高灵敏度温度传感器

一个国际联合研究小组近日宣布，通过在石墨烯中加入硼原子的方式，他们开发出一种灵敏度极高的气体传感器。该装置能“嗅”出空气中浓度极低的有害气体，在人们还未察觉时发出警报。该研究还有助于改善锂离子电池和场效应晶体管的性能。　　用石墨烯制成的气体传感器已具有很高灵敏度，但科学家们并不想止步于此，希望通过在石墨烯中掺入其他元素的方式让其性能得到进一步提升。　　美国宾夕法尼亚州立大学物理学、化学和材料学教授莫里西欧特伦斯经过不断更换掺入元素，成功合成了1厘米见方的高品质掺硼石墨烯片。为防止硼化合物暴露在空气后快速分解，他们研制中用到了类似起泡器的化学气相沉积系统。　　核心部件制成后，被送往本田研究院的美国公司进行组装。2010年诺贝尔物理学奖获得者、英国曼彻斯特大学科学家康斯坦丁诺沃肖洛夫的实验室负责研究传感器的传输机制。此外，比利时、日本和中国的科学家也促成了这项研究。　　测试显示，新的气体传感器能够探测到浓度极低的有害气体分子，如空气中含量为十亿分之一的氮氧化合物和百万分之一的氨气，灵敏度比单纯用石墨烯制成的气体传感器要分别高出27倍和1000倍。　　负责此项研究的本田研究所首席科学家阿维迪克哈瑞泰元认为，新方法开辟了一条制造超高灵敏度气体传感器的新途径。该技术未来极有可能突破1000的五次方分之一检出限，在灵敏度上，比目前最先进的气体传感器高6个数量级。　　未来这种传感器有望在科学实验和工业中获得广泛的应用，无论是有毒有害气体、超标排放的汽车尾气，还是大气污染中的氮氧化合物都会在它面前一一显出原形。研究人员称，除检测有毒和易燃气体外，这种掺硼的石墨烯理论上还能帮助改建锂离子电池和场效应晶体管。　　相关论文发表在11月2日出版的《美国国家科学院院刊》。 来源：科技日报

氨气是一种有毒易挥发且具有强刺激性的工业气体，作为化学原料广泛应用于化学工业、食品加工和医疗领域。痕量氨气的检测对于环境和人体健康保护以及工业生产安全防范具有重要意义。现有氨气传感技术存在工作温度高、选择性差及响应速度慢等方面的不足，难以满足实际应用需求。中科院声学所超声学实验室王文研究团队与中科院空天技术研究院孙建海团队合作，将微纳声表面波器件技术与氧化石墨烯-氧化锡（GO-SnO2）纳米复合材料相结合，设计并制作了一种在室温条件下(25摄氏度)灵敏度达到ppb级的新型声表面波氨气传感器。该复合材料具有较大的表面积和较多的化学活性位点，大幅增加了氨气吸附效率，从而提高了传感器灵敏度与响应速度。研究人员利用氧化石墨烯-氧化锡纳米复合材料制备于声传播路径表面，构建出了小尺度声表面波氨气传感器。他们结合鉴相传感电路，对所研制的声表面波氨气传感器进行实验测试，结果表明相对于国内外已报道氨气传感器，该传感器实现了低检测限（40ppb）、高灵敏度（0.098 mV/ppb）以及快速的传感响应(16.4 s)，此外还具有良好选择性和重复性的特点，在痕量氨气的检测中具有很好的应用前景。相关研究成果在线发表于Top期刊Sensors and Actuator B-Chem.（IF：9.221）。本研究获得国家自然科学基金(No.11774381,No.62174163)、国家重点研发计划(No.2020YFB1506205)资助。图1 氧化石墨烯-氧化锡纳米复合材料的表征（图/中科院声学所）图2 声表面波氨气传感器及其响应特性（图/中科院声学所）

科技日报讯 荷兰代尔夫特理工大学的科学家发现用石墨烯薄片制成的&ldquo 鼓面&rdquo ，能够在光的作用下发生振动，根据这一原理能够检测到非常微小的位置和力度的变化，未来有望据此用石墨烯制造出具备超高灵敏度的传感器设备和量子计算机内存芯片。相关论文发表在近日出版的《自然· 纳米技术》杂志上。　　石墨烯以其独特的机械和电气性能闻名于世，而最近荷兰的科学家们发现，这种神奇材料还具有一种独特功能。由于单层石墨烯只有一个原子厚，质量极低，因此研究人员设想能否用其制造出一面能够感受到微小振动的&ldquo 鼓&rdquo 。这面鼓的鼓面由石墨烯制成，敲击它的鼓槌则是以微波频率发射的光。　　领导这项研究的荷兰代尔夫特理工大学的维伯· 辛格博士和他的同事用石墨烯在一个光力学空腔中对这一设想进行了验证。他们发现，在光力学空腔中，他们能够通过观察光干涉现象产生的图案，检测出物体位置及其微小的变化，精度能够达到17飞米(原子直径的一万分之一)。　　物理学家组织网近日报道称，实验中的光不仅有利于检测到鼓的位置，同时也能够向鼓面施加压力。来自光的推力非常非常小，但足以推动质量极小的用石墨烯制成的鼓面，让其发生位移。这意味着科学家们可以用光敲击石墨烯制成的鼓。根据这一原理有望制造出具备超高灵敏度的传感器设备。　　此外，科学家也可以用它来制造内存，这些微波光子能够将光转化为机械振动，并将其存储长达10毫秒的时间。虽然对人类而言10毫秒极其短暂，但对目前的计算机芯片而言这已经不少了。辛格称，他们的一个远期目标是通过这种二维晶体鼓来研究量子运动。　　辛格说，如果敲击一个普通的鼓，鼓面只会发生上下振动。而如果敲击的对象是一个量子鼓，将不仅能够通过敲击让鼓面发生振动，还能使其形成一种量子叠加状态：鼓面将同时既在上面也在下面。这种奇怪的量子运动不仅具有科学相关性，还能够在量子记忆芯片上获得应用。在一台量子计算机中，量子比特同时既可以是0也可以是1，因此其运算速度远远超过目前传统的计算机。石墨烯制成的量子鼓就具备这种能力，它能够在用与普通RAM芯片相同的方式来存储数据的同时，接收和存储量子计算机的量子计算结果。

p　　近日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室研究员吴一辉课题组，基于光纤模式耦合特性，提出一种基于光纤耦合器的无标超高灵敏度生物传感器，该研究对心肌梗塞、癌症等生物标志物的检测具有重要意义。/pp　　急性心肌梗塞(Acute myocardial infarction， AMI) 是临床常见的急性多发病，严重威胁人们的生命健康，AMI早期诊断和危险分层对于降低急性病死率具有重要的临床意义。心肌肌钙蛋白I(Cardiac troponin I， cTnI) 是一种仅存在于心肌细胞中的结构蛋白亚型，由于其显着的特异性和敏感性被认为是AMI检测的“黄金标准”。当发生心肌损伤时，cTnI释放并进入血液循环系统中数小时候后达到峰值并维持6至8天，但作为生物标志物在AMI发病前后血液中的cTnI浓度极低，这对临床诊断提出了非常苛刻的要求。/pp　　课题组在前期无标光纤生物传感器研究工作的基础上，提出一种基于光纤耦合器结构的生物传感器，该传感器基于光纤耦合器中奇模和偶模的干涉效应，两个相干模式的群有效折射率相等时，出现转折点，即零色散，此时的灵敏度理论为无穷大。实验中，通过检测近转折点的光谱曲线得到的折射率灵敏度为91777.9nm/RIU，实现了对cTnI的检出限为2fg/mL，为目前国际相关领域取得的最高灵敏度，光纤耦合器传感器具有良好的特异性和重复性，对后期生物传感器的实用化具有重要意义。/pp　　相关研究成果发表在Biosensors and Bioelectronics上。研究工作得到中国-以色列国家国际科技合作专项项目、国家自然科学基金重大科研仪器研制项目、国家自然科学青年基金等的支持。/p

