微型光电开关

p　　近日，MIT由Juejun Hu教授，博士生Derek Kita，研究助理Brando Miranda等8人的研究团队研究开发出一种基于芯片制造的微型光谱仪。这种光谱仪采用了不同于传统光谱仪的光学开关技术，这种技术可以将不同种类及长度的光路瞬间翻转。这种全电子化的光学开关系统光谱仪采用标准化的芯片，取消了现在光谱仪中广泛使用的移动透镜等。相比传统光谱仪，新发明的光谱仪在稳健性，性能，尺寸，重量和功耗方面都有着明显的优势。/pp　　除此以外，团队还运用机器学习技术在有限通道中重建了详细的光谱，使其可以更好地检测宽谱峰和窄谱峰。/pp　　研究人员表示，这种光谱仪可以应用于传感设备、材料分析系统等广泛行业，参与研究的Kita表示，现在已经有一些公司联系了他们，这些公司相信这种光谱仪有着广泛的市场前景。/ppbr//p

【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。

2021年11月1-3日，由中国科学技术协会、河南省人民政府主办，中国仪器仪表学会、郑州市人民政府、河南省科学技术协会、河南省工业和信息化厅、河南省发展和改革委员会、河南省科学技术厅、中共河南省委外事工作委员会办公室承办的2021世界传感器大会-展览会在河南省郑州国际会展中心隆重举办！本次展览会近10000平展出面积，近200家国内外企业积极参展，展览会将以传感器研发创新为核心，以传感器系统集成与应用为切入点，涉及传感器应用、标准发展和相关元器件，产业链上下游的关联企业同台展示传感器产业生态圈。松下作为中国工业自动化生产的行业领军者，通过精研传感器科技、精化传感器生产进一步占领传感器产业发展高地，现场展示CMOS型微型激光位移传感器HG-C、接触式数字位移传感器HG-S、超高速・高精度激光位移传感器 HL-C2等最新成品和技术。西门子作为世界500强，这次参展的产品主要有压力、温度、流量，分析表等。在行业中应用广泛，比如石化、冶金、电力、水行业等。易福门展示的产品有位置类的：电感式接近开关，光电开关，激光测距传感器；过程类的：液位、压力、流量、温度传感器；以及R360移动控制器，安全光幕，安全继电器、振动传感器等新产品。万可现场展示了丰富的自动化控制技术产品、工业接口模块及采用笼式弹簧连接技术的轨装式接线端子等创新产品，可满足物流行业智能化发展对设备的自动化及电气连接提出的更高要求。作为电子测试测量行业的佼佼者，福禄克公司的6个事业部联合参展，将携众多重量级产品亮相此次展会。届时用户将有机会近距离的了解到福禄克高端产品，同时现场将会有专家为用户答疑解惑。作为大会东道主的汉威科技集团，本部坐落于河南郑州。本届大会上，汉威携各类优质高效的传感器及其检测方案、物联网解决方案及其行业垂直应用等在2021世界传感器大会 1003 展位上精彩亮相，吸引了众多嘉宾驻足。产品介绍，应用交流，使得这抹蓝色成为现场最具人气的展台。目前高通除了展示汉字库信息处理芯片以外，有6000多家应用案例，在这个应用案例的过程当中，接触到各行各业，高通并做了很多终端的产品和部件，如今物联网已经遍布全世界，而且物联网的应用会越来越广。现场直播逛展环节世界传感器大会已经连续成功举办三届，依托“一会、一赛、一展”等系列活动，吸引了一大批权威的院士专家和知名的企业关注郑州，聚集了智能传感器产业发展的郑州共识，促进了人才成果、项目研发机构、技术标准等创新资源的聚集共享，大会已经成为国内外传感器产业创新发展的知名盛会。

活动时间：2017年7月—2017年9月 “约惠”项目如下，还在等什么？赶紧行动起来吧！ 为了使您的仪器 更加“健康”，为您所用，禾工在此次活动中将给仪器由内到外依次进行免费检测，维修，保养，清洁；免费检测项目包括光电开关、底板组件、气泵套件、屏幕和以上表格列出的内容。仪器在维修的过程中如有需要更换的配件，禾工售后工程师会以电话、邮件等方式通知您，给您发送清单价目表及维修合同，双方确认后，执行下一步更换维修。另：o型圈、滴定头、加样口塞、滴定池盖、磁力搅拌子等小配件将免费更换。详情请咨询禾工热线。 水分测试过程中溶液、试剂等洒在仪器表面在所难免，如仪器长期使用没有正确的维护，可能会出现电极钝化、漏液、数据不稳定等现象发生，仪器保养得体不但能够确保仪器的稳定性；还可以极大的延长使用寿命；密封部件磨损后，有可能导致液体漏进设备机体内，禾工提供免费内部传动组件检查，排线检查，以确保仪器能够正常运转。注：本次活动只针对于禾工品牌akf系列水分检测仪器，只接受寄货上门维护、保养。寄修需提前3个工作日来电预约；并请配合简单描述仪器问题，仪器维修后寄回的收件地址、联系方式等信息一并放入仪器包装箱内。

台湾超微光学参加了于2012年10月16-18日召开的2012北京国际光电产业博览会暨第十七届北京国际激光、光电子及光显示产品展览会（ILOPE 2012）。在此次展会上，超微光学展出了超微型光谱模组及微型光谱仪系列产品。 超微光学的系列超微型光谱模组有着微小的体积及相当低的设置成本，微型光谱仪同样具有此方面的优势，并具有宽光谱范围、高解析度及可编程微控制器，使用USB接口，无需外接电源，可同时连接多台光谱仪。

2021年12月10日，中科院上海微系统与信息技术研究所宋志棠、朱敏研究团队在国际顶级期刊《Science》上发表了题为“Elemental Electrical Switch Enabling Phase-Segregation-Free Operation”的研究论文（图1）。中科院上海微系统所博士生沈佳斌、贾淑静为共同第一作者，宋志棠研究员、朱敏研究员为通讯作者，中科院上海微系统所为第一完成单位和唯一通信单位。图1 科院上海微系统所在Science上发表单质新原理器件文章集成电路是我国的战略性、基础性和先导性产业，其中存储芯片是集成电路的三大芯片之一，直接关系到国家的信息安全。然而，现有主流存储器-内存（DRAM）和闪存（Flash），不能兼具高速与高密度特性，难以满足指数型增长的数据存储需要，急需发展下一代海量高速存储技术。三维相变存储器（PCRAM）是目前成熟的新型存储技术，其核心是两端开关单元和存储单元，然而，商用的开关单元组分复杂，通常含有毒性元素，严重制约了三维相变存储器在纳米尺度的微缩以及存储密度的进一步提升。图2 单质Te开关器件结构与性能针对以上问题，中科院上海微系统与信息技术研究所宋志棠、朱敏与合作者在Science (2021, 374, 1390) 上提出了一种单质新原理开关器件（图2）：该器件通过单质Te与电极产生的高肖特基势垒降低了器件在关态的漏电流（亚微安量级，图3）；利用单质Te晶态（半导体）到液态（类金属）纳秒级高速转变（图4），并产生类金属导通的大开态电流（亚毫安量级），驱动相变存储单元。单质Te开关器件基于晶态-液态新型开关机理与传统器件等完全不同，是一种全新的开关器件。单质Te具有原子级组分均一性，能与TiN形成完美界面，使二端器件具有一致性与稳定性，并可极度微缩，为海量三维存储芯片提供了新方案。图3 单质Te器件低漏电流物理机制：单质Te与电极形成的高肖特基势垒图4 单质Te器件新型开关机理：晶态-液态-晶态转变意大利国家研究委员会微电子和微系统所Raffaella Calarco教授同期在Science (2021, 374, 6573)上发表了评论文章，高度评价道：“沈等人取得的成果是前所未有的，为实现晶态单质开关器件提供了稳健的方法，此单质开关为3D Xpoint架构提供了新的视角”(What has been achieved by Shen et al., is unprecedented and provides a robust method to realize crystalline elemental switches that bear new perspectives for 3D Xpoint architectures)。该研究工作得到复旦大学刘琦教授、剑桥大学Stephen R. Elliott教授、日本群马大学Tamihiro Gotoh教授、德国亚琛工业大学Richard Dronskowski教授、赛默飞世尔科技中国有限公司史楠楠和葛青亲博士的大力支持。相关工作得到了国家重点研发项目（2017YFB0206101）、中科院先导B（XDB44010000）、中科院百人计划C类和上海科技启明星项目（21QA1410800）的资助。文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abi6332评论文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm7316

化学家们日前的一项成就，为制造更高性能的光谱仪铺平了道路，而这种光谱仪将比手机照相机镜头的图像传感器还要微型。1日出版的英国《自然》杂志上的一篇论文，详细描述了一种微型量子点光谱仪，其未来应用包括太空探索、个性化医疗、微流控芯片实验室诊断平台等。　　光谱仪作为一种分析仪器，几乎在每个科学领域都会用到，尤其在物理、化学和生物学研究中必不可少。这类设备通常体积过大以致于难以移动。科学家长期致力于让光谱仪小型化、成本低廉且易于使用，以便增加它们的使用范围。但一直以来，相关努力都不是很成功。　　据美国麻省理工学院官方网站消息，此次，前麻省理工学院博士后、中国清华大学的鲍捷以及麻省理工学院化学教授莫吉· 巴旺迪提出，现有微型光谱仪的设计局限可以用胶体量子点克服，量子点是高度可调控的、微型的并且对光敏感的半导体晶体，使用量子点可以在减小光谱仪体积的同时不影响它的分辨率、使用范围和效率。　　研究人员展示了一个用195个不同的量子点做成的光谱仪，其每一个量子点都对特定光谱范围敏感，可以过滤各种波长的光并检测到非常小的光谱移位。美国加州大学伯克利分校物理学副教授王锋(音)认为，这个堪称&ldquo 美丽&rdquo 的方式，利用半导体量子点微型光谱仪来控制光吸收，该设备体积之小、性能之高，在以前还从未实现过。　　论文作者们表示，这一系统兼具了高性能和简洁性，容易制造并有进一步小型化的可能，所以将会在很大程度上有利于那些需要缩小尺寸、重量、成本和复杂性的应用。其与小型设备结合后，可用于诊断皮肤状况或分析尿液样本，甚至用于追踪生命体征诸如脉搏和血氧水平等。与此同时，这一研究也代表了量子点的新应用，这种纳米结构材料现主要适用于标记细胞和生物分子，在计算机及电视显示屏领域也大有用武之地。　　总编辑圈点　　量子点这种发现于上世纪80年代的纳米晶体，吸收性能众所周知并且非常稳定。现在利用量子点固有的性质打造出新型光谱仪的优点，甚至足够小到可以在智能手机中运行，使得一个以往笨重的实验设备轻松走入日常生活。受益的，不仅仅是科学家们研究原子能量水平、分析生物组织样品，更多的行业都可随时利用光谱仪，譬如检测环境污染、判断食品安全等等。

研究人员利用新型印刷技术制备了平面型薄膜电容感应芯片，并基于迷你单片机及低功耗蓝牙无线通讯技术，开发了一种低成本的新型物联无线微功耗电容感应触摸开关技术，其可以实现远程无线触摸控制开关，无须与墙面接触，使用十分方便, 本产品应用广泛，除了常见的智能家居系统，还可以在智能建筑、智能医院、智慧旅店、智慧养殖等系统中使用。主要技术指标（或参数）： 　　1、功耗：50-100mW； 　　2、最大无线操作距离：100m； 　　3、无线通讯设备类型：蓝牙； 　　4、使用寿命：大于10万次； 　　5、工作温度：-10℃～60℃； 　　6、工作湿度： 10～95%RH； 　　7、符合人体工学设计； 　　8、外观精致时尚； 　　9、安装方便。 　　应用领域： 　　智能家居、智能建筑、智能医院、智慧旅店、智慧养殖等系统中使用的远程无线触摸控制开关。 　　市场前景： 　　现代生活需要人性化的电工开关产品。电工开关是每个人每天都要亲密接触的，操控次数远超过其它电器。传统的机械式电工开关，从发明灯泡到现在一直都在使用，它满足了人们的基本控制需求。然而在各种智能电子设备早已实现了触摸操控功能的今天，传统机械式操控的墙壁电工开关已经远远落后时代的需求。 　　此外，电工开关企业竞争需要产品升级换代。当前，电工企业处在一个转型期，低端产品已经无利可图。据有关部门统计，目前国内生产传统开关(插座)的电工企业大约有2800余家，具备生产许可资格的约有1500余家。加上西蒙电气、罗格朗等一大批外资企业凭借资本、技术、品牌等优势纷纷抢滩中国，国内电工市场竞争空前激烈。目前主要集中在品牌、价格、外观、材质上恶性竞争，传统开关(插座)利润的赢利空间大幅度下滑。业内人士普遍认为，相对于几年前，现有各类开关(插座)产品利润下降了10%-18%，产品为微利经营状态。所以，整个电工行业需要提升产品档次，企业需要新的经济增长点。 　　拟转化的方式（或合作模式）： 　　可采用研究所与企业通过成果转让或技术入股等方式，共同推进该成果的产业化。 　　相关图片：

