種基于探地雷達的盾構隧道沉降 控制方法。采用動態循環反饋方法進行盾構隧道沉降控制，具體步驟為：采用探地雷達 設備對盾構隧道壁后注漿進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，并將其應用于隧道壁后注漿層的模型試驗探測、正演模擬結果及現場探測的 數據，提取特征圖像和特征波，將其作為訓練輸入樣本，利用小波神經網絡自動識別方 法，得到隧道壁后注漿層分布形態；結合地表沉降監測數據進行分析。根據以上分析結 果確定下一步的施工控制措施，為了驗證控制措施的效果需再一次進行現場的探測，形 成循環動態過程，至完全有效控制盾構隧道不均勻沉降變形。本發明很好地解決壁后注 漿的效果，使得盾構隧道沉降控制方法更加科學化。

“羲和號”衛星實現了國際首次太陽Hα波段光譜成像的空間觀測，為研究太陽低層大氣動力學和太陽爆發物理機制提供了關鍵數據支撐。 一、項目分類 重大科學前沿創新、關鍵核心技術突破 二、成果簡介 2021年10月14日18時51分，“羲和號”衛星在太原衛星發射中心順利升空，拉開了我國空間探日的序幕。“羲和號”衛星由國家航天局批復立項，由南京大學、上海航天技術研究院等單位聯合研發。衛星設計重量550公斤，運行于平均高度517公里的太陽同步軌道。目前,衛星在軌穩定運行，產生了首批太陽科學數據，成果發布于2022年4月26日——中國航天大會期間舉行。衛星專刊將于近期在<Science China Physics, Mechanics & Astronomy>發表。 “羲和號”衛星實現了國際首次太陽Hα波段光譜成像的空間觀測，為研究太陽低層大氣動力學和太陽爆發物理機制提供了關鍵數據支撐。衛星科學數據將通過南京大學科學與應用系統進行國際共享（https://ssdc.nju.edu.cn）。 “羲和號”衛星的發射成功獲評2021年中國天文學十大進展、中國航天十大新聞、中國太空探索十大進展等。習近平總書記在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”衛星科學與應用系統團隊獲得2021年南京大學“科學研究突出貢獻獎”。