近日，中山大学电子与信息工程学院（微电子学院）教授李朝晖和副教授沈乐成率领的研究团队基于硫系微纳加工平台，成功研制出了包含15个微腔的超高灵敏度光学超声传感器阵列，并融合新型通信算法数字光频梳技术，开展基于硫系片上阵列器件结构的并行信号解调及光声计算成像相关研究。相关研究论文发表于Nature Communications。 基于硫系微环传感器阵列和数字光频梳解调技术的光声成像示意图。研究团队 供图近年来，李朝晖/沈乐成团队一直致力于搭建面向硫系微纳器件的制备平台，并依此开展多物理场的传感与成像应用研究。在算法研究方面，他们提出了基于先进光信息处理算法的数字光频梳技术，具有高效、大带宽以及多维解调等优势，并结合光学微腔实现双共振模式下的超声信号解调；在技术创新方面研发了具有高调制效率的非悬浮硫系声光调制器；在成像应用与调控方面开展了面向生物医疗的高通量全息成像和高速光场调控。这些研究成果表明先进光信息处理技术与新型硫系材料器件的结合在生物成像、医疗传感等方面具有巨大的潜力和前景。基于上述积累，该团队近日研制出包含15个微腔的超高灵敏度光学超声传感器阵列。该微环传感器阵列具有高灵敏度、大带宽和小尺寸等优点，其中单个微环传感器具有175 MHz（-6 dB）的检测带宽和2.2?mPaHz?1/2的噪声等效压力，性能指标领先。基于可调的数字光频梳技术，研究团队还研发了一套可与微环传感器阵列相匹配的高性能并行信号检测方案，对高速动态粒子、静态叶脉和活体斑马鱼等展示了光声计算成像结果。上述研究工作得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金和南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）的资助。

由悬浮石墨烯制成的纳米机械谐振器对压力变化表现出高灵敏度。然而，由于受空气阻尼的影响，这些设备在非真空环境中表现出明显的能量损失，以及由于石墨烯的轻微渗透，参考腔内不可避免地出现微弱的气体泄漏。2023年6月12日，北京航空航天大学李成副教授团队在ACS Appl. Mater. Interfaces期刊发表名为“High-Sensitivity Graphene MOEMS Resonant Pressure Sensor”的论文，研究提出了一种利用微电子机械系统技术的新型石墨烯谐振压力传感器，其特点是将多层石墨烯膜密封在真空中，并粘附在带有凹槽的压敏硅膜上。这种方法创新性地采用了间接敏感的方法，在大气中表现出60倍的能量损失，并解决了基底和石墨烯之间长期存在的气体渗透问题。值得注意的是，所提出的传感器表现出1.7Hz/Pa的高压力灵敏度，比硅的同类产品的灵敏度高5倍。此外，全光封装腔结构有助于实现6.9×10-5/Pa的高信噪比和低温度漂移（0.014%/℃）。所提出的方法为使用二维材料作为敏感膜的压力传感器的长期稳定性和能量损失抑制提供了一个很好的解决方案。MOEMS石墨烯谐振压力传感器其特点是通过阳极键合实现10-3Pa的真空封装，大大降低了压力差下基底和石墨烯之间高空气阻尼和气体渗透造成的能量损失。总的来说，所提出的传感器为提高信噪比和实现二维材料谐振传感器的可靠使用提供了一个有前途的解决方案。

近期，中科院合肥研究院智能所吴正岩和张嘉团队设计出一种高灵敏度的适配体传感器，可以实现对血液中凝血酶浓度的精准检测。相关研究成果已被分析化学领域权威期刊Biosensors & Bioelectronics接收发表。 传感器的制备及检测机理图 　　凝血酶是一种蛋白水解酶，能催化纤维蛋白原转化为纤维蛋白，促进血液凝固，与白血病、血栓性疾病、血管壁炎症、阿尔茨海默症等多种疾病密切相关。在正常情况下，血液中不存在凝血酶，在凝血过程中凝血酶由凝血酶原转化生成。因此，精准地检测低浓度凝血酶对于相关疾病的诊断和治疗以及药物疗效的评价具有重要意义。 　　针对此类问题，课题组开发出高灵敏度的适配体传感器，利用具有优异电子传输通道的Ti3C2Tx MXene多级孔结构框架作为传感材料，同时选择具有高的电催化效应的金属纳米探针作为信号放大器，构建出应用于血液中凝血酶精准检测的高灵敏度适配体传感器。该传感器可以检测皮摩尔浓度的凝血酶，同时也展现出优异的抗干扰性和稳定性。 　　该研究工作得到安徽省高校协同创新计划项目、安徽省科技重大专项的资助与支持。

滨松微型光谱仪FT系列 C13053MA滨松新型微型光谱仪FT（扁平型）系列为封装在小且薄盒子的多色仪，其内部集成了光学元件、图像传感器以及驱动电路。使用时可通过光纤将测量光导入光谱仪，后通过USB接口传输测量结果。而该光谱仪也不需要任何外部电源，可直接通过USB总线供电。产品外形（80*60*12 mm）该产品使用了石英透射光栅，因此具备高通量的优点，而内部没有运动部件，则保证了测量能够连续稳定地进行。另外，值得注意的是，FT系列内置了高灵敏度的CMOS图像传感器，其灵敏程度与CCD保持了相同的水平，且同时具有电源功耗低的优点。微型光谱仪FT系列连接示例该产品的光谱响应范围在500到1000nm，可应用于食品酸甜度分析、塑料分类以及膜厚测量等。另外，其还具有可用于短时间积分的触发功能，亦可胜任对脉冲发射的光谱测量。在软件方面，滨松除了拥有免费软件能够进行测量条件、获取保存数据、画图等等的设置以外，DLL函数规格也是完全公开的，因此用户可以创建自己原始的测量软件程序。点击按钮，查看产品详细信息：欢迎关注滨松中国官方微信号