Pickering Interfaces与Menlo Microsystems的合作将新的开关技术引入PXI射频多路复用开关，以显著地提高性能。2023年6月26日，于英国Clacton-on-sea。Pickering Interfaces公司作为生产用于电子测试及验证领域的信号开关与仿真解决方案的主要厂商，于今日发布了一款采用新的开关技术的PXI/PXIe射频多路复用开关模块新产品。新款基于MEMS的射频多路复用开关是无线通讯和半导体测试的理想选择，与传统 EMR(电磁继电器)开关相比，操作寿命大大延长(高达300倍)、切换速度更快(高达60倍)、带宽更高，射频功率处理能力更强。插入损耗也与EMR相当，并且远低于固态开关。 　　新产品家族基于Menlo Microsystems的Ideal Switch®构建。这是首款性能特性能够支持要求严苛的射频测试环境，比如半导体、消费者无线设备和各种S波段的应用(包括移动服务、卫星通讯和雷达)的商用MEMS组件。“Pickering多年来一直在密切关注MEMS(微机电系统)技术，”Pickering Interfaces的开关产品经理Steve Edwards说。“Menlo Micro凭借Ideal Switch成为第一家提供满足射频测试所需规格的量产MEMS开关的公司。” 　　Menlo Microsystems的创始人兼全球营销高级副总裁Chris Giovanniello指出：“我们与Pickering Interfaces的合作伙伴关系建立在专注于下一代射频产品和应用的五年合作之上。“现在，我们的 Ideal Switch 已被Pickering用来构建首批射频多路复用开关，我们期待进一步推进我们的创新技术的发展。” 　　40-878 (PXI)和42-878 (PXIe)是50Ω 4：1 射频多路复用开关。为了适应不同规模的测试应用，40/42-878系列提供单组、双组或四组多种规格选择，都仅占用一个PXI或 PXIe机箱插槽。用户可以灵活地选择机箱，最大程度地减少所需插槽的数量。40-878也可以在Pickering的所有LXI/USB模块化开关机箱中安装使用。因此，受PXI、LAN或USB控制的不同的开关解决方案具有相同水平的高性能。该模块提供SMB或MCX连接器，用户可以选择最适合其应用的接口。另外，Pickering还提供类型齐全的线缆解决方案。 　　Pickering的开关产品经理Steve Edwards对新产品作了说明：“40/42-878系列提供大于30亿次的操作寿命，远超基于EMR的解决方案(通常为1千万次操作)，最大程度地减少由于继电器损坏或需要维护造成的系统停机。仅50us的切换速度使得这些开关可以在EMR的一次切换时间内进行多次切换，因此最大程度地减短了测试周期时间，以及提高了系统吞吐量。快速切换的优点使得这款产品适用于类型广泛的各类应用。” 　　“另外，40/42-878提供4GHz的带宽(现有的EMR产品带宽为3GHz)，可以支持新的更高频率的测试要求，因此有助于延长测试系统的使用寿命。提高了带宽的同时也提高了射频承载功率，超过了EMR解决方案的10W功率。”Edwards说：“最后，与固态解决方案不同，40/42-878中使用的MEMS开关具有低插入损耗，在4GHz时通常小于1.4db —— 与EMR解决方案相当，但具有基于MEMS设计的所有优势。” 　　40/42-878系列随附驱动程序，可在所有主流的软件编程环境中使用。在操作系统方面，支持所有微软当前的Windows版本和主流的Linux版本，以及其他实时硬件在环(HiL)工具。另外，Pickering为所有模块提高三年质保。

1、技术简介　　在高强度的激光作用 下，被测材料表面就会有几微克的物质被喷射出来，这个过程通常被称为激光剥离，同时材料表面还会产生寿命短但亮度很高的等离子体，其瞬间温度可达 10,000℃ 。在这个热等离子体中，喷射出来的物质离解成激发态的原子和离子。在激光脉冲结束后，由于等离子体以超音速向外扩展所以迅速地冷却下来。在这段时间内， 处于激发态的原子和离子从高能态跃迁到低能态，并发射出具有特定波长的光辐射。用高灵敏度的光谱仪对这些光辐射进行探测和光谱分析分析，就可以得到被测材料的元素构成信息。　　激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种原子发射光谱。可以对固相、液相和气相基体中几乎所有元素进行定性和定量的分析。不同于传统的检测方法，LIBS在检测过程中无需进行复杂的样品制备。为了达到这个目的，LIBS激光脉冲发射并汇聚于样品表面一点，样品被激光加热到气态继续吸收能量成为等离子态，等离子体背景辐射快速衰减导致等离子特征谱线突出，光谱仪开始积分获得测量结果。对产生的对应元素发射谱进行分析。元素发射谱的波长与元素的种类直接相关，而元素谱线的强度则和元素的含量相关。图1 激发诱导击穿光谱检测原理图 图2 激发等离子体与能级图　　2、应用说明　　激光诱导击穿光谱技术系统在进行元素分析的时候，需要样品量极少，对样品的破坏性小，可以对固相，液相，气象的样品进行测量 具有自清洁能力，几乎不需要样品制备 可以实现快速实时在线分析 具有遥测能力，可实现有毒、强辐射等恶劣环境中的远距离、非接触性测量 具有宽光谱多种元素同时测量，ppm量级探测灵敏度，可对痕量元素进行探测。多通道光谱仪，凭借其高效的外部同步时钟，完美的协同了所有通道实现精确的延迟采集，准确的在原子激发辐射突出时采集到完整的原子谱线信号。同时，多通道光谱仪可以应客户的需求在180-1037nm的范围内自由的配置光谱仪的通道数量和盖范围，系统自带的高效时钟可以完美的同步所有通道，并同时实现精确触发两台外部设备。　　自然环境：土壤污染分析，工业生产环境监测，金属、煤炭等材料分析，宝石鉴定等 　　安防检测：爆炸物分析，生化武器分析 　　基础研究：等离子体发光测量，生物柴油火焰分析 　　航空航天：火星探测应用 　　医学诊断：骨骼，牙齿等相关分析分析癌症细胞，抗糖尿病药物分析等。　　3、典型产品和配置　　LIBS光谱技术系统配置：　　1. 多通道光谱仪：超宽光谱范围，优异的紫外响应方便轻元素测量 短时间，最短1ms积分时间，通道间积分抖动± 10ns以内 高分辨，最高可达0.035nm光谱分辨率，精准延时触发控制 多扩展，两路可控延时触发接口。图4 多通道光谱仪　　2. 样品仓：安全防护具有1064nm激光安全防护窗、电动激光安全锁、仓门自动安全锁、E-stop 双光纤收集光路，支持两路45度收集通道。可单独使用抗紫外光纤作为紫外通道，，同时选择使用普通可见光纤作为可见通道，增强系统的紫外探测能力。气氛保护机制能够自动充气开关控制和流量调整。能够排出测量产生的烟尘污染，延长光路寿命并且提高测试稳定性。图5 样品仓　　3. 激光器　　4. 采样附件(光纤等)　　5. 光谱仪控制软件图6 LIBS典型配置　　典型配置　　典型产品：多通道光谱仪，样品仓，激光器　　4、应用文章　　4.1 土壤与农作物污染检测图7 土壤与农作物检测光谱图　　4.2 古玩真伪鉴定图8 LIBS古玩真伪检测　　4.3 金属和煤炭测量图9 金属煤炭检测光谱　　4.4 等离子体发光测量图10 等离子体发光　　4.5 生物柴油火焰检测图11 生物柴油检测图　　4.6 检测抗糖尿病药物中的有效成分图12 抗糖尿病药物成分检测　　4.7 LIBS在火星探测中的应用图13 LIBS检测火星元素光谱图　　4.8 珠宝真伪的检测图14 真伪珠宝检测光谱图　　4.9 工业废水检测图15 工业废水检测光谱图　　4.10 爆炸物检测图16 爆炸物检测　　4.11 核废料/放射性物质检测（来源：海洋光学）

微型光谱仪是一种紧凑型光谱仪，其光学系统、图像传感器和电路浓缩在一个小盒子中。本报告包括模块式和芯片式光谱仪。微型光谱仪行业目前现状分析芯片型光谱仪还处于初级阶段芯片型光谱仪是新型光谱仪产品，处于初级阶段，并在近几年快速发展，受到越来越多的关注。北美、欧洲、亚太是主要消费地区北美、欧洲、亚太是微型光谱仪的主要消费地区，北美是最大的消费地区，占全球销量市场的36%。中国是全球增长最快的地区预测全球微型光谱仪市场在2027年将达到5.88亿美元，2021年到2027年的年复合增长率达到9.95%。中国是增长最快的地区，2021年到2027年的年复合增长率达到15.52%。微型光谱仪发展趋势消费市场进一步扩大随着对生产环境要求的不断苛刻，设备检测的准确度、使用范围即适用性就显得尤为重要了，在国家政策的引导和支持下，国内微型光谱仪行业有望进一步扩大。品牌化发展成必然趋势在竞争激烈的竞争中，预计更多的国内厂家将从纯粹的生产制造走向品牌化经营之路，这也是国内制造厂家在产业价值链中追求更高附加值的必然选择。各地政策均明确提出将“实施品牌战略，打造一批具有国际竞争力的知名企业和国际影响力的自主品牌”。全球微型光谱仪总体规模分析全球微型光谱仪产业过去五年增长迅速，规模从 2016年的 1.96亿美元增长到 2020年的2.93亿美元。2021年全球微型光谱仪市场增长到3.33亿美元。预计至 2027年，全球微型光谱仪产业规模将增长至5.88亿美元，年复合增长率高达9.95%。市场上的主要微型光谱仪生产商包括Hamamatsu Photonics、Ocean Insight、Viavi、Horiba、Si-Ware Systems等，全球领先厂商以出色的产品性能和满意的服务在行业中享有盛誉。但市场竞争日趋激烈，越来越多的厂商进入微型光谱仪市场；尤其是几家中国制造商，如复享光学、晶飞科技、奥谱天成等，它们具有成本优势。微型光谱仪的主要消费地区为北美、欧洲、中国、日本等具有工业发展体系的国家和地区。这些地区占据全球超过大部分的市场，其中北美是最大的消费地区。同时，中国等地区国家近些年经济发展很快，具有较大的市场潜力。在下游市场中，微型光谱仪主要应用在农业、智能建筑、环境、医疗、汽车、穿戴、相机、智能手机等领域，其中智能手机是最大的消费市场，2020年占有约32%的销量市场份额。微型光谱仪的消费与整体经济发展和地区环保有较大联系，消费集中在人口聚集，工业生产较为发达的地区，国内主要消费地区包括华东，华南等地区。

微型空气质量监测站是一种小巧、便携式的空气质量检测设备，可以实时监测环境中的有害气体和颗粒物，为人们的生活和环境提供重要的监测和预警数据。本文将介绍微型空气质量监测站的工作原理和优势。一、工作原理微型空气质量监测站通常由传感器、数据采集系统、数据处理系统和控制部分组成。其中，传感器用于检测空气中的有害气体和颗粒物，数据采集系统将传感器采集到的数据传输到数据处理系统中，数据处理系统对数据进行处理和存储，控制部分则负责监测和控制传感器的工作状态。具体而言，微型空气质量监测站的工作原理如下：1. 传感器：传感器是微型空气质量监测站的核心部分，用于检测空气中的有害气体和颗粒物。传感器通常采用化学传感器或气相色谱传感器等，可以检测出苯、甲苯、氨、氮氧化物、二氧化碳、颗粒物等有害物质。2. 数据采集系统：数据采集系统将传感器采集到的数据传输到微型空气质量监测站的电脑或手机等设备中，通常采用USB接口或蓝牙传输技术。数据可以通过各种数据管理软件进行存储和分析，以便人们随时了解空气质量的变化情况。3. 数据处理系统：数据处理系统对采集到的数据进行处理和存储，通常采用各种数据分析软件进行建模和模拟，以便人们更加准确地了解空气质量的变化趋势和影响因素。数据处理系统还可以提供各种报告和图表，方便人们了解空气质量的详细信息。4. 控制部分：控制部分负责监测和控制传感器的工作状态，包括传感器的选择、更换、校准和检测等，以确保微型空气质量监测站的准确性和可靠性。二、优势微型空气质量监测站具有以下几个优势：1. 便携性：微型空气质量监测站小巧轻便，可以随时随地携带，方便人们进行空气质量监测和预警。2. 高精度：微型空气质量监测站采用高精度的传感器和数据分析软件，可以实时监测环境中的有害气体和颗粒物，提供高精度的监测数据。3. 实时性：微型空气质量监测站可以实时监测空气质量，为人们提供及时的空气质量预警。4. 方便性：微型空气质量监测站的数据可以通过各种数据管理软件进行存储和分析，方便人们了解空气质量的变化情况。5. 可靠性：微型空气质量监测站采用高品质的传感器和可靠的控制技术，可以确保其准确性和可靠性。综上所述，微型空气质量监测站是一种小巧、便携式的空气质量检测设备，可以实时监测环境中的有害气体和颗粒物，为人们的生活和环境提供重要的监测和预警数据。

3月17日，科技部高技术研究发展中心(基础研究管理中心)发布2022年度中国科学十大进展。中科院上海微系统所宋志棠、朱敏团队的“新原理开关器件为高性能海量存储提供新方案”脱颖而出，荣获2022年度中国科学十大进展(图1)。中国科学十大进展遴选活动由科技部高技术研究发展中心牵头举办，其遴选程序分为推荐、初选和终选3个环节。终选阶段，中国科学院院士、中国工程院院士、国家重点实验室主任等3500余位知名专家学者对30项候选科学进展进行网上投票，最终，得票数排名前10位的入选。图1 新原理开关器件成果荣获2022年度中国科学十大进展高密度与海量存储是大数据时代信息技术与数字经济发展的关键瓶颈。中国科学院上海微系统与信息技术研究所宋志棠、朱敏团队发明了一种新型基于单质碲和氮化钛电极界面效应的开关器件(图2)，充分发挥纳米尺度二维限定性结构中碲熔融—结晶速度快、功耗低的独特优势，“开态”碲处于熔融状态是类金属、和氮化钛电极形成欧姆接触，提供强大的电流驱动能力，“关态”半导体单质碲和氮化钛电极形成肖特基势垒，彻底夹断电流。该晶-液态转变的新型开关器件，组分简单，可克服双向阈值开关(OTS)复杂组分导致成分偏析问题；工艺与CMOS兼容且可极度微缩，易实现海量三维集成；开关综合性能优异，驱动电流达到11 MA/cm2，疲劳108次以上，开关速度~15ns，尤其碲原子不丢失情况下开关寿命可大幅提升。该研究突破为我国发展海量存储和近存计算，在大数据时代参与国际竞争提供了新的技术方案。该成果发表在国际顶尖杂志Science (2021, 374, 1390-1394) 上。图2 新原理开关器件及其晶态-液态新型开关机理(Science, 2021, 374, 1390-1394)中国科学院上海微系统与信息技术研究所是我国著名的技术学科综合性研究所之一，前身是成立于1928年的国立中央研究院工程研究所。上海微系统所现有传感技术、集成电路材料、微系统技术三个国家级重点实验室，有无线传感网与通信、太赫兹固态技术、高端硅基材料三个中科院重点实验室。设有传感技术实验室、纳米材料与器件实验室，太赫兹固态技术实验室、微系统技术实验室、宽带无线通信实验室、硅基材料与集成器件实验室、超导电子学实验室、仿生视觉系统实验室、2020 X-Lab实验室等九个实验室。

海顿科克直线传动是AMETEK集团的一员，是世界上直线传动产品领导型企业，是世界上微型丝杆副做的最好的公司。其微型丝杆是指螺杆直径2mm,螺杆导程从0.3mm&mdash 2.4mm的丝杆，所有丝杆都有螺母与其配套使用，螺母由高分子材料做成，带有自润滑效果。 科克的微型丝杆其最引人注目的地方是它扩大了工程师的设计领域，这些微型丝杆副可以让产品设计的更小，更轻，更节能，同时还不会影响产品质量和性能。这也是当今世界普遍对产品的新的要求，海顿科克生产微型丝杆已经超过10年时间，已经有很成熟的的微型丝杆标准产品了，客户如果需要马上就可以使用它们改进自己的产品。 海顿的LC15000电机上使用传动丝杆就是科克的微型丝杆，丝杆也是由303不锈钢一次挤压成型，质量好，寿命长而且免维护！科克的微型丝杆精度很高，一致性好，极大的提高了电机的性能，客户还可以根据要求加涂TFE涂层！ 科克的微型丝杆长度最长可以做到76.2MM，导程从0.3mm-2.4mm可选，丝杆都是由303不锈钢制作而成，螺母都是由高分子材料做成，产品性能完全可以保证！ 更多信息请访问海顿直线电机（常州）有限公司网站http://www.haydonkerk.com.cn

光谱学是测量紫外、可见、近红外和红外波段光强度的技术。光谱测量被广泛应用于多种领域，如颜色测量、化学成份的浓度测量或辐射度学分析、膜厚测量、气体成分分析等领域。　　在上世纪九十年代以来，微电子领域中的多象元光学探测器(例如CCD，光电二极管阵列)制造技术迅猛发展，使生产低成本扫描仪和CCD相机成为可能。美国海洋光学公司的微型光纤光谱仪使用了同样的CCD(CCD光谱仪)和光电二极管阵列探测器，可以对整个光谱进行快速扫描，不需要转动光栅。　　微型光纤光谱仪通常采用光纤作为信号耦合器件，将被测光耦合到光谱仪中进行光谱分析。由于光纤的方便性，用户可以非常灵活的搭建光谱采集系统。其优势在于测量系统的模块化和灵活性，且测量速度非常快，可以用于在线分析。而且由于采用了低成本的通用探测器，降低了光谱仪的成本，从而也降低了整个测量系统的造价。　　微型光纤光谱仪基本配置包括包括一个光栅，一个狭缝和一个探测器。这些部件的参数在选购光谱仪时必须详细说明。光谱仪的性能取决于这些部件的精确组合与校准，校准后光纤光谱仪，原则上这些配件都不能有任何的变动。那么微型光纤光谱仪在选型时有哪些必须要注意的呢？　　① 光学分辨率　　光学分辨率是配置微型光纤光谱仪时经常被考虑的主要因素之一。当用户为了追求微型光纤光谱仪的高分辨率时，在选型时会选择具有尽可能多像元数探测器的微型光谱仪。而实际上光学分辨率不仅仅由探测器的像元数决定，还与狭缝宽度和光栅的刻线密度有关。所以当讨论分辨率时，通常用色散或用波长范围除以像元数。　　半高全宽值(FWHM)，即最大峰值光强一半处所对应的谱线宽度是一种表述分辨率更好的方法(见上图)。用FWHM可以对不同光谱仪的实际光学性能进行直接对比。用这种表示方法可以避免一些缺陷，例如：有的光栅并没有用到全部像元 采用交叉式Czerny-Turner光路设计的光谱仪中，光学系统不能把狭缝清晰地成像在探测器上，这是由于光路中过大的反射角和固有的系统放大倍率造成的。 　　② 灵敏度　　灵敏度是配置光谱仪时所需要考虑的另一个因素。现在的主流微型光纤光谱仪都采用线阵探测器，所以灵敏度跟像素数没有任何关系。但面阵探测器例外，因为面阵探测器在垂直方向的每个像素都会被累积，在某种意义上垂直方向上的所有像素的累积可以被看成一个更大的像素。因此，在考虑某种应用对灵敏度的要求时，更重要的是看探测器的响应曲线。下图中给出了海洋光学微型光纤光谱仪采用的两种典型探测器的灵敏度响应曲线。　　③信噪比　　信噪比也是选配微型光纤光谱仪的一个因素。对于CCD光谱仪，较高的灵敏度导致了较低的信噪比。在一定范围内，可以通过对光谱进行多次平均来提高信噪比。平均次数的平方根恰好是信噪比提高的倍数。例如，光谱平均100次，信噪比能提高10倍。有些应用需要较高的信噪比，此时用户应当比较在光谱仪中的光学平台和探测器的综合信噪比。需要强调的是，用户一定要搞清楚厂家给出的信噪比是不是整个光谱仪系统的信噪比，因为只有整个光谱仪系统的信噪比才是最重要的。一个信噪比高的探测器配一个性能不高的光路，那么它的高信噪比就没有实际意义。比较不同探测器和微型光纤光谱仪间的信噪比的比较好的方法是：测量100次，然后对每个像元计算平均值和标准偏差，信噪比等于平均值除以标准偏差。测量信噪比时，信号强度应当接近饱和，并设置正确的平滑值(如果需要的话)。　　④ 光栅选择　　光栅选择是最比较复杂的。通常有两个因素决定了光栅的选择：波长范围和光学分辨率。波长范围受限于所选择的探测器或光栅，或二者都有。光学分辨率不仅受限于光栅，还受限于狭缝宽度和探测器的像元数和像元尺寸。还要考虑第三个因素，即光栅还会影响系统的灵敏度，这是因为不同的光栅的闪耀波长(即最高效率)位置各不相同。当对系统进行最优化配置时，最好查看一下光栅的效率曲线。下图中是海洋光学微型光纤光谱仪采用的几种典型的600线/mm光栅的效率曲线，效率最高点从紫外区到近红外区。　　⑤ 狭缝　　狭缝了也是选配微型光纤光谱仪的一个因素。微型光纤光谱仪有多种狭缝尺寸供您选择，狭缝安装在光纤接头处(见图)，并且被永久的固定在光谱仪上。有两点需要记住，狭缝越小，光学分辨率越高 狭缝越大，进入光学平台的光通量越多，即灵敏度越高。从本质上说，需要折中兼顾光谱仪的分辨率和灵敏度。　　　　⑥ 其他　　选择微型光纤光谱仪的其他选项会相对容易一些。例如可以选择升级UV4探测器后，探测器上的标准BK7窗片将会被石英窗片替代，用来增强海洋光学微型光纤光谱仪在波长340nm以下紫外区的响应能力。而其它探测器，比如薄型背照式CCD或CMOS则不需要这个选项。而为了避免二、三级衍射效应的影响，可以通过在位于狭缝与消包层模式孔之间的SMA905连接器中安装长通滤光片或在探测器的窗口处安装OFLV消除高阶衍射滤光片。　　正如上面介绍的几个因素所表明的，通过一些简单的步骤就就可以配置好满足您应用的微型光纤光谱仪。除了光谱仪，我们可能还需要考虑种类纷杂的光源和采样附件。

海顿科克最近全新推出了微型的滑动丝杆系列，作为直线传动领域的领导企业，公司利用丰富的经验和先进的技术推出了全新微型系列丝杆，该系列螺杆的直径为2mm，导程从0.3mm-2.0mm有多种可选，每个螺杆都可配各式的螺母，螺母都是用科克公司特有的Kerkite聚合材料制成，都有自润滑的功能。　　微型丝杆系列是一个全新设计的系列，采用了先进的生产工艺和技术，它可以让工程师设计的产品变的更小，更轻，更节能，但是却不会降低产品性能和质量，通过深化对很多正在增长中的市场需求的反应，海顿科克生产客户化定制微型螺杆已经超过十年。现在，随着微型系列的引入，任何人都能利用标准化设计，现有的机加工条件和快捷的交货，使自己的产品快速推向市场并活得更好的成本效益。　　 　　科克微型丝杆可以单独作为一个传动件使用，也可以作为海顿的直线步进电机的传动丝杆使用，丝杆都是用303不锈钢制造而成，性能好，寿命长而且免维护，螺纹一致性高，在传动工程过程中，不但定位精度高，而且能极大减小运行振动和噪音，同科克的其他产品一样，微型丝杆同样可以选涂科克的Kerkote的涂层，这是一种干性润滑涂层，可以减少摩擦和阻力矩。　　海顿科克一向善于为客户定制产品，只要客户有特殊应用要求，海顿科克都会想方设法满足客户要求，海顿科克有一整套的产品开发设备，包括开模，注塑，挤压，切割等等，不管您是需求一个，一百个，还是一万个海顿科克都会为您开发，如有需要请尽快联系我们吧。　　更多信息请访问海顿直线电机(常州)有限公司网站http://www.haydonkerk.com.cn