2020年12月底，比利时IMEC（Interuniversity Microelectronics Centre,微电子研究中心）推出全世界最小的基于鳍式场效应晶体管（FinFET）的生物传感器（BioFET），尺寸仅为13纳米鳍宽和50纳米栅极长，并成功在其300毫米洁净室实现生产。目前该传感器可检测的极限为几十个DNA分子，最终目标是能够实现单个DNA分子的高精度检测。由于场效应晶体管（FET）的高集成度和低成本优势，其在DNA、蛋白质和病毒检测等生物传感应用中具有很大的应用潜力。该技术的基本原理是当生物分子与化学修饰的栅极电介质表面结合时，其阈值电压会发生变化，从而产生可测量的信号。此次IMEC通过先进的CMOS FET器件，即三维栅FinFET，成功提高了生物传感器灵敏度。基于实验和模拟，IMEC预测70纳米以下的FinFET可以实现信噪比（SNR）大于5的单分子检测。IMEC首席健康技术官Peter Peumans表示这项技术可能改变微观生命观测领域的游戏规则。

近期，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所大气物理化学二室的刘锟等研究人员在高灵敏度小型化吸收光谱传感技术研究中取得了新的进展。研究成果发表在Sensors & Actuators: B. Chemical(220, 1000-1005)上。　　基于吸收光谱的光学传感技术，因其实时在线、高灵敏度、高选择性和非入侵式等优点，被广泛应用于大气、环境和工业等领域。为了提高吸收光谱传感的灵敏度，往往通过光学多通吸收池增加光和样品的相互作用程长。然而，受光斑重合等因素的限制，传统的光学吸收池(如Herriott池)很难实现上百次的光反射，长光程只能靠增加物理池长度的方式得到，这样大大增加了吸收池的体积，难于实现小型、便携的高灵敏度传感设备。　　刘锟等研究人员通过精心的设计，在普通球面反射镜上实现反射光斑呈7个圆圈的分布，充分利用了反射镜的反射面，在光斑不重合的情况下实现了高达215次的光反射，从而用12cm物理基长实现了26米的有效光程。刘锟等研究人员利用所设计的新型光学吸收池，开展了大气甲烷(CH4)的测量研究，实现了100ppb(10-9)的探测灵敏度和优于80 ppb的测量精度。这一研究成果为发展小型化、便携式高灵敏度光学传感器提供了有效的手段，也将推动对体积、重量要求严格的无人机大气探测技术等应用的发展。　　该研究工作受到国家自然科学基金、中国科学院青年促进会等经费资助。

高灵敏度VAHEAT显微温度控制器在生物医学领域的应用在处理生物样本时，大多数情况下需要研究温度这一变量对研究目标的影响，所以，选择精zhun、易操作的温度控制器十分重要，然而传统的加热仪器在对样品加热时热平衡的建立缓慢，容易产生温度梯度，并对成像分辨率造成影响，因而需要购买物镜加热器等多个设备以实现稳定的热平衡状态以及减小对成像分辨率的影响，为实验带来诸多不便。基于以上问题，Interherence公司推出了用于超分辨显微镜中精确控制样品温度的VAHEAT显微温度控制器，VAHEAT显微温度控制器可实现对温度的精zhun控制并对超分辨率成像不产生影响。除此之外，与传统的温度加热仪器相比，VAHEAT显微温度控制器具有结构紧凑、与各类显微镜兼容、多种加热模式的优良特性。VAHEAT显微温度控制器有两种智能基板，基底是玻璃制成的，带有储液器的凹槽是由与生物细胞具有相容性的硅树脂制成的，符合大多数细胞的培养。图 1：VAHEAT显微温度控制器无需进一步修改即可安装在显微镜上 图 2：a) VAHEAT 组件。该设备由智能基板 (1)显微镜适配器 (2)探头 (3) 控制单元 (4) 控制器b) 智能基板（具有透明的纳米制造的加热元件和直接位于视野中的温度探头）c) VAHEAT 设置为 60°C 时，Smart 基板的热图像显示整个区域均匀加热目前VAHEAT温度控制器以实现了在活细胞成像、DNA结合和解离行为、微流控、生物大分子相分离以及神经科学等生物医学领域的应用：(1)在活细胞成像的应用：VAHEAT实现了在生物成像过程中精确的温度控制，研究了细胞对温度响应的行为过程，例如多细胞肿瘤球体中的 Ca 2+活性或神经元的热刺激。(2)DNA结合和解离行为的研究：双链 DNA 的熔点在 60°C 到 90°C 之间，具体取决于序列和链长度。使用VAHEAT可实现传统加热台无法实现升至高于解离熔点的 DNA 动力学研究。(3)生物大分子相分离的应用：相分离与生物信号的传导、基因的表达、细胞物质运输等生命机制有重要关系。其中，在蛋白表达这一过程中，相分离的发生除了与蛋白本身的化学结构有关之外，还与蛋白分子的浓度、溶液PH、盐浓度以及温度有关。可靠的温度控制和精确的读数是定量研究的关键要素。VAHEAT温度控制器采用集成到智能基板中的温度探头不仅确保了可靠的测量条件，还能够感应薄层中的相变。(4)神经科学领域的研究：细胞功能以及细胞间通讯取决于温度。尤其是神经科学实验严重依赖于对环境条件的精确控制，例如对突触功能、其可塑性以及动作电位传播的研究。VAHEAT可以实现在设定的温度下进行荧光标记实验以及膜片钳实验，而无需复杂笨重的孵化室。图 3：使用 VAHEAT 对空间限制下 60°C 和 70°C 生长的嗜热细菌进行成像 图 4：使用 VAHEAT研究减数分裂过程中的染色体分离（酵母25- 37°C活细胞成像）图 5：VAHEAT 用于单分子 TIRF 测量中的精确温度控制（慕尼黑工业大学 Hendrik Dietz 的实验室用 DNA 折纸构建的大分子运输系统）图 6：使用 VAHEAT 表征金纳米粒子扩散常数的温度依赖性关于Interherence：德国Interherence公司拥有量子和生物光子学领域的专家团队，为高灵敏度光学显微镜的发展做出很大贡献。该团队采用了现代纳米制造和薄膜技术，推出了VAHEAT生物显微温度控制器，作为传统显微镜的附加产品，首次实现了在扩展温度范围内的精确温度控制，以确保生物物理光学研究可靠的测量条件。上海昊量光电作为德国Interherence公司在中国的代理商，可为您提供专业的技术服务，若您对Interherence公司提供的VAHEAT生物显微温度控制器有兴趣，欢迎通过邮箱、电话或微信进行沟通！关于昊量光电：昊量光电 您的光电超市！上海昊量光电设备有限公司致力于引进国外先进性与创新性的光电技术与可靠产品！与来自美国、欧洲、日本等众多知名光电产品制造商建立了紧密的合作关系。代理品牌均处于相关领域的发展前沿，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、精密光学元件等，所涉足的领域涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防及前沿的细分市场比如为量子光学、生物显微、物联传感、精密加工、先进激光制造等。我们的技术支持团队可以为国内前沿科研与工业领域提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等优质服务，助力中国智造与中国创造! 为客户提供适合的产品和提供完善的服务是我们始终秉承的理念！相关文献：1. Molinaro, C., et al., Are bacteria claustrophobic? The problem of micrometric spatial confinement for the culturing of micro-organisms. RSC Advances, 11, 12500–12506 (2021).2. Mengoli, V., et al., Deprotection of centromeric cohesin at meiosis II requires APC/C activity but not kinetochore tension. The EMBO Journal, 40, e106812 (2021).3. Stömmer, P., A synthetic tubular molecular transport system. Nature Communications, 12, 4393, (2021).