体积只比手机大一点点，几分钟就能测出食品有无安全问题　　投入批量生产后市民都能买得起使用简单　　想知道饮用水里有没有有害物质吗?想知道食品中是否有添加剂吗?想弄明白水果表皮是否有农药吗?在目前，这些都需要去专门的科研机构才能查到。但是未来，你在家里就能做到。事实上，这个未来并不远，重庆大学教授温志渝及其团队已掌握微型光谱仪技术，而微型光谱仪正式可以简便快速检测物质的机器。今年教师节，温教授被评选为全国模范教师。　　几分钟就能测出食物中的物质　　光谱仪，目前科研方面用于物质检测等用途，价格数万元，体积大小超过一台台式机。温教授设计出的微型光谱仪却只比手机大一点点，价格也会便宜很多。　　据重大微系统研究中心主任温志渝介绍，将被检测的物质放入该机器，检测速度非常快，只需要几分钟就可以出检测结果。在食品检测方面，如果发现问题食品，现场就能直接进行检测，迅速得出结果，不用再经历抽样、带回检测中心、检测、出结果的漫长过程。　　这项技术获得重庆市2011年科技奖励技术发明一等奖。但目前暂未投入生产。在采访中，温教授告诉重庆晚报记者，一项技术成熟到投入批量生产要经过一定阶段。今年6月份，还有生产商找到他希望能合作生产微型光谱仪，但温志渝拒绝了。　　微型光谱仪还可用于地震、火灾救援　　温志渝告诉重庆晚报记者，光谱仪是将成分复杂的光，分解为光谱线的科学仪器，它可以定性定量的检测各种物质主要成分和元素，被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业等的检测中。　　微型光谱仪同样具有这些功能，而且携带方便，并且可以像CPU一样嵌入其他仪器中，进行多种检测。　　除了可以用于食品安全检测，微型光谱仪还可以装入监测设备中，实时对环境、水质等污染情况进行检测 在医疗上，可以制成微型生化快速检测仪，在发生地震、火灾等急救情况下，可以一次做7个生命体征检测，为患者抢救提供及时可靠的数据。

p　　浙江日报3月25日讯 城乡道路及公共场所，能够借助成千上万的摄像头，铺设一张“天网”实现监控全覆盖。水中能否也有一张“天网”，监控各条河道的实时水质情况变化，追溯污染的责任源头?/pp　　这张水中的“天网”，将在台州成为现实。今年3月，台州在全市开始建设治水“天网”工程，预计到8月底建成109个微型水质监测站，覆盖市域范围内的9个县(市、区)交接断面，实时记录各地入境断面和出境断面的水质变化。目前，已有9个微型水质监测站开始运行，其余100个已开工建设。/pp　　记者来到南官河路桥段下里桥附近，这里正在实施平整作业，准备微型水质监测站的开工建设。“台州市域范围内水系情况复杂，仅南官河就涉及椒江、黄岩、路桥、温岭等多地。”台州市治水办副主任徐高献介绍，建设治水“天网”工程，就是要将入境断面和出境断面的水质变化情况纳为考核县(市、区)治水成绩的主要依据。“各地治水举措多样，但最终还是要凭水质说话，水质的提升是治水最有力的成果。”徐高献说。/pp　　台州计划分3年，以渐进模式实施治水“天网”工程。今年8月底前，县(市、区)交接断面的微型水质监测站将全部建成，明年逐渐普及到乡镇交接断面。预计明年在全市125个乡镇(社区)之间，建设微型水质监测站200余个。最后一步，将覆盖到重点企业、污水处理厂的排水口。br//p

p　　从石器时代原始部落的祭师对灵魂的崇拜，到中世纪后期哲人对大脑意识的产生溯源，到近代解刨学家发现井然有序的大脑功能分区，再到20世纪初Santiago Cajal得到了人类第一张清晰的大脑皮层神经元的照片，直至现在神经学家通过电生理，电子显微镜，光学显微镜等手段，在亚细胞，分子，基因水平对大脑的结构和功能进行研究，神经科学(neurosciences)这一门古老的学科，直至今日，仍然是全世界投入最大，最活跃的科学研究领域之一。/pp　　限制科学家去理解和探索大脑的最主要因素是技术。每一次神经领域的重大突破，都是以技术的一次次革命与飞跃作为基础随之而来。19世纪末高尔基染色和尼斯染色技术的发明，使得单个神经元的结构得意完整清晰的呈现，并由现代神经学之父圣地亚哥· 拉蒙· 卡哈尔(Santiago Ramon y Cajal,1852-1934)总结并开创了神经元理论，至今仍是现代神经科学的基础。计算机体层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、经颅多普勒(TCD)、单光子发射计算机断层(SPECT)、正电子发射断层扫描(PET)等无创性影像学技术的发展，使得人类对大脑整体水平结构和功能的认识不断提高，并且对于大脑创伤和疾病的治疗提供了有利的参考工具。在实验神经科学领域，以模式动物作为研究对象，避免了把人作为研究对象在有创，改造等伦理方面的限制，使得更多的技术手段得以大显身手。其中包括电生理学方面，脑电图(EEG)，多电极记录(MER)，膜片钳技术(patch clamp)等技术的发明和有效使用，得以使科学家在亚微米空间尺度(单个神经突触连接)，亚毫秒时间尺度(单次神经冲动电位)对神经元的功能进行研究。而最令人激动人心的是，近几年来蓬勃发展的光学显微成像技术，给实验神经科学带来了很多前所未有的思路和成果。2008年钱永健等人由于荧光蛋白(GFP，绿色荧光蛋白)的发现和使用，获得了诺贝尔化学奖，是对荧光成像技术的一次巨大肯定和推动。光学成像本身具有高分辨率、高通量(高速)、非侵入、非毒性等特点，再与荧光蛋白以及荧光染料等标记物在细胞中的定位与表达技术相结合，使得科学家可以特异性的分辨生物体乃至细胞内部不同结构与成分，并且能够在生命体和细胞仍具有活性的状态下(活体状态)对其功能进行动态观察。这就使得荧光成像技术成为了无可替代的，生物学家现今最为重要的技术手段之一。而随着近些年来各种新型的显微技术的出现，共聚焦显微镜(confocal microscopy)，相干拉曼成像(CARS)，超分辨率显微技术(super-resolution microscopy)，光片显微技术(lightsheet microscopy)等使得荧光显微镜的分辨率，速度，成像深度等进一步提高。/pp　　对于荧光成像技术在神经科学中应用，离不开双光子荧光显微镜(Two-photon Microscopy，简称TPM)1。目前，大多数细胞生物学，生理学研究主要还是在离体培养的细胞体系中研究。然而与细胞生物学研究有所不同的是，大脑的功能研究的整体性和原位性显得更加关键：仅研究分离的神经元无法解释神经系统的功能和规律。换句话说，必须要求神经元处在其正常生存的大脑环境中才能使其正常运转。然而，大脑是一个高度复杂的器官。即使是小鼠的大脑皮层也有将近1mm的厚度，海马，丘脑等深脑区核团更是深达3-5mm2，而且并不透明，充满了数以亿计的神经元胞体和突触，此外还有丰富的血管，粘膜(脑膜)，最外层还有厚厚的颅骨和头皮包裹。使用包括共聚焦显微镜在内的传统的荧光显微镜，由于被观测的信号会受到样本组织的散射和吸收，根本无法穿透如此深的组织进行成像。而双光子显微镜的发明，则为此类研究带来了希望。双光子显微镜特有的非线性光学特性，再加上其工作波长处在红外区域等特点，令其在生物体组织内的穿透深度大大提高3，使得双光子显微镜成为神经科学家进行活体神经成像最理想的工具。神经动作电位(action potential)本身很难被光学信号捕获，但是动作电位产生的去极化会引起神经元Ca2+浓度的变化(钙内流现象)。科学家已经开发出多种Ca离子浓度的荧光探针，进而通过这种钙离子浓度的变化引起的荧光信号的变化来反映出神经活动。于是，双光子显微镜与在体的神经元Ca离子浓度指示剂标记技术相结合，碰撞出了耀眼的火花: 使得人们可以研究处于生理状态时的动物大脑内的神经元活动4。/pp　　大脑的最重要功能是对生物体的行为活动进行调控，而反过来，最能反应大脑工作状态的同样是生物体的行为活动。所以说，为了了解大脑，研究者不仅要求在体状态下对神经元进行高分辨率观测，而且也希望生物体在被观测的阶段里，能够进行正常的行为活动。所以，在成像技术不断地提高分辨率和速度等性能的同时，科学家们也在积极开改进和革这些成像技术手段，使其进行成像时尽可能小的限制被观测对象的行为活动，以求得到最接近生理状态下的数据。但是这一目标始终存在诸多的技术瓶颈: 以啮齿类动物(大鼠或小鼠)神经元的双光子钙成像为例。早些年由于动物身体运动产生的晃动剧烈，而当时双光子显微镜成像速度又很低，所以科学家只能在麻醉状态下对头部固定的动物进行成像。后来随着成像速度的提高，并且对开颅手术技术的很大改进，使得科学家可以在清醒状态下对动物的神经活动进行观察(仍然需要头部固定)。近些年来，随着基因改造技术的突飞猛进，通过病毒转染和转基因技术，在神经元内源性表达“基因编码类钙指示剂(genetically encoded calcium indicator, 简称GECI)”成为神经元钙成像的大趋势4。这种由神经元自身产生钙指示剂的方法与之前的钙染料技术相比有着巨大的优势: 信噪比提升了一个数量级 对神经元特异性好，可以区分不同的神经元类型 并且可以在大脑神经元内持续表达数月(病毒转染)甚至整个生命历程(转基因动物)。于是，大概10年前开始，科学家就开始利用双光子成像结合GECI技术对神经元的活动和结构变化进行长期的观测和追踪，从而对记忆的形成，神经元病变等问题有了更深入的认识。其中，现在性能最好，使用最为广泛的GECI为绿色荧光钙调蛋白Gcamp家族4。目前已经改进到第六代，Gcamp6f，Gcamp6f已经成为神经成像里最受欢迎的指示剂之一。目前科学家最流行的对小动物行为过程中大脑活动进行成像的方法，是将虚拟现实与双光子成像相结合，在动物头部被固定的情况下，在其眼前制造影像，让动物认为自己处在”真实“的环境之中5。通过小鼠四肢在类似跑步机或者鼠标滚球上的运动来模拟其真实活动。以求达到研究神经元在动物行为中所起到的作用(如图1)。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/e167bfbc-be4e-4b26-aa38-6f15b1fdca08.jpg" title="1.png" width="600" height="429" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 600px height: 429px "//pp style="text-align: center "图1 双光子成像结合虚拟现实场景，对头部固定，身体活动的动物进行研究。图片来自sup5/sup/pp　　然而，这种虚拟现实加头部固定成像的方法，已经遭到许多科学家的质疑。人们认为，头部固定的动物在实验期间一直处在物理约束和情绪压力下，因此无法证明神经元对外界的响应在虚拟现实和自由探索下是等价的。更重要的是，许多社会行为，比如亲子护理，交配和战斗，都不能用头部固定的实验来研究。如何在动物自由活动的时候，直接对其神经元进行成像，是神经科学家还未能得到解决终极的诉求。/pp　　一个理想的解决方案是开发微型荧光显微镜直接固定在自由活动的动物身上，让动物“带着显微镜跑”6。这种尝试大概从20年前开始。起初，科学家只是将一根或几根光纤插到小鼠头上，用以激光导入和荧光信号采集。然而，这种方式而只是记录某个区域内信号的总和，不具有空间分辨率，算不上真正意义上的成像。在最近的十几年里，由于光学，电子，材料技术的发展，人们开始尝试研制真正意义上的微型显微镜。其中，微型单光子宽场显微镜(miniature wide-field microscope)，由于其原理与结构相对简单，是目前人们主要尝试研制的微型显微镜技术。例如由Ghosh及其同事开发的显微镜，通过将小型LED光源，微型CCD和自聚焦透镜整合到一个小于25px3的框架之中，研制出了一个重量为1.9g的微型宽场显微镜。该技术被用于研究大脑海马区place cell等与记忆和本能相关的实验当中7。然而，宽场成像方式由于不能很好的对离焦区域的背景信号进行过滤，并且对光的散射敏感，所以其无法达到细胞分辨率。更难以对更精细的诸如树突，轴突，树突棘等结构进行观察。所以一直难以达到神经科学家满意。/pp　　于是，从大概15年前开始，世界上一些研究和开发双光子成像技术的研究组开始尝试将双光子显微镜这种在神经成像领域已经获得广泛应用的技术进行微型。然而，目前只有为数不多的几个课题组报道了他们在微型双光子显微镜研制方面的进展: 在2001年，Denk等的工作被认为是研制微型双光子显微镜的第一步8。然而，它仍然太过“巨大”(长7.5厘米，重25克)，而且成像速度很慢(2 Hz 128x128的尺寸下速度为2 Hz， 512x512的尺寸下为0.5 Hz，如图2a)。之后，其他一些课题组相继报道了不同的微型双光子系统。 Helmchen课题组在2008年报道了他们的微型双光子系统，仅重0.9克9。它实现了512X512幅面下的8 fps的成像速度速度，并展示了利用该系统实现的大鼠在体钙成像信号。然而，从展示的效果来看，其空间分辨率极低，而且并没有实现真正的自由运动下的成像(如图2b)。Mark Schnitzler课题组在2009年也发表了他们的微型双光子系统10。他们的系统首次使用了微机电扫描镜(MEMS)来进行扫描，并将Z聚焦模块集成在了探头之中(如图2c)。但是扫描频率仍然很低(400x135约为4Hz) 空间分辨率也远远达不到要求(横向1.29 μm，轴向10.3 μm)。这些方面限制了其在神经元细胞核亚细胞水平成像中的应用。 Kerr课题组在2009年展示了它们的系统11，跟之前的微型双光子显微镜相比较，由于应用了微型透镜组构成的微型物镜(NA达到了0.9)，这套系统的空间分辨率更高。然而，这套探头的重量也随之提高(5.5g)。此外，由于其仍然使用振动光纤的方式来进行扫描，所以其成像速度仍然比较慢。(对于64x64为10.9Hz，对于理论上的512x512为1.25Hz)(如图2d)。此外，还有一个之前所有的微型双光子系统都没有解决的问题。由于微型双光子显微镜一般需要利用光纤将飞秒激光导入到探头之中，而光纤由于存在诸如色散、截至模式、导通带宽等一系列限制，所以某一款光纤一般只允许一定带宽(一般为几十纳米)和特定中心波长的光传播。那就需要在制作微型显微镜的时候，结合使用的荧光指示剂所需要的激光波长对光纤进行选择。但是，目前商业化的，可以用来进行飞秒光传输的空心光子晶体光纤(hollow-core Photonic Crystal Fiber， HC-PCF)种类非常有限。例如，全球最大的光子晶体光纤生产商NKT公司仅提供中心波长为800nm，1030nm，1300nm和1550nm的HC-PCF。所有现有的微型双光子显微成像系统都是基于这几款光纤所限定的中心波长进行开发的。但是很遗憾的是，本文上述所提到的目前最广泛使用的GcamP指示剂需要920 nm的激光进行激发。所以先前的所有微型双光子都不能对Gcamp进行有效的成像。这限制了微型双光子显微镜的发展。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/4c1d7c1d-53eb-4a41-96d0-98ecb5ebda8d.jpg" title="2.png"//pp style="text-align: center "图2 微型双光子发展史上的几个典型工作。a、b、c、d分别选自参考文献sup8、9、10/sup和sup11/sup/pp　　之所以这些早期的微型化双光子显微镜都无法得到真正的使用和推广，其原因在于，若要制造出具有实用价值的微型双光子显微镜，比研制单光子微型显微镜复杂和困难的多得多。微型双光子显微镜需要需要解决如下几个关键技术难题：/pp　　1 如何将飞秒激光有效的导入微型显微镜 /pp　　2 如何在微型显微镜内进行扫描/图像重建 /pp　　3 如何在微型显微镜中进行高质量的激光汇聚，高效激发双光子信号。/pp　　4 如何有效的对荧光信号进行收集 /pp　　5 如何使整个系统在动物剧烈运动时仍保持稳定/pp　　6 在满足前5项条件下，重量是否足够轻，以致尽量小地对动物的活动造成影响 /pp　　本文作者所在的课题组，是由北京大学分子医学研究所、信息科学技术学院、动态成像中心、生命科学学院、工学院联合中国人民解放军军事医学科学院组成跨学科团队。我们在程和平院士的带领下，在国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制专项《超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统》的支持下，历经三年多的协同奋战，成功研制了新一代高速高分辨微型双光子荧光显微镜，并将其取名为FHIRM-TPM。原始论文于5月29日在线发表于自然杂志子刊Nature Methods (IF 25.3)12。在这项成果中，我们解决了上文所提及的早先微型化双光子显微镜研制中存在的问题，获取了小鼠在自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动清晰、稳定的图像。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/0418a0a6-f357-4e18-91b0-ef1c23d670bd.jpg" title="3.png" width="600" height="470" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 600px height: 470px "//pp style="text-align: center "图3 FIRM-TPM示意图，来自sup12/sup/pp　　新一代微型双光子荧光显微镜体积小，重仅2.2克，适于佩戴在小型动物头部，通过颅窗实时记录数十个神经元、上千个神经突触的动态信号。在大型动物上，还可望实现多探头佩戴、多颅窗不同脑区的长时程观测。相比单光子激发，双光子激发具有良好的光学断层、更深的生物组织穿透等优势，所以成像质量远优于目前领域内主导的、美国脑科学计划核心团队所研发的微型化宽场显微镜。其横向分辨率达到0.65μm，与商品化大型台式双光子荧光显微镜可相媲美 采用双轴对称高速微机电系统转镜扫描技术，成像帧频已达40Hz(256*256像素)，同时具备多区域随机扫描和每秒1万线的线扫描能力。最为重要的是，FHIRM-TPM克服了先前限微型双光子显微镜应用的两个障碍。首先，我们定制设计的HC-PCF为 920纳米飞秒激光脉冲提供了无畸变传输，这种改进让有效的激发例如Thy1-GFP和GCaMP-6f等常用荧光指示剂成为可能。第二，由于双光子点扫描显微镜的高空间分辨率和层切能力，安装到动物头上的微型双光子显微镜非常容易受到运动伪影的影响。为了解决这个问题，我们对整个系统进行了充分的优化：(a)使用柔软的新型光纤束SFB来使得动物运动引起的扭矩和拉拽力最小化，并不降低光子收集效率 (b)采用独立的可旋转连接器来连接光学探头上的光纤和电线，以使动物在自由探索期间线的扭曲和缠绕最小化 (c)使用高速成像以减少运动引起的帧内模糊。此外，我们在实验之前预先训练动物适应安装在其头骨上的微型显微镜，并滴加1.5%低熔点琼脂糖使其充满物镜和脑组织之间，这些措施都显著降低了探头与大脑之间的相对运动，进而改善了实验短期和长期的稳定性，于是实现了在动物进行包含大量身体和头部运动的行为学试验中中进行高分辨率成像。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/0d8849db-62d7-4fdd-b7e0-4e572b3a1b03.jpg" title="4.png" width="600" height="437" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 600px height: 437px "//pp style="text-align: center "图4 FIRM-TPM实物图，来自sup12/sup/pp　　树突棘活动是神经元信息处理的基本事件，利用台式双光子显微镜在头固定的动物上的研究表明单个神经细胞的不同树突棘可以被不同朝向的视觉刺激或不同强度频率的声音刺激所激活。FHIRM-TPM实现了与传统的大型的台式双光子显微镜相同的分辨率和光学层切能力。与微型宽场显微镜相比，FIRM-TPM的高空间分辨率，固有的光学切片能力和组织穿透能力以及相当的机械稳定性都是极有优势的。所以虽然通过微型宽场显微镜可以获得数百个神经元在细胞水平上的活动，但是我们的 FHIRM-TPM无疑提供了一个更加强大的工具，即在自由活动的动物中对更加基本的神经编码单位——树突棘的时空特性进行观测。它能够在对小鼠依次进行的行为学试验(例如悬尾，跳台，以及社交行为)的过程中长时间观察位大脑中的神经元胞体、树突和树突棘的活动。这些功能的展示充分证明了FHIRM-TPM具有良好的性能和稳定性。未来，与光遗传学技术的结合，可望在结构与功能成像的同时，精准地操控神经元和大脑神经回路的活动。微型双光子荧光显微镜整机性能十分稳定，可用于在动物觅食、跳台、打斗、嬉戏、睡眠等自然行为条件下，或者在学习前、学习中和学习后，长时程观察神经突触、神经元、神经网络、远程连接的脑区等多尺度、多层次动态变化。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/90a13003-d9fd-404d-8df3-64926f598012.jpg" title="5.png" width="600" height="283" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 600px height: 283px "//pp style="text-align: center "图5 三种模式在结构学成像中的成像质量对比，来自sup12/sup/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/44bc19d8-0a51-4583-8784-2f9240ac1cdd.jpg" title="6.png"//pp style="text-align: center "图6 FHIRM-TPM在三种不同的行为学范例对小鼠大脑皮层神经元活动进行成像，来自sup12/sup/pp　　从2001年Denk发表第一篇微型双光子显微镜的原型机以来，微型双光子显微镜的发展已经走过了15年的时间。15年的发展历程，微型双光子显微镜从最开始的25克笨重的身躯，只能在分离的组织中进行验证性的实验8到如今重量仅两点几克重，可以对自由活动的小鼠神经元进行树突棘级别的成像，可以说取得了一定的进步。然而，在看到这个领域取得的成就的同时，也应看到，至今为止，微型双光子显微镜还未像共聚焦显微镜或者是荧光光片显微镜一样被生物学家广泛认可和应用。而后者(光片显微镜)的发展时间更短(2008年Science的一篇文献一般被认为是现代荧光光片显微镜镜的开端13)。究其原因，除了技术本身的限制以外，整个研究领域的气氛和投入，也是重要的影响因素之一。/pp　　纵观这15年来微型双光子显微镜的发展道路，开疆拓土者有之 改革创新者有之 另辟蹊径者有之 浑水摸鱼、指鹿为马者亦有之。然而遗憾的是，愿意心无旁骛、全情投入者鲜有之 有意愿和能力建立为这个研究的领域建立范式者亦鲜有之。而中国，在不久前在这个领域基本上属于完全的空白。更不要说什么领先世界。/pp　　然而令人十分兴奋的是，中国国家基金委国家重大科研仪器设备研制专项在2014年正式将“超高时空分辨微型双光子在体显微成像系统”立项。以5年七千两百万人民币的研究经费对这一项“世界上做的还并不怎么好，中国基本没人做过”的技术进行攻关研发。这样的大力投入无疑为这一领域注入了新鲜血液和十足动力。而我也有幸在博士五年期间全程参与了这个项目的工作。从2012年来到该项目首席负责人程和平院士和陈良怡研究员的联合课题组至今，我见证了这个项目从无到有，团队从幼小稚嫩到壮大成熟的整个过程。如今，我们有了初步的成果，不仅让我们这样一支完全由中国本国科研工作者建立的团队在世界上处在了较为领先的位置，同时也把这个领域向前推动了一些，我感到无比激动和自豪。/pp　　该成果在2016年底美国神经科学年会、2017年5月冷泉港亚洲脑科学专题会议上报告后，得到包括多位诺贝尔奖获得者在内的国内外神经科学家的高度赞誉。冷泉港亚洲脑科学专题会议主席、美国著名神经科学家加州大学洛杉矶分校的Alcino J Silva教授在评述中写道，“从任何一个标准来看，这款显微镜都代表了一项重大技术发明，必将改变我们在自由活动动物中观察细胞和亚细胞结构的方式。它所开启的大门，甚至超越了神经元和树突成像。系统神经生物学正在进入一个新的时代，即通过对细胞群体中可辨识的细胞和亚细胞结构的复杂生物学事件进行成像观测，从而更加深刻地理解进化所造就的大脑环路实现复杂行为的核心工程学原理。毫无疑问，这项非凡的发明让我们向着这一目标迈进了一步。”/pp　　1. Denk, W., Strickler, J. & Webb, W.Two-photon laser scanning fluorescence microscopy. Science248, 73-76(1990)./pp　　2. Gewin, V. A goldenage of brain exploration. PLoS Biol3, e24 (2005)./pp　　3. Zipfel, W.R.,Williams, R.M. & Webb, W.W. Nonlinear magic: multiphoton microscopy in thebiosciences.Nat Biotechnol21, 1369-1377 (2003)./pp　　4. Chen, T.W. et al.Ultrasensitive fluorescent proteins for imaging neuronal activity. Nature499, 295-300 (2013)./pp　　5. Minderer, M.,Harvey, C.D., Donato, F. & Moser, E.I. Neuroscience: Virtual realityexplored. Nature533, 324-325 (2016)./pp　　6. Hamel, E.J., Grewe,B.F., Parker, J.G. & Schnitzer, M.J. Cellular level brain imaging inbehaving mammals: an engineering approach. Neuron86, 140-159 (2015)./pp　　7. Ghosh, K.K. et al.Miniaturized integration of a fluorescence microscope. Nat Methods8, 871-878(2011)./pp　　8. Helmchen, F., Fee,M.S., Tank, D.W. & Denk, W. A Miniature Head-Mounted Two-Photon Microscope.Neuron31, 903-912 (2001)./pp　　9. Engelbrecht, C.J.,Johnston, R.S., Seibel, E.J. & Helmchen, F. Ultra-compact fiber-optictwo-photon microscope for functional fluorescence imaging in vivo. Optics Express16, 5556 (2008)./pp　　10. Piyawattanametha, W.et al. In vivo brain imaging using a portable 2.9 g two-photon microscope basedon a microelectromechanical systems scanning mirror. Optics Letters34, 2309(2009)./pp　　11. Sawinski, J. et al.Visually evoked activity in cortical cells imaged in freely moving animals. Proceedings of the National Academy ofSciences106, 19557-19562(2009)./pp　　12. Zong, W. et al. Fasthigh-resolution miniature two-photon microscopy for brain imaging in freelybehaving mice. Nat Methods (2017)./pp　　13. Keller, P.J.,Schmidt, A.D., Wittbrodt, J. & Stelzer, E.H. Reconstruction of zebrafishearly embryonic development by scanned light sheet microscopy. Science322, 1065-1069 (2008)./p