天津大学精密仪器与光电子技术学院教授李恩邦研究发现一种新技术构成的光纤应变传感器，具有灵敏度高且对温度变化不敏感等特点。　　光纤应变传感器是世界上应用广泛的传感器类型，具有许多电传感器不可比拟的优点，对于保障大型设施安全、防止恶性和灾难性事故发生具有非常重要的意义。　　李恩邦的研究成果已发表在《应用物理快报》上，英国物理学会官方网站optics.org和美国《激光世界》杂志也对此进行了报道。

近日，中科院上海应用物理研究所、苏州纳米技术与纳米仿生研究所、复旦大学中山医院、上海计量测试技术研究院合作开发了一种基于DNA纳米结构修饰界面的电化学生物传感器，用于microRNA肿瘤靶标的超灵敏检测，相关工作已于日前发表于Nature杂志社新出版的综合性期刊Scientific Reports。　　微小RNA(microRNA)是一种内源性的非编码单链RNA，在细胞的一系列生理发育过程中起着重要的调控作用。研究者发现microRNA的异常表达与很多肿瘤的发生发展直接相关，特别是发现它可以稳定地在血清中存在，是一类非常有前景的肿瘤标记物。　　与传统的PCR等均相检测方法相比，基于表面反应的电化学生物传感器对疾病相关的microRNAs检测具有更加廉价、更容易实现现场检测的优点。然而，电化学生物传感器的灵敏度常常受到界面传质过程和拥挤效应的限制。　　为了解决这些问题，中科院上海应用物理研究所研究员樊春海及其团队之前已发展了利用三维DNA纳米结构修饰金电极表面的新方法，可以显著增强表面分子的结合能力和提高检测灵敏度。　　在樊春海指导下，闻艳丽等科研人员将这种DNA纳米结构修饰表面用于microRNA的传感检测。研究表明，这种新型的生物传感器可以检测到aM(10-18 mol/L)水平(1000个分子)的microRNAs，具有良好的单碱基区分能力，且能与前体RNA很好地区分。利用这种新型生物传感器灵敏度高、重复性好、无须标记和无须PCR扩增的优点，研究者对于一系列食管鳞状细胞癌病人样本中的microRNAs表达水平进行了分析，并实现了对癌组织和癌旁组织的良好区分。

近期，中科院合肥物质院智能所吴正岩和张嘉团队设计出一种可检测铅离子(Pb2+)的便携式电化学传感器，实现了铅离子的精准和便捷检测。相关研究成果已被电化学分析领域权威期刊Journal of Electroanalytical Chemistry接收发表。 　　重金属离子对环境的污染被认为是全世界最严重的环境问题之一。铅离子作为一种高毒性的重金属离子，排放到环境中可造成较严重的污染，被动植物吸收后，通过食物链进入人体，会显著影响人体的健康，因此对铅离子的检测也受到越来越多的关注。然而，传统的检测方法具有样品预处理过程复杂、耗时长和仪器昂贵等缺点，研发特异性高、灵敏便捷、检测步骤简单的铅离子检测方法尤为迫切。 　　针对此类问题，课题组开发出基于钴掺杂的普鲁士蓝结合MXene材料的便携式电化学传感器。该传感器可以检测纳摩尔浓度的铅离子，同时也展现出较高的抗干扰能力，良好的稳定性，并在瓶装水、自来水和湖水等真实样品检测中均表现出出色的铅离子检测性能。 　　该研究工作得到国家自然科学基金和安徽省科技重大专项的资助与支持。传感器的制备及检测机理图

美研制出廉价石墨烯海绵传感器灵敏度是现有最好设备的10倍　　据美国《大众科学》网站近日报道，美国伦斯勒理工学院的科学家最新研制出了一款纤巧、便宜且能重复使用的新式传感器，其由石墨烯泡沫制成，性能远超现在市面上的商用气体传感器，而且，在不远的未来，科学家们能在此基础上研制出更优异的炸弹探测器和环境传感器。　　新传感器摒弃了阻止传感器应用和发展的诸多限制。最近几年，在操作纳米结构并用其制造性能卓越的探测器以精确追踪空气中的化学物质方面，科学家们已经取得了重大的进步，然而，他们研制出的各式各样的传感器，尽管从理论上而言很好，但却并不实用。　　目前传感器的设计都非常复杂，常常依赖单个纳米结构，而且，科学家们需要对这样的结构进行仔细操作以及更加精确的分析。另外，制造出的传感器往往不能重复使用，且必须在特定的温度或压力下才能工作，因此，科学家们一直没有制造出一款可靠、便宜且可以重复使用的手持传感设备。　　现在，伦斯勒理工学院的科学家们使用石墨烯泡沫研制出了这种邮票大小的新型传感器。他们将石墨烯，即单层碳原子，种植在泡沫镍结构上，随后移除泡沫镍，留下一个类似泡沫的石墨烯结构，其具有独特的电性，能够用于执行传感任务。　　当将其暴露于空气中时，空气中的粒子会被吸收到泡沫表面，而且每个这样的粒子会用不同的方式影响石墨烯泡沫，对其电阻进行微小的改动。让电流通过其中并且测量电阻的变化，就能知道泡沫上依附的是什么粒子。科学家们让大约100毫安的电流通过该泡沫，结果发现，这种石墨烯泡沫能够导致粒子解吸，也就是说，粒子自动从传感器上剥落下来，清除这些粒子，传感器就可以重复使用了。　　科学家们对传感器进行了微调，让其来探测氨水(自制爆炸物硝酸氨的关键成分)，该石墨烯泡沫传感器在5分钟到10分钟内就设法探测到了这种富有攻击性的粒子，而且效率是现有市面上最好探测器的10倍。科学家们接着用其来探测有毒气体二氧化氮(爆炸物分解的时候也会释放出这种气体)，结果表明，其效率也是目前商用传感器的10倍。　　石墨烯泡沫非常容易处理且操作简单，而且在室温下也能很好地工作，这都是科学家们非常心仪的特质，该石墨烯泡沫传感器可让科学家们更快制造出更便宜实用的手持传感设备来对大气进行探测。