据国外媒体9日报道，它和一枚50便士的硬币一样重，小到足以放到裤子口袋中，但这种开创性新型显微镜的作用可没有大打折扣。这种装置叫Foldscope，可提供2000多倍的放大效果，有望彻底改变放大物体的方式。　　一种可能彻底改变物体放大方式的新型显微镜已在秘鲁亚马逊雨林进行测试。这张照片显示，几只蚂蚁在显微镜下保护一只水蜡虫。　　这种装置叫Foldscope，可提供2000多倍的放大效果，它和一枚50便士的硬币一样重，小到足以放到裤子口袋中，或许会彻底改变物体放大的方式。　　波梅兰茨对这种微型显微镜进行了测试。这位野外生物学家在南美洲用它拍摄到鼠尾草花的这张特写照。　　波梅兰茨对这种微型显微镜进行了测试。这位野外生物学家在南美洲用它拍摄到鼠尾草花的这张特写照。　　美国加利福尼亚州洛杉矶市野外生物学家波梅兰茨(照片显示)测试了微型显微镜Foldscope。　　照片显示，一只蜘蛛感染冬虫夏草。这种寄生真菌取代了蜘蛛体内的组织。　　在这张用手机拍摄的照片中，100美元纸币的纤维清晰可见。　　波梅兰茨将微型显微镜Foldscope连接到手机上，然后拍摄到这些不同寻常的照片。　　这张用微型显微镜Foldscope拍摄的照片展示了一株马利筋草的绚烂细节。美国野外生物学家艾伦-波梅兰茨对它进行了试验。他在秘鲁亚马逊雨林中停留一个月，用这种微型显微镜捕捉到一系列惊人照片。这位25岁科学家用它拍摄了一组照片，展示了一只被感染的蜘蛛和一片被虫瘿覆盖的叶子。其他照片还展示了一朵花瓣的细胞和一只未知螨虫的放大图像。　　美国加利福尼亚州洛杉矶市的波梅兰茨表示：“使它成为革命性工具的是它探测致病因素或研究未知物种的方式。还有一点就是它的售价不到1美元。这使它可以得到广泛使用，或许适用于数百万人，例如孩子、医护人员和野外生物学家等。有时我们在野外根本不知道我们要观察什么，直到很晚的时候才明白这一点。”　　这位科学家说：“在有些情况下，你回到实验室，想获得一些不同于野外的发现，例如收集更多信息或进行更多的观察。但微型显微镜Foldscope使你在野外就可直接研究目标，然后你可以带它们回实验室，开展更加细致的科研工作。”　　波梅兰茨将微型显微镜Foldscope连接到手机上，然后拍摄到这些不同寻常的照片。该装置的尺寸是70毫米乘20毫米，重量仅0.3盎司(约合8.5克)。相比之下，一部传统显微镜却重达512盎司(约合15公斤)。　　不到10分钟内，可将一张平面纸组装成微型显微镜Foldscope。使用者可用折纸方法将它制作而成。这种微型显微镜是加利福尼亚州斯坦福大学生物工程系普拉卡什实验室一个研究小组的智慧结晶。　　波梅兰茨说：“微型显微镜Foldscope并不能替代可提供更高分辨率、更强大的传统显微镜。但后者有很多缺点，例如很大，又昂贵，还只能在实验室内使用。微型显微镜Foldscope被设计成一种便携式工具，可随时随地使用，让你及时近距离观察微观世界。我认为它不会取代传统显微镜，却毫无疑问，它会弥补传统显微镜的不足。大多数孩子从未用过传统显微镜，所以微型显微镜Foldscope可帮助贫穷地区的学生探索微观世界和科学。”

自1992年发明世界上第一台微型光纤光谱仪以来，经过20多年的发展，它已经被广泛应用在包括环保，食品安全，国土安全，新能源，军事，半导体，化工，医药，航天，农业，在内的几乎所有的行业。这是由光和物质的相互作用的普遍性所决定的。　　详细应用案例请见：微型光纤光谱仪可以应用于哪些领域?　　这些案列也反映出了市场需要解决什么问题，以及为什么微型光谱仪能够解决这个问题？　　总体来说，微型光纤光谱仪应用的难点在以下两个环节，这是应用研究所需要解决的问题。　　采样：对于每一个特定的实际应用场景都有其具体的困难需要解决，如何从组分复杂的样品中，萃取，分离，富集微量待测物，如何排除气泡，杂质，颗粒物对测试的干扰。　　算法和数据库：如何从光谱数据中提取出有用的信息，特别是当实验所得到的光谱是由样品中各种组分与光作用的综合结果时，化学计量学算法，建立数据库是极端重要的，而且又花钱，又耗时。　　此外，急需跨行业，跨领域的合作：正是由于光和物质作用的普遍性，决定了光谱应用领域的分散性，许多应用都需要跨领域的知识。熟悉光学的人对基因，核酸非常陌生 熟悉分子生物学的人则害怕看仪器结构的方框图。不同领域专家的交流和合作才能知道其它行业存在什么问题，才能找到解决问题的方法。