据美国媒体报道，美国密歇根大学研究人员正在开发一种便携式可调节的二维微型气体（气相）色谱仪，能识别并检测化学气体成分，更加灵敏智能，可用于探测爆炸物、化学武器挥发气体，还能通过病人的呼吸诊断病情，侦查矿井是否安全等。仪器也非常节能，对矿井作业和偏僻地区医疗室具有很大优势。相关论文近日发表在《分析化学》杂志上。 该校生物医学工程系教授范旭东(音译)解释说，挥发气体中的各种成分就像一团团微小的云重叠在一起，检测之前要把它们分开，而在挥发性混合气体中，要识别各种成分非常困难。目前大部分传感器是让混合气体依次通过两个试管（仪器信息网注：这里可能是指色谱微柱），第一个试管内涂有一层聚合物，会减缓较重分子速度，大致把各种气体按重量分开。 研究人员正在开发的传感器在分离各种化学成分方面更有效。让气体先通过第一个试管获得初步线索，然后用一个泵和压缩机从第一个试管中收集气体，间隔规律地送入第二个试管中，进行第二道检测。第二个试管内涂有一层极化聚合物，一端带正电另一端带负电，会减慢那些被极化了的气体分子的速度，未极化的分子能以更快速度通过。根据这些信息，研究人员就能识别出气体中的化学成分。再给这套系统加上一个决策装置并连接计算机，通过计算机能看到各种化学成分逐步分离的整个过程。 在决策装置引导下，一小团云完全通过后，压缩机才能再次运作，这种方法能让同一种分子聚集在一起，分析数据更容易。第二道检测过程还可以增加一个轮换试管，让气体更快通过，此时决策装置还充当&ldquo 接线员&rdquo ，当一个试管正&ldquo 忙&rdquo 时就把气体送入另一个试管。这样气体从第一个试管出来进入二道检测试管时就不会停顿。 二道检测试管还可以专门定做，用不同涂层做成各种长度的试管来分离特殊气体，比如一种专用分子&ldquo 热线&rdquo ，可以探测某些特殊分子。范旭东说：&ldquo 如果怀疑某地有化学武器泄露，我们就送一批这种专用分子&lsquo 热线&rsquo 过去，能极灵敏地识别出这些成分。&rdquo 目前，研究小组已经证明了新装置能在两个检测试管之间分配气体，智能传感器能识别包含20种不同成分的化学气体，以及植物释放的混合物成分。 无论是探查爆炸物、化学武器，还是监测矿井安全，对于化学气体检测仪器而言，最重要的一条就是灵敏度。如果不能迅速准确地检查出目标物，即使是再尖端的技术也可以说意义不大。本文介绍的这套仪器一方面能使不同分子尽可能分开并分别聚集，另一方面通过轮换试管和定做试管的方式使检测过程更加高效和具有针对性，这些都是强化灵敏度的关键因素。与此同时，这种仪器似乎并不复杂，也大大提高了它作为实用技术进行推广的可能性。

4月30日，国际著名科学期刊《自然-通讯》(Nature Communications)发布了一种新型的光微流激光酶联免疫吸附剂测定(Enzyme-linked immunosorbent assay，简称ELISA)技术。该技术由密歇根大学安娜堡分校生物医学工程系范旭东教授课题组与复旦大学信息学院光科学与工程系吴翔副教授共同开发。据悉，该项新技术将有望应用于重大疾病(如癌症、艾滋病等)的早期检测与诊断以及单个酶分子催化机制研究。　　一般来讲，传统的ELISA技术利用被酶催化生成的荧光产物所发出的荧光强度作为探测信号，然而在实际检测过程中，生物分子的非特异性结合、材料自荧光以及激发光的泄漏等因素造成的强荧光背景会干扰目标分子荧光强度的探测，从而限制了ELISA的探测极限以及动态测量范围。　　而吴翔及其合作者开发的新型光微流激光ELISA技术的创新之处在于，以荧光产物为激光增益介质，利用高品质因子的光学微腔产生激光输出 在固定的泵浦功率下，产生激光的阈值时间和被测目标分子的浓度呈反比，不同的浓度对应不同的阈值时间，由此，将阈值时间作为该技术中的探测信号。　　实验表明，该项技术的探测极限可达1fg/ml(38aM)(1飞克每毫升)，动态测量范围为6个数量级。这种新型的光微流激光ELISA技术，通过对激光阈值时间的探测，可以从较强的荧光背景中精确地分辨低浓度的目标分子，从而实现超高灵敏度的生物分子探测。该技术的应用，将对重大疾病(癌症、艾滋病等)的早期检测与诊断技术带来重要提升，同时对单个酶分子催化机制研究领域产生积极影响。　　目前，吴翔正从事有源和无源光学微腔生物传感器以及微腔光镊的研究，希望能结合光微流激光技术的优点，进一步拓展光学微腔技术在生物传感领域的应用，实现高灵敏度和高通量的集成光学生物传感芯片。

据美国物理学家组织网3月22日(北京时间)报道，美国科学家研制出一种超灵敏传感器，可使用其增强的拉曼散射来探测包括癌症信号、炸药等物质，其灵敏度比普通拉曼散射传感器增强了10亿倍。　　拉曼散射是指光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用而引起光的频率变化，1928年由印度物理学家钱德拉塞卡拉拉曼发现。在拉曼散射中，一束单色光照射到一个物体后，其反射光会包含另外两种频率的光，这两种光的频率仅与该物体的分子组成相关，这就潜在地提供了一种有效识别物质的方法。但由于这种额外的光太微弱，科学家几十年来很难将拉曼散射付诸于实践。　　上世纪70年代，科学家研制出表面增强拉曼散射(SERS)技术，可以通过将所鉴别物质放在粗糙的金属表面或金、银小粒子之上来增强拉曼信号。但科学家随后发现，这种增强的拉曼信号仅出现在传感器表面的几个随机点上，很难预测其具体位置，仍然非常微弱。　　而普林斯顿大学电子工程系教授斯蒂芬周领导的团队摒弃了以往设计和制造拉曼传感器的方法，研发出一种全新的SERS结构：一块芯片上布满一行行由金属和半导体组成的小柱子。　　新传感器获胜的“秘密武器”就是这些小柱子的排列方式：每个柱子上部和底部各有一个由金属制成的中空部分 柱壁上布满直径约为20纳米的金属粒子(等离子体纳米点)，金属粒子之间有2纳米左右的空隙。金属粒子和空隙能显著增强拉曼信号 中空部分能捕捉光信号，让光多次而不是仅一次地通过等离子体纳米点，从而也能增强拉曼信号。迄今为止，该芯片的灵敏度比不经过拉曼增强而研制出的传感器高10亿倍，而且其灵敏度非常稳定，能可靠地应用于感应设备中。　　除灵敏度大增之外，借助纳米压印技术和纳米粒子自组装技术，新芯片能实现高质量、规模化制造，研究人员已经在4英尺的晶片上制造出这些传感器。　　美国海军研究实验室的科学家也在进行相关实验，希望军队也能使用该技术探测化学物质、生物试剂和炸药。

海洋光学推出的紫外高灵敏度响应光谱仪MAYA2000 Pro（175-1100nm），采用滨松背照式面阵CCD探测器，极大地增强了紫外-可见光谱谱段的光谱响应，信噪比得到极大提高，适合于低检测限及高动态范围的弱光测量应用,紫外最远波长检测限可达155nm. 特点：1. 背照式2048像元面阵CCD，量子效率可达80%2. 紫外高灵敏度响应，无需紫外增强镀膜3. 低噪声、高信噪比、高动态范围4. 积分时间最短6ms5. USB2.0及RS232接口通信 Fig1.Maya2000 Pro Fig2. 探测器光谱响应 应用案例：工业用乙醇勾兑在线监测可行性分析采用MAYA2000PRO测量酒精及其勾兑水溶液，测量发现乙醇在紫外217nm左右出现吸收峰，与乙醇浓度成比例，而水在970nm处出现吸收峰，与水浓度成比例，如图3所示；采用海洋光学近红外光谱仪NIRQuest所测的近红外吸收图谱如图4所示。 Fig3. 乙醇、纯水及其水溶液光谱吸收图谱（紫外可见） Fig4. 乙醇、纯水及其水溶液光谱吸收图谱（近红外） 通过实验简单配比及数据拟合发现，在两波长处217nm及970nm乙醇吸光度与其浓度均呈现出良好的线性相关性，R Square线性可达0.987，标准偏差0.04（含实验配比偏差），结果如图5所示：Fig5. 217nm及970nm数据回归拟合 关于海洋光学:总部位于达尼丁，佛罗里达的海洋光学是世界领先的光传感和光谱技术解决方案提供商，为您提供测量和研究光与物质相互作用的先进技术。海洋光学在亚洲与欧洲设有分部，自1992年以来，在全球范围内共售出了超过120,000套光谱仪。海洋光学拥有庞大的产品线，包括光谱仪、化学传感器、计量仪器、光纤、薄膜和光学元件等等。海洋光学是致力于安全检测领域的英国豪迈集团的子公司。海洋光学的产品在医学和生物研究、环境监测、科学教育、娱乐照明及显示等领域应用广泛，公司隶属英国豪迈集团（www.halma.cn）。创立于1894年的豪迈是国际安全、健康及传感器技术方面的领军企业，伦敦证券交易所的上市公司，在全球拥有 4000 多名员工，近40 家子公司，2008/09财年营业额超过 4.5亿英镑。豪迈旗下子公司的产品主要用于保护人们的生命安全和改善生活质量。通过持续不断的创新，这些产品在国际市场上始终处于领先地位。这些产品使我们的客户更安全、更富竞争力和盈利能力。豪迈的子公司正在多个领域为中国的经济做出贡献，主要包括制造、能源、水及废物处理、环境、建筑、交通运输及健康行业等。豪迈目前在上海和北京设有代表处，并且已在中国开设多个工厂和生产基地。如果需要更多的信息请联系:海洋光学亚洲分公司中国上海长宁区古北路 ６６６ 弄嘉麒大厦 ６０１邮编：２００３３６电话：（86） 21 6295 6600传真：（86） 21 6295 6708电子邮箱： Distributorsupportasia@oceanoptics.com网址： www.oceanopticschina.cn

高灵敏度、小型化的超声探测器在诸多方面发挥着重要应用，例如医学诊断、光声成像、无损检测等。目前，商用的超声波探测器主要采用压电换能器，但为了实现较高的灵敏度，往往需要较大的尺寸，其传感器的典型尺寸一般为毫米到厘米。 　　近些年来，随着微纳光电技术的发展，在硅芯片上微加工制备得到的光学超声波探测器可同时实现较高的灵敏度和空间分辨率。其中，微腔光力系统由于其高灵敏度、宽带宽、低功耗和易于集成等优越特性，引起越来越多的关注。由于微腔光力系统中的较强光力相互作用，微腔的机械位移可以通过光学共振信号来敏感读出。由于机械共振增强了响应，且光学共振可增强读出灵敏度，因此微腔光力系统已被证实是位移、质量、力、加速度、磁场和声波等物理量的高灵敏探测理想平台。 　　前期工作中，研究人员已在各种体系的光学微腔中实现超声波/声波的探测，例如二氧化硅微腔、聚合物微腔、硅微腔等。多数超声波探测是在液体环境中实现的。而在空气环境中，由于超声波吸收损耗大，且声源/空气界面处的阻抗失配大，高灵敏度的超声波探测依然颇具挑战。前期工作中，空气耦合的超声波探测只在1 MHz以下频段实现。空气耦合的超声波探测在一些特定场景中具有重要应用，例如气体光声光谱和非接触式超声医学成像等。 　　为了提高空气耦合的超声波探测灵敏度，并拓展探测频率范围，近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心研究人员使用微芯圆环腔演示了在MHz频率范围内的空气耦合高灵敏度超声波探测。 在该工作中，研究人员通过光刻、氢氟酸腐蚀、氟化氙刻蚀、二氧化碳激光回流的微加工工艺，制备了带有较细的硅基座的微芯圆环腔，从而减少来自衬底的机械运动的约束，获得了在2.56 MHz的一阶拍动模式下约700的高机械品质因子，同时光学品质因子达到107以上。凭借较高的光学和机械品质因子，以及与超声波具有较大空间重叠的2.56 MHz的一阶拍动模式，他们在机械模式附近0.6 MHz的频率范围内实现了仅受热噪声限制的灵敏度，在0.25-3.2 MHz的频率范围内实现了46 μPa/Hz1/2-10 mPa/Hz1/2的灵敏度。此外，他们在机械共振频率下利用超声波驱动传感器时观察到了二阶和三阶机械边带，通过测量不同超声波压强(P)下的信噪比(SNR)，发现一阶、二阶和三阶机械边带的分别与P、P2和P3大致成正比，三个机械边带上的测量强度与理论结果一致。这种非线性转换提供了一种扩展位移传感动态范围的方法。　　该研究演示了一种基于微芯圆环腔的空气耦合高灵敏度MHz频段超声波探测方案，实现了宽带、高灵敏度超声检测。这项工作拓宽了使用微腔光力系统进行空气耦合的超声波探测的频率范围，并获得了较大频率范围的热噪声主导区域。相关研究成果以High-Sensitivity Air-Coupled Megahertz-Frequency Ultrasound Detection Using On-Chip Microcavities为题于近日发表在Physical Review Applied上。相关研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委项目和中科院基础前沿科学研究计划的支持。图1 (a) 微芯圆环腔的光学显微镜图。(b) 模拟的回音壁模式的基模光场分布。(c) 1550 nm附近微腔的透过率谱。(d) 超声波探测实验装置的示意图。图2 (a) 微腔超声波探测器的噪声功率谱(黑色实线)与在2.56 MHz频率处施加了超声波信号的响应谱(绿色实线)，虚线为计算得到的理论噪声。(b) 微腔超声波探测器的系统响应，即微腔对不同频率的超声波的响应。(c) 微腔超声波探测器的压强(左轴)和力(右轴)灵敏度谱。图3 (a) 施加单频超声波后不同阶机械边带的响应。(b) 一阶、二阶、三阶机械边带的与超声波压强的关系。