今年2月上旬，神舟十五号航天员乘组使用空间站双光子显微镜，开展在轨验证实验任务并取得成功。这是目前已知的世界首次在航天飞行过程中，使用双光子显微镜获取航天员皮肤表皮及真皮浅层的三维图像。　在南京脑观象台投入使用的微型化双光子显微镜成像系统。　　“第三次双光子显微镜测试顺利结束！”　　“无比完美！”　　“这一次的曲线如此丝滑！”　　……　　4月1日上午，中国科学院院士、北京大学未来技术学院教授程和平的微信对话框，被同事们发来的这些评论不断刷新。而在中国航天员科研训练中心内，掌声此起彼伏。让大家欢欣鼓舞的，是中国空间站再次传来的好消息。　　当日，神舟十五号航天员乘组，使用空间站双光子显微镜进行成像测试。他们用探头轻轻掠过脸部和前臂，一旁的电子屏幕上立即显示出皮肤结构及细胞的三维分布影像。　　这不是显微镜第一次在轨成像测试。今年2月上旬，神舟十五号航天员乘组使用空间站双光子显微镜，开展在轨验证实验任务并取得成功。这是目前已知的世界首次在航天飞行过程中，使用双光子显微镜获取航天员皮肤表皮及真皮浅层的三维图像。　　“如果能从这些图像中发现空间环境中人体变化规律，就更好了！”程和平捧着手机与记者分享这些科学图像时说。　　只有了解程和平团队十年来经历的艰难曲折，才能体会这些图像的来之不易。2013年，程和平带领团队开启微型化双光子显微镜研究时，“全世界都不看好”。　　历经10年，该团队完成了从科研仪器技术创新，到技术产品化，再到技术服务平台化的跃迁。他们将中国带到全球大脑成像研究的前沿，让微型化双光子显微镜在中国的高校院所、企业得到推广应用，为脑科学研究搭建起重要实验平台、提供了海量数据支持。　　程和平希望，用微型化双光子显微镜拓展人类对脑宇宙的认知疆域，为探索脑机接口原理、深化对大脑疾病机制的了解、推进药物研发开辟一片新天地。神舟十五号航天员乘组在轨使用空间站双光子显微镜（视频截图）　　一束光的启迪　　意识的生物学基础是什么，记忆是如何存储和恢复的……在世界各国的脑科学计划中，这些问题吸引着全球科学家们不断上下求索。　　在2021年国际权威学术期刊《科学》发布的125个最前沿的科学问题中，有22个问题与脑科学相关。　　双光子显微镜的出现，仿佛是照在生命科学研究领域的一束光。　　1992年，程和平用世界上第二台双光子显微镜，首次实现了心肌线粒体成像。　　“双光子显微镜，是用两个光子同时激发同一个荧光分子的光学成像技术。它具有天然的光学断层扫描效果，能看到的组织深度更深，成像的清晰度更高，像一个高性能的X光机。”程和平说，与单光子显微镜相比，双光子显微镜看得准、看得深、光损伤小。但传统的台式双光子显微镜非常笨重，足有房间那么大，所以只能观察头部固定的动物或者动物的脑切片。　　研究一款微型化双光子显微镜，观察自由行走的小动物脑袋中的一颗颗神经元的动态变化，成为程和平藏在心底的一个梦想。　　一个梦想的点燃，有时只需一个使命的召唤。　　2013年，国家自然科学基金委员会启动了国家重大科研仪器研制项目。程和平带队申请了“超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统”项目。　　那一年，美国启动“创新性神经技术推动的脑计划”，欧盟启动了旨在建立大型脑科学研究数据库和脑功能计算机模拟平台的“人脑计划”。　　而此前，我国在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》中，已把“脑科学与认知”列入基础研究8个科学前沿问题之一。　　“中国科学家只有用自己研发的观测仪器，做出原创性的脑科学成果，国际科学界才会认可。我们希望研制一款成像仪，率先让中国科学家用起来。用国外的仪器做研究，都是在别人建设的四梁八柱上做文章。”程和平用使命必达的决心来筹备项目的启动。　　一场跨越山海的探索　　想实现双光子显微镜在自由活动的动物体上的高清成像，必须为它“瘦身”。　　然而，极大的技术难度，让团队一度面临质疑。程和平向科技日报记者坦言，7200万元的投入“相当于一吨百元大钞”，究竟能不能收获一个看得见的未来，大家当时心里很忐忑。“那时世界多国尝试微型化双光子显微镜的研制，但都没有实质性突破，尝试十几次都无疾而终。”他说。　　程和平所言非虚。2008年，瑞士有课题组公布了他们的微型双光子系统，仅重0.9克，并实现了大鼠在体钙成像信号。但其空间分辨率极低，也未实现真正的自由运动下的成像。　　2009年，德国有课题组展示了它们的微型双光子系统，其理论分辨率接近大型的双光子显微镜。但其探头较重，扫描速度很慢。　　程和平身后，有一支不同寻常的团队，团队中有人研究超快激光器，有人专攻高速电路，有人擅长图像处理，有人能做大数据分析……然而，研究起步阶段，团队中无人具备研制系统性科研设备的经验，技术路线也不确定。　　“怎么办？只有一点点地认真做。”程和平给团队立下军令状。　　在项目开始的前两年，大家争分夺秒地汲取多学科的营养。在北京大学分子医学研究所300平方米的大仪器联合实验室里，来自机械、光学、生物、电路等研究领域的师生汇聚在一起，交流切磋。每周六上午的集体学习，大家分享一周行业动态，介绍各自研究进展。同时，大量的国内外顶尖专家被邀请来作报告。　　引进来的同时，团队也频频走出去。仅2014年，他们就涉足美国、俄罗斯、澳大利亚、西班牙。每去一个地方，大家都会在当天晚上写好总结，发给团队共同学习。空间站双光子显微镜对航天员皮肤表层成像。　　一场持续十年的攻关　　2017年，团队终于迎来了振奋人心的进展。　　在如今北京大学膜生物学国家重点实验室设备研发平台内，一个只有拇指大小、重约2.2克的显微镜探头，被珍藏在实验室深处——这是团队于2017年成功研制的第一台微型化双光子显微镜的核心部件。　　这台显微镜可以实现高时空分辨微型化成像，能实时记录数十个神经元、上千个神经突触动态信号。这些突破性的进展，使其入选2017年中国科学十大进展。　　4年后，该团队推出微型化双光子显微镜的2.0版本，其成像视野扩大到初代显微镜的7.8倍，同时具备三维成像能力，获取了小鼠在自由运动行为中大脑三维区域内上千个神经元清晰稳定的动态功能图像。　　今年2月，团队又发布了他们研制的微型化三光子显微镜。该显微镜能直接透过大脑皮层和胼胝体，首次实现对自由行为中小鼠的大脑全皮层和海马神经元功能成像，神经元钙信号最大成像深度可达1.2毫米，血管成像深度可达1.4毫米。　　致广大而尽精微。10年，微型化双光子显微镜完成了从高清成像，向更广、更深成像的科研布局。然而，这在研制一款“大国重器”的探索之旅中，也许仅仅是开始。　　2016年，当第一代微型化双光子显微镜的研究即将“破土”时，一个声音再次在程和平脑海里回响，“如果投入‘一吨百元大钞’，只是交付3台显微镜，性价比太低了。应该先让中国科研院所、企业的实验室用起来，做出领先国际的研究，再向国际市场推广。”　　让程和平下定决心办公司的，还有3年来培养起来的一支团队。“国家投入这么大，让我们长了一身本事，项目结题后如果团队散了就太可惜了。”程和平说。　　办公司让研究成果产品化，成为程和平团队的共识。2016年，程和平团队创立了北京超维景生物科技有限公司（以下简称超维景）。　　一个新时代开启了。　　一场自立自强的产业突围　　当科学技术的光芒照进产业，不仅砥砺技术创新的成色，也可以点亮一片“暗夜”。要将高端精密科研仪器产品化，元器件的可靠性、稳定性必须过硬。　　微型物镜，是微型化双光子显微镜的关键核心零部件。团队核心成员、北京大学未来技术学院特聘副研究员吴润龙记得，最初做原理样机时，团队从国外一家公司进口微型物镜。　　但当团队进入显微镜产品化阶段后，对方的发展战略也发生变化。“对方要求我们购买他们合作伙伴的单光子显微镜系统，物镜不再单独售卖，而这个系统的价格要100多万元。代价太大，我们不能被‘卡脖子’。”吴润龙说，自此，团队开始自行设计高数值孔径的微型物镜，并联合国内企业加工，在超维景进行装配和测试。　　自胜者强。2018年，赵春竹到北京大学未来技术学院做博士后研究，为助力物镜的自主研发按下了快进键。　　“经过三代技术攻关，我们已经掌握了高端物镜的设计技术。但在自主设计、加工的基础上，还要形成高精度自主装配的流程和方法。微型物镜由多个镜片叠加而成，每片直径约3毫米，最初我们将所有的镜片一起装配完后，统一调试，但发现精度相差太大。后来，我们优化了装调工艺，每安装一片镜片，都用仪器检测光轴偏移量、焦距等参数。由于物镜直径太小，一开始，调整几微米的误差，都要耗时一两天。”赵春竹回忆，最艰难的时候，大家几乎绝望。但抱着不破楼兰终不还的信念，大家几微米几微米地死磕，想办法迭代技术，最终攻克了高端微型物镜装配技术。　　光纤是显微镜微型化的另一个瓶颈。团队成员、北大电子学院副教授王爱民设计了一款蜂窝状的空芯光子带隙光纤，让激光通过光纤传输到微型化探头的过程中，脉冲不发生畸变、能量几乎不损耗，以有效激发小动物体内的荧光分子。　　但让王爱民措手不及的是，设计方案有了，国内却没有厂家能生产这种光纤。“我们最初找了一家外国公司订制。但一年后，这家公司提出翻番的价格，每米光纤的价格接近万元，仅光纤的成本就增加了几百万元。”他回忆说，团队被“逼上梁山”，转而联袂上海光机所的一位青年学者一起摸索加工工艺，进行国产化。　　在北京大学未来技术学院教授陈良怡看来，科研仪器国产化过程中的突围，也将带动应用基础研究与产业发展“双向奔赴”。　　“我们的论文发表后，很多技术被公开了，但很多人做重复实验时无法再现，是因为加工中有很多细节问题难以解决，这些细节在学术论文中也难以呈现。”陈良怡说，如果想将这款显微镜尽快用起来，就要将科研成果产品化，带动产业的发展。而产品化的过程，也促使他们思考，如何用成像技术推动神经科学、脑科学乃至整个生命科学基础研究的发展。　　目前，超维景研制的微型化双光子显微镜已服务了150余家国内实验室，年平均销售额达5000万元。今年，公司还将拓展国际市场。　　一项世界首创的应用　　10年前项目启动时，程和平抱着“从幼儿园开始读一个博士学位”的心态，研制微型化双光子显微镜。　　时光浩荡向前，多年的厉兵秣马是否能支撑国家重大战略需求？团队将答卷写进宇宙苍穹。　　2019年，在中国载人航天工程办公室大力支持下，程和平团队、中国航天员科研训练中心李英贤团队、北京航空航天大学冯丽爽团队联合相关企业及院所，组建了空间站双光子显微镜项目团队，由程和平担任总负责人。　　“中国要发展载人航天、要研究生命科学，太空是一个难得的实验室。在失重环境下，人体细胞是如何完成新陈代谢的，大脑的神经元又将发生什么变化，都是很好的研究课题。双光子显微镜成像深度深，可以帮助我们逐层扫描、分析航天员的细胞结构和代谢成分信息。”程和平说。　　2022年9月，空间站双光子显微镜研制成功。当年11月12日，空间站双光子显微镜搭乘天舟五号货运飞船成功运抵中国空间站，成为世界首台进入太空的双光子显微镜。　　今年2月上旬的一天，空间站双光子显微镜终于开机。坐在中国航天员科研训练中心看到航天员操作画面传回，程和平松了一口气：“终于成功了。”　　消息传来，整个团队沸腾了。“这辈子能做这么一件事情，值了！”王爱民至今回忆起来仍激动不已。　　鲜为人知的是，为了达到航天应用的标准，显微镜经历了一次次蜕变。　　精密的显微镜，要能承受飞船发射时的剧烈振动，这要求它足够抗振。“最初，激光器的核心部件被振得粉碎。”北京大学未来技术学院助理研究员王俊杰记得，为了让显微镜“强健筋骨”，他们将激光器的核心部件设计为固态结构，以增强激光器的机械强度，同时在激光器外部增加了减震装置，相当于给其上了一层保险。　　超维景的团队也参与进来。超维景超快激光事业部经理陈燕川介绍，他们将激光器核心部件置于-40℃至80℃的温度下循环试验，使部件在短期内反复承受极端高低温变化应力以及极端温度交替突变的影响，以排查隐患。为了确保万无一失，团队还制作多组关键部件样品，进行加量级、破坏性的振动冲击试验，保证显微镜能满足航天发射环境各种极端条件的挑战。　　最终，团队实现了多项突破：首次在轨验证实验实现了世界上首次双光子显微镜在轨正常运行，国内首次实现飞秒激光器在轨正常运行，国际上首次在轨、在体观测航天员细胞结构和代谢成分信息。　　一个梦想的启航　　从突破理论研究瓶颈，到试水产业蓝海，再到支撑国家重大战略需求，程和平团队将科技创新的底色写在从技术创新到产业应用的跃迁中。如今，一个更宏大的构想正在渐次舒展。　　在南京江北新区，成立近4年的北大分子医学南京转化研究院（以下简称转化院），已搭建起高端脑成像的公共技术服务平台“南京脑观象台”。后者可以提供微型化双光子显微镜、超灵敏结构光超分辨显微镜及高速三维扫描荧光成像系统等设备，帮助科研团队获得从大脑突触、神经元集群、神经环路，再到全脑水平的全景式脑功能成像。　　科研团队的身后，还有一群人与他们并肩作战。　　几乎每天，实验员陈雪莉都要为小鼠注入观测所需的荧光蛋白，对小鼠进行行为训练。　　当她为小鼠戴上显微镜探头后，一旁的屏幕上会立即呈现出小鼠大脑的钙活动影像。　　“脑观象台有一支技术团队。对于遴选通过的研究项目，技术团队会与科研团队一起制订实验计划，为学者们制备、训练小鼠，采集小鼠的脑活动成像数据，再将小鼠的行为学数据和脑活动数据匹配，供科研人员分析小鼠在表现出某种行为时，大脑发生了什么变化。”转化院副院长赵婷解释，脑观象台希望将学者们从繁琐高难的实验技术细节中解放出来，加速从理论设想到实验发现的进程。　　凭借南京脑观象台成像技术的支持，科学家们已经开始收获惊喜、成果迭出：小鼠有喜新厌旧的行为，而孤独症小鼠却存在这一行为缺陷；清醒状态下小鼠癫痫发作时，神经元异常放电……　　赵婷介绍，如今，脑观象台已经服务了100多家单位的180余个课题组，开机时间累计超过2万小时。脑观象台与江北新区联合发起的两期“探索计划”，也已累计支持48项课题研究。　　十年春华秋实。一颗在未名湖畔种下的种子，如今正在千里之外的扬子江畔落地生根、开枝散叶，荫泽全国的脑科学、神经科学等领域的研究。　　40多年前，少年程和平曾在他的笔记本上写下带有科幻色彩的理想——“做一款思维记录器”。　　跨越万水千山，如今，理想照进现实，中国脑科学研究风华正茂。

p　　在国家自然科学基金国家重大科研仪器研制专项“超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统”(项目编号：31327901)的支持下，北京大学分子医学研究所、信息科学技术学院、动态成像中心、生命科学学院、工学院联合中国人民解放军军事医学科学院组成跨学科团队，历经三年多的协同奋战，成功研制新一代高速高分辨微型化双光子荧光显微镜，并获取了小鼠在自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动清晰、稳定的图像。相关研究成果以“Fast high-resolution miniature two-photon microscopy for brain imaging in freely behaving mice”(高速高分辨微型化双光子显微镜在小鼠自由行为中获取大脑图像)为题于5月29日在线发表在Nature Method上。相关技术文档同步发表在Protocol Exchange上，并已申请多项专利。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/9523a7f7-b0b6-4b67-981d-b74805580c21.jpg" title="2017-06-14_094040.jpg"//pp style="text-align: center "2.2g可佩戴式微型双光子显微镜/pp　　目前，各国脑科学计划的一个核心方向就是打造用于全景式解析脑连接图谱和功能动态图谱的研究工具。其中，如何打破尺度壁垒，整合微观神经元和神经突触活动与大脑整体的活动和个体行为信息，是领域内亟待解决的一个关键挑战。/pp　　新一代微型化双光子荧光显微镜体积小，重仅2.2克，适于佩戴在小动物头部颅窗上，实时记录数十个神经元、上千个神经突触的动态信号。在大型动物上，还可望实现多探头佩戴、多颅窗不同脑区的长时程观测。相比单光子激发，双光子激发具有良好的光学断层、更深的生物组织穿透等优势，其横向分辨率达到0.65μm，成像质量与商品化大型台式双光子荧光显微镜可相媲美，远优于目前领域内主导的、美国脑科学计划核心团队所研发的微型化宽场显微镜。采用双轴对称高速微机电系统转镜扫描技术，成像帧频已达40Hz(256*256像素)，同时具备多区域随机扫描和每秒1万线的线扫描能力。/pp　　此外，采用自主设计可传导920nm飞秒激光的光子晶体光纤，该系统首次实现了微型双光子显微镜对脑科学领域最广泛应用的指示神经元活动的荧光探针(如GCaMP6)的有效利用。 同时采用柔性光纤束进行荧光信号的接收，解决了动物的活动和行为由于荧光传输光缆拖拽而受到干扰的难题。未来，与光遗传学技术的结合，可望在结构与功能成像的同时，精准地操控神经元和神经回路的活动。/pp　　微型化双光子荧光显微成像改变了在自由活动动物中观察细胞和亚细胞结构的方式，可用于在动物觅食、哺乳、跳台、打斗、嬉戏、睡眠等自然行为条件下，或者在学习前、学习中和学习后，长时程观察神经突触、神经元、神经网络、远程连接的脑区等多尺度、多层次动态变化。/pp　　该成果在2016年底美国神经科学年会、2017年5月冷泉港亚洲脑科学专题会议上报告后，得到包括多位诺贝尔奖获得者在内的国内外神经科学家的高度赞誉。冷泉港亚洲脑科学专题会议主席、美国著名神经科学家加州大学洛杉矶分校的Alcino J Silva教授在评述中写道，“从任何一个标准来看，这款显微镜都代表了一项重大技术发明，必将改变我们在自由活动动物中观察细胞和亚细胞结构的方式。它所开启的大门，甚至超越了神经元和树突成像。系统神经生物学正在进入一个新的时代，即通过对细胞群体中可辨识的细胞和亚细胞结构的复杂生物学事件进行成像观测，从而更加深刻地理解进化所造就的大脑环路实现复杂行为的核心工程学原理。毫无疑问，这项非凡的发明让我们向着这一目标迈进了一步。”/pp　　可以期待，微型化双光子荧光显微成像系统将为实现“分析脑、理解脑、模仿脑”的战略目标发挥不可或缺的重要作用。/p