p style="text-align: justify text-indent: 2em "近日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光子实验室的于伟利与罗切斯特大学郭春雷研究团队合作，针对基于钙钛矿多晶薄膜的光电探测器性能易受晶界和晶粒缺陷的影响问题，采用空间限域反温度结晶方法，合成了具有极低表面缺陷密度的MAPbBr3薄单晶，并将该高质量的薄单晶与高载流子迁移率的单层石墨烯结合，制备出了高效的垂直结构光电探测器。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "近几十年来，光电探测器受到学术界和工业界的广泛关注，并被广泛应用到光通信、环境监测、生物检测、图像传感、空间探测等领域。甲基铵卤化铅钙钛矿（CH3NH3PbX3, X=Cl,Br,I）是近年来兴起的一种钙钛矿材料，因其具有直接带隙、宽光谱响应、高吸收系数、高载流子迁移率、长载流子扩散系数等优点，逐渐成为制备光电探测器的前沿热点材料。目前，基于钙钛矿多晶薄膜的光电探测器性能距预期仍有一定距离，一个主要原因在于载流子在界面的传输易受晶界和晶粒缺陷的影响。许多研究组尝试将钙钛矿多晶薄膜与高迁移率二维材料相结合来提高器件的性能，并取得了一定的效果，但钙钛矿多晶晶界带来的负面影响尚未解决。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "该研究团队利用空间限域反温度结晶方法生长出的MAPbBr3薄单晶具有亚纳米表面粗糙度且没有明显的晶粒界畴，可以结合高质量钙钛矿单晶合成技术和单层石墨烯转移技术制备高性能的垂直结构光探测器。所制备的垂直结构光电探测器在室温下具有较高的光电探测率(~ 2.02× 1013 Jones)；在532 nm激光照射下，与纯钙钛矿MAPbBr3单晶薄膜的光电探测器相比，钙钛矿-石墨烯复合垂直结构光电探测器的光电性能（光响应度、光探测率和光电导增益）提高了近一个数量级。载流子超快动力学研究证明，该器件性能的提高主要归因于高质量钙钛矿单晶的钙钛矿载流子寿命增长和石墨烯对自由电荷的有效提取及传输。相关结果已发表在Small（DOI: 10.1002/smll.202000733）上。 　　 /pp style="text-align: justify text-indent: 2em "该研究将钙钛矿单晶材料和二维材料石墨烯有效结合在一起，利用二者在载流子产生、输运方面的协同优势，实现了器件性能的提升，展现了器件结构及能带设计对器件性能的调控能力，为制备高性能钙钛矿光电探测器提供了新思路。/pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/48f51961-fad3-4042-8faa-7cbd8255f9d8.jpg" title="高灵敏度钙钛矿单晶-石墨烯复合垂直结构光电探测器.jpg" alt="高灵敏度钙钛矿单晶-石墨烯复合垂直结构光电探测器.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong高灵敏度钙钛矿单晶-石墨烯复合垂直结构光电探测器/strong/ppbr//p

p　　现阶段对二硫化钼湿度传感器的研究主要受制于加工过程本身引入的残胶对材料表面的污染，影响了其对水分子的吸附，从而导致灵敏度不高或响应时间过长等问题。因而，如何得到具有高灵敏、快速响应时间的二硫化钼湿度传感器成为制约其应用的最主要因素。/pp　　针对上述问题，日前，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)纳米物理与器件实验室利用一种新的金剥离方法，加工得到具有干净表面的二硫化钼场效应晶体管，从而实现了对水分子的灵敏响应。该项工作由实验室博士赵静在研究员张广宇的指导下完成。/pp　　据悉，这种加工方法主要是利用二硫化钼与金之间的作用力远大于金与衬底间的作用力，从而可以将多余的二硫化钼样品从衬底上完整地剥离下来，同时保证了用于器件的二硫化钼表面的干净。利用这种方法一方面有效避免了加工过程中经过反应离子刻蚀后表面残胶对器件性能的影响，另一方面大大简化了加工过程，得到了具有超洁净表面的二硫化钼场效应晶体管，其光学、电学性能的显著提高也从另一个方面证明了这种加工方法得到的样品具有更好的性能。/pp　　由于利用这种金剥离方法得到的二硫化钼场效应晶体管具有超洁净的表面，因此能够灵敏感知外界湿度变化，大大提高了二硫化钼湿度传感器的灵敏度。除了具有超高灵敏度外，由于二硫化钼表面没有悬挂键，对水分子的吸附是纯粹的物理吸附，因此器件可以很容易地进行脱吸附，有效缩短了响应时间和恢复时间。除此之外，得益于CVD生长的二硫化钼成膜均匀，可以加工得到一系列具有优异性能的二硫化钼湿度传感器阵列，从而对外界不同湿度的空间分布起到定位作用，用来实时监测外界湿度分布的变化。/pp　　这种基于超洁净表面的二硫化钼样品加工得到的湿度传感器具有灵敏度高、响应时间和恢复时间短、使用寿命长、空间分辨率高等特性，可以广泛应用于未来无接触定位系统及二维材料多功能柔性传感器阵列领域。/pp/p

FLIR光学气体成像 (OGI) 热像仪是高度专业化的热像仪，它采用光谱波长过滤和高品质冷却器冷过滤技术将VOC/碳氢化合物，氟化硫制冷剂、一氧化碳，以及其它光谱吸收与热像仪响应值匹配的气体显示出来。虽然FLIR OGI热像仪非常灵敏，可以检测数百米外的气体泄漏，但有时特别小的或特别远的泄漏需要特殊模式才能可视化，当使用高灵敏度模式 (HSM) 的功能时，操作员就可以发现很微小的泄漏。FLIR OGI热像仪的高灵敏度模式具体有哪些特别之处呢？下面小菲为您详细述说下~加强气体泄漏检测高灵敏度模式（HSM）是一种获得专利的图像相减视频处理技术，可增强热像仪的热灵敏度。HSM功能从后续帧的视频流帧中减去一定百分比的单像素信号（增强了帧之间的差异），使泄漏在最终图像上更清晰突出地显示出来。使用HSM，用户可以控制应用于视频流的补偿量，从而控制热灵敏度的增加程度。例如，在下面的动图中，当热像仪切换到HSM时，洗手液散发出的蒸汽变得更加明显：含有乙醇的洗手液会释放出看不见的蒸汽，这些蒸汽可以通过FLIR GF320气体检测热像仪看到当然，通常热像仪操作员要从更远的地方寻找气体泄漏源，因为条件限制难以靠近，或是因为危险因素难以接近泄漏源。与许多其他检测工具不同，FLIR OGI热像仪提供了从安全距离内可视化不安全情况的能力。与“正常”红外模式相比，HSM允许用户从更远的距离看到更小的泄漏：FLIR GF620可在安全距离内检测甲烷和其他挥发性有机化合物（VOC）排放节省现场时间设置适当的温度范围和水平（中点）通常是获得所需光学气体成像结果的关键（宽量程将提供较少的图像细节，而较窄、更精细的量程将提供更多细节。）然而，HSM功能使用户能够搜索检测气体，而无需在缩小量程之前设置图像的级别。由于设置背景温度标准是一个复杂的过程，并且一次不可能有多个背景，因此HSM功能让维护工程师或操作员节省大量时间，并使他们更容易、更快速地搜索检测微小泄漏。这是实时完成的，因此大大提高了气体检测热像仪的稳定性和灵敏度。稳定性的增强还意味着在高灵敏度模式中，热像仪可以在使用时移动，而不需要三脚架来稳定。FLIR光学气体成像（OGI）热像仪，作为FLIR的“明星产品”，配备高灵敏度模式，让操作员能在安全距离范围内检测细微气体的泄漏，从数百米以外的距离检测较大泄漏，还可检测炼油、石化、制药、天然气等行业的气体泄漏。●往期推荐●● 小菲课堂｜详细解析工业火灾有效防治的三大关键技术● 小菲课堂｜了解CAT等级，选对工具保平安~● 小菲课堂｜红外测温仪与红外热像仪，到底该如何抉择？｜Teledyne FLIR｜Teledyne FLIR是Teledyne Technologies旗下子公司，是国防和工业应用智能传感解决方案的佼佼者，在全球拥有约4000名员工。公司成立于1978年，创造先进的技术帮助专业人士做出更好、更快的决策，拯救生命，改善生活。