光谱仪究其实质是一个“分光”仪器，现在有几种方式来实现分光功能。主流的方式是用光栅作为色散部件，将不同波长的光在空间上分开，用阵列探测器接收并输出光谱。另一种方式是用干涉仪调制入射光，用单元探测器接收被调制了的光，并输出光强随时间变化的曲线，再用傅里叶变换还原光谱，这就是傅里叶光谱仪。　　由于在UV-VIS-NIR波段，硅CCD, CMOS阵列的工艺成熟，性价比好，再加上无移动部件，可靠性好，因此，几乎无一例外地使用光栅色散，阵列探测器检测的方式。只是在波长大于900nm的近红外波段，硅材料实在无法胜任，才采用InGaAs线列探测器，但是，至少在现阶段InGaAs线列探测器还是太贵，于是才有人尝试采用傅里叶光谱技术，转动光栅技术，美国德州仪器公司的DLP(Digital Light Procession)技术，其核心是用MEMS技术制造一个微镜陈列，可以用集成电路芯片组驱动每一个微镜的方向，这样就可以用单元InGaAs探测器，使近红外波段的微型光谱仪成本下降。另一种思路是怎么把光谱仪做得更小，更便宜，干脆不用光栅分光，虽然性能不一定那么好，但是对于有些应用也许就足够了，这基本上就是用滤光片加线列探测器的方法。　　就采用光栅分光技术的微型光谱仪而言，其性能主要决定于三个方面，光学设计，光栅的选择，探测器的选用。　　光学设计又与采用的光栅种类有关，现用的光栅有反射光栅和透射全息光栅两大类，采用不同光栅的光谱仪光学设计方案有所不同。现在的主流是反射光栅，这是由于制造工艺相对成熟，因此价格也相对低一些的原因，采用反射光栅，又要做得体积小，采用折叠光路的设计就很自然了，因此，交叉光路Czerny-Turner 结构(Crossed Czerny-Turner)成为市场最流行的设计 另一类是透射全息光栅，它的主要优点是光栅效率高，导致光学系统的光通量大，对于一些测量比较微弱的光的应用，或者快速动态过程分析，不允许长的积分时间，就倾向于选择透射光栅，当然，价格相对会贵一些。　　以下我们就分析典型的交叉光路的Czerny-Turner 结构光谱仪(如图所示)。图 典型的交叉光路Czerny-Turner光谱仪结构。1为SMA 905接头，2为入射狭缝，3为长通滤光片(可选)，4为准直反射镜，5为反射光栅，6为汇聚反射镜，7为柱形汇聚透镜(可选)，8阵列探测器，9为线性可变滤光片阻挡高阶衍射光进入探测器，10为探测器的石英玻璃窗口，取代普通BK7玻璃窗口，用于工作在小于340nm的紫外波段光谱仪(可选)　　-用光纤将待测光束通过标准的SMA905接头接入光谱仪。　　-待测光束通过狭缝进入光谱仪，狭缝就是成像系统中的“物”，通常为矩形，根据应用的要求，狭缝的宽度可选，较宽的狭缝允许更多的光子进入光学系统，即系统的光通量较大，但这是以损失分辨率为代价。典型的狭缝宽度在5um-200um之间，高度为1mm。　　-从狭缝出射的光是发散的，我们希望入射光束的传播方向是可控的，不要散射到不该去的地方，导致杂散光太大，通过准直光学部件，通常是反射镜，将其变为平行光束。　　-光栅作为色散元件：这是对光谱仪性能有决定性影响的元件，不同波长的光被衍射到空间不同的方向。光栅的参数包括刻线密度，闪耀角度等，都会影响到光谱仪的性能指标，包括分辨率，波长范围，光栅效率曲线等。　　-反射镜作为光束汇聚器件，将光栅分光后不同波长狭缝的“像”汇聚到阵列探测器不同的像元上。每个像元会接收到波长范围很窄的光子(15 nm to 0.02 nm，取决于光谱仪的结构)　　众所周知，狭缝的宽度会影响到光谱仪的分辨率和响应率，　　-探测器阵列：探测器是实现光电转换的重要器件。线阵探测器上的每一个象元的读出数据对应于一个特定的波长范围，在紫外，可见光，短波近红外波段，硅CCD是目前使用最多的探测器，其性价比最好，探测器本身的噪声对光谱仪信噪比的影响。只有在900nm-2500nm的近红外波段才使用InGaAs线列探测器。　　-模-数转换电路ADC (Analog-to-Digital Converter):探测器读出电路给出的是电压模拟信号，通过ADC把模拟信号转换为数字信号，将每个像元输出的电压转换为一个特定的数字，这个读数被称为“counts”　　ADC器件性能的重要指标是它输出的数字是用多少位二进制数字来表示。一个12位的模数转换电路可以将满量程光强度用0-4096(212)个counts来表示。相应的，同样的满量程光强度，如果用16位的模数转换电路其输出则是用0-65535(216)个counts来表示。由此可见ADC器件的位数反映了光谱仪在垂直方向的“分辨率“。(如图xxx所示)ADC的位数越高其输出的读数就可以越”准确“地描述光谱的强度。　　因此，对于一个采用2048个像元的线列探测器和12位模数转换器件的光谱仪，每条光谱曲线会输出2048个波长和对应光强的数据对，每个光强的数据用一个12位数字表示。这些数据是光谱的原始数据。图 ADC的位数和垂直方向“分辨率“的关系示意图　　-光谱仪内还包括以微处理器为中心的一些电路，主要包含两部分功能。一方面，产生光谱仪CCD或CMOS探测器所需的控制时序，使探测器按用户设定的工作模式工作 另一方面，实现与PC机的通信，如从探测器中读出数据并传送到PC端。这些电路的性能，譬如，模拟电路的噪声水平、处理器的主频、缓存的大小和通信接口的速度，都会对光谱仪的整体性能有重要影响。

p　　日前，Research and Markets发布最新研究报告，报告内容显示，与整个分子光谱系统的市场增长状况相比，小型化光谱仪器的增长速度更高。预计，2015-2021年之间，整个分子光谱市场年增长率为7%，而小型/微型光谱仪的复合年增长率将达11%，2021年市场将达3亿美元。/pp　　小型/微型光谱仪，主要用于实验室之外的环境，比如工业在线、农业或环境现场应用，医疗应用时的即时检测，甚至是消费类产品等设任何领域。随着尺寸的减小，紧凑型光谱仪的使用更加方便，成本更低，响应时间也更短。/pp　　然而，为了达到工业和消费市场的需求，开发面向应用的产品是至关重要的。其中，硬件并不是系统中唯一重要的部分，数据处理、数据解析、人机交互界面、产品设计等方面的要求也很高，尤其是这些产品的用户并非光谱专家。/pp　　报告中，预计将呈现高增长的市场包括：医药QA/QC、食品和饮料、农业、环境检测、医疗POC和消费者应用(智能手机光谱、食品测试等)。/pp　　要很好的满足这些领域的应用，一些技术上的突破是必要的，最近的研究就利用了MEMS(微机电系统)、MOEMS(微光机电系统)、微镜阵列、线性渐变滤光片、集成光子等新的技术，从而降低光谱分析仪的成本和尺寸，同时提高了性能，增强抗造性和产量。/pp　　该报告中提到的小型/微型光谱仪的厂家包括Avantes、B& W Tek、、Buchi、Horiba、Ocean Optics、Stellarnet、ThermoFisher、Zeiss等。/p

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

继上次“双十一”购物狂欢节科威尔推出特价优惠活动取得不错的成绩后，适逢2013年最后一个月，科威尔又推出了“双十二”特价活动，这将是科威尔在2013年的最后一次促销活动，欢迎广大客户来电咨询：全国统一服务热线：4006 021 188 电话：021-54430662　　参加本次促销活动的产品有：　　●导杆型液位开关LV系列　　●侧装式磁翻柱液位计LMS系列　　●机械式温度开关TK10系列　　●电磁流量计FE20系列　　●柱塞式流量开关FP53系列　　更多关于科威尔液位开关|液位计等促销信息：http://www.ywkg.cn

磁性软体机器人已有多种应用，特别是在与人体密切相关的生物医学领域。如自折叠式“折纸”机器人可以在肠道中爬行、修补伤口、将吞下的物体取出来；胶囊状的机器人可以沿着胃的内表面滚动，进行活组织检查并运送药物。此外，科学家们还研制出了尺寸从几百微米到几厘米不等的更薄的线型机器人，它们有可能在大脑血管中穿行，以治疗中风或动脉瘤。磁性软体机器人的进一步小型化可能带来新的应用，如在小的血管中进行操作甚至操纵单个细胞，但制备这样的微型机器人并非易事[1]。 2019年11月，瑞士联邦理工学院的Cui Jizhai（现任职复旦大学） 、Huang Tian-Yun 及其同事在Nature发表了名为“Nanomagnetic encoding of shape-morphing micromachines”的文章[2]，该工作使用电子束光刻技术，制造出了只有几微米大小的可磁重组机器人，通过对单个区域的纳米磁体进行设计，将形状变化指令通过编程的方式输入微型机器人，对纳米磁体施加特殊的磁场序列后，实现微型机器人的形状变化，如图一所示。图一 四片式变形微机械的设计 a.磁体磁态随尺寸增大的示意图：i.超顺磁性；ii.室温下稳定的单畴；iii.多畴态。b. 部，四个面板微机械，面板I上有520 nm×60 nm（I型）纳米磁体阵列，面板II上有398 nm×80 nm（II型）纳米磁体阵列；底部，纳米磁体阵列的相应SEM图像。c. 体积相同但长宽比不同的单畴纳米磁体的磁光克尔效应磁滞回线。d.根据矫顽力的不同选择两个磁场对微机械进行编码的示意图。e. 应用控制磁场B=15 mT时的磁性结构（I型和II型纳米磁体）和微机械折叠行为示意图，光学显微镜图像显示了所制造器件的四种不同结构。从左到右，上/下折叠的面板数为4/0、3/1、2/2（折叠方向不同的对面面板）和2/2（折叠方向相同的对面面板）。 这项工作构建了一个模块化单元的集合，这些模块化单元可以编程为字母表中的字母，此外还构建了一个微型的“鸟”，能够进行复杂的行为，包括“拍打”、“悬停”、“转弯”和“侧滑”，如图二所示。这为创造未来的智能微系统建立了一条路线，这些智能微系统可以重新配置和原位重新编程，可以适应复杂的情况。图二 折纸式的微型“鸟”与多种形状变形模式 文章中，作者使用了英国Durham Magneto Optics Ltd.公司的磁光克尔效应系统-NanoMOKE3对不同型的纳米磁体进行了磁滞回线测试，同时使用该设备的电磁铁产生的磁场对纳米磁体阵列进行了编程。NanoMOKE3可以进行微区的超高灵敏度测试，在本工作中，作者通过激光聚焦在不同的纳米磁体上获得对应的磁滞回线，如图一c所示，为微型机器人的磁学编码工作提供了帮助。图三 磁光克尔效应系统-NanoMOKE3 NanoMOKE3主要技术特点：超高灵敏度~10-12emu微区磁滞回线，激光光斑~2μm超快测试速度，1秒内可获得磁滞回线克尔角检测＜0.5 mdeg纵向/横向/向克尔磁畴成像扩展无液氦低温MOKE图四 与Montana S50超精细多功能无液氦低温光学恒温器联用的低温MOKE 温度范围4.2K~350K磁场纵向＞0.4T，向＞0.3T 参考文献：[1] X H,zhao. et al. Nature 575, 58-59 (2019)[2] Cui, J. et al. Nature 575, 164–168 (2019).

p　　11月10日，Analog Devices, Inc. (ADI)宣布在开关技术领域取得的重大突破，提供用户期盼已久的替代产品，以取代100多年前即被电子行业采用的机电继电器设计。由继电器导致的多种性能局限早在电报问世之初就已存在，ADI公司全新的RF-MEMS开关技术解决了此类局限，从而能够开发出更快速、小巧、节能、可靠的仪器仪表。随着采用该技术的产品正式发布，原始设备制造商(OEM)能够显著改进自动测试设备(ATE)以及其他仪器仪表的精确性和多功能性，以帮助客户降低测试成本和功耗，缩短产品上市时间。未来的MEMS开关系列产品将在航空航天和防务、医疗保健以及通信基础设施设备等行业内取代继电器，让这些行业的OEM能够为客户提供体积相似，但功耗和成本更低的产品。/pp　　ADI公司将MEMS开关技术真正投入商用Analog Devices, Inc. (ADI)，今日宣布在开关技术领域取得的重大突破，提供用户期盼已久的替代产品，以取代100多年前即被电子行业采用的机电继电器设计。作为全新产品系列的第一代产品，与传统机电继电器相比，ADI公司的ADGM1304和ADGM1004 RF MEMS开关的体积缩小了95%，速度加快了30倍，可靠性提高了10倍，而功耗仅为原来的十分之一。/p

今日，德国科威尔中国办事处正式开通进口液位计、进口液位开关400全国销售热线：400-6021-188 ，021-54430662 仍然作为我公司总部的客服热线。　　德国科威尔原装进口液位开关、液位计产品质量可靠、性能稳定，1993年通过了ISO9001国际认证，1999年发明了热传温差技术并成功运用到流量检测领域并已成为行业标准。我公司液位计、液位开关性价比高，售后服务好，公司在中国区全国范围内建立40多个售后服务站点，专业的技术团队为您第一时间解决问题。 　　智能型超声波液位计优点：非接触测量、免维护、高精度、长寿命；先进的检测技术，丰富的软件功能适应各种复杂环境；自动功率调整、增益控制、温度补偿；光电隔离4-20mA电流输出；故障报警输出电流22mA；大电流双继电器上下限报警输出(可选)；LCD液晶显示窗，外形美观精致；灵活的支架、法兰安装(可选)；双通道多点液位测量。 　　文章来源：德国科威尔中国办事处 更多进口液位开关信息http://www.ywkg.cn