传统气相色谱检测器很难胜任气体中痕量物质分析的工作，岛津公司全新开发的高灵敏度气相色谱系统Tracera，融合了专为毛细管型气相色谱仪GC-2010 Plus精心设计的BID检测器（介质阻挡放电等离子体检测器）技术，在此方面展示了强大的分析优势，完全能够满足痕量物质分析的需求。 以下介绍高灵敏度气相色谱系统Tracera具备的优异性能。高灵敏度灵敏度高于TCD百倍以上，高于FID 两倍以上BID和TCD检测器灵敏度比较 分析永久性气体比较这两个检测器的灵敏度差异。对于有机化合物，BID检测器的灵敏度是TCD的200倍以上；对于永久性气体，BID检测器的灵敏度是TCD的几十倍以上。 永久性气体和轻烃类化合物的高灵敏度分析 分析永久性气体和轻烃类化合物时，常规分析方法需要配置多个检测器，且在分析ppm水平的CO和CO2时，需要甲烷转化炉和FID检测器配合才能进行分析。此时，如果使用BID检测器则完全不同，它可以替代这两个装置，实现无机气体和轻烃类混合物的高灵敏度同时分析。检测浓度范围对比 注：图中所示为推荐检测浓度范围，实际分析中可能会因化合物结构、分析条件和仪器的不同而有所差异。高通用性单一检测器完全满足复杂分析要求BID和FID检测器灵敏度比较 FID检测器对C-H键化合物响应良好，是烃类化合物分析的理想选择，但对含羰基、羧基、羟基（-OH）、醛基（-CHO）、卤素（氟，氯等）化合物的响应较差或无响应。相比较而言，BID检测器可以极大提高上述化合物的灵敏度，且灵敏度几乎无差异。灵敏度比较 下图所示为不同溶剂在FID和BID上的响应差异。正己烷的响应值设定为1，所有化合物BID的灵敏度均高于FID，且相对响应值较为均一。分析高沸点化合物 BID的设定温度可达350℃，完全满足n-C44以下石蜡混合物的分析要求。 高稳定性介质阻挡放电等离子体生成技术保证仪器长期分析稳定性 下图为BID检测器等离子体发生室，其放电电极与等离子体无任何接触，此耐用式结构设计使BID完全不需要仪器维护或消耗品更换。长期分析稳定性实验 为评估长期分析稳定性，BID检测器进行了灵敏度稳定性实验，分别在仪器连续运行96h、2688h、3240h时读取峰强度值，96h时响应值设定为1，计算2688h和3240h数值，如下图所示，其差异可以忽略。痕量气体分析重现性实验 样品中各组分浓度约5ppm，采用定量环进样方式对样品进行一系列重现性实验，峰面积的重现性良好，RSD在0.84%&ndash 1.80%之间。新型BID检测器（介质阻挡放电等离子体检测器）新型等离子体技术满足痕量分析的要求 新型BID检测器（介质阻挡放电等离子体检测器）主要通过介质阻挡放电产生的氦等离子体进行电离（离子化），是一种灵敏度极高的通用型检测器。在较低温度下，通过在石英玻璃管上加高电压，产生具有极高光子能量（17.7eV）的氦等离子体。 色谱柱流出的组分在氦等离子体的能量轰击下离子化，收集极检测离子信号，输出色谱峰。 BID检测器是岛津公司与日本大阪大学工程学研究生院原子和分子技术中心Katsuhisa Kitano博士的合作研究成果，目前已获得3项美国专利，4项专利待审批。应用对比关于岛津 岛津企业管理（中国）有限公司是（株）岛津制作所为扩大中国事业的规模，于1999年100%出资，在中国设立的现地法人公司。 目前，岛津企业管理（中国）有限公司在中国全境拥有13个分公司，事业规模正在不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心；覆盖全国30个省的销售代理商网络；60多个技术服务站，构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。 岛津作为全球化的生产基地，已构筑起了不仅面向中国客户，同时也面向全世界的产品生产、供应体系，并力图构建起一个符合中国市场要求的产品生产体制。 以&ldquo 为了人类和地球的健康&rdquo 为目标，岛津人将始终致力于为用户提供更加先进的产品和更加满意的服务。 更多信息请关注岛津公司网站www.shimadzu.com.cn/an/ 。

根据 X 射线能量转换为相应电荷的方式不同，X 射线相机可以分为间接和直接探测两类。目前基于光子计数的像素化 X 射线直接探测器， 得益于其高探测效率、零噪声、高帧率、能量窗口筛选能力，低点扩散等特点，使得其在 X 射线衍射，散射，关联光谱等弱光或有时间分辨要求的应用得到广泛的应用，在 X 射线能谱成像领域带来了质的飞跃，目前商业化的医用能谱 CT 已经面世。此项技术的发展充分践行科学技术造福人类的终极目的，从基础研究及应用，到科学装置，随之是实验室及商业化医学应用。但是目前光子计数的像素化 X 射线直接探测器的最小像素尺寸为 55μm*55μm，其不能满足 X 射线微纳 CT、显微成像，计量学等应用方向对于更小像素的需求。因此，目前高分辨 X 射线间接探测相机在如上领域具有不可替代的作用。1X 射线间接探测相机基本原理及类型X 射线间接探测相机基本结构是高能的 X 射线打在闪烁体上，随之转为可见光，部分可将光通过光学耦合器件耦合到后端的 CCD 或 CMOS 传感器上。光学耦合器件包含两种：透镜和光锥或光学面板。 透镜组耦合 光锥耦合主要性能差异-透镜组耦合VS光锥耦合光锥耦合 X 射线相机的的光传输效率是透镜耦合的 4 倍。主要是因为光锥的耦合效率高；透镜耦合 X 射线相机的空间分辨率可以低至亚微米水平，但是光锥不行，是因为光锥的光纤尺寸为几个微米。2捷克 RITE 公司的低至亚微米分辨的高性能X射线 CCD/sCMOS 相机捷克 RITE 公司主要提供透镜耦合（fiber coupled，LC）和光锥耦合（fiber coupled，FC）两种高分辨间接探测X射线相机。进一步根据传感器不同，可分为电荷耦合（CCD）和互补型金属氧化物（CMOS）两种版本。探测器采用一体化结构，小巧紧凑，结实坚固，易操作易集成，从原材料的采购，到生产及成品测试都经过严格的把关，不仅性能优越而且坚固耐用。适用于微米及亚微米的 X 射线显微成像、X 射线显微 CT、X 射线计量学等应用。3XSight&trade LC 透镜耦合高分辨 X 射线相机主要特点多个镜头可简单切换，实测空间分辨率500nm-7µ m； 紧凑坚固的设计，可防止因散射的 X 射线直接撞击传感器而产生噪声； 一体化设计，易于安装和操作，无需水冷，USB 传输，软件友好。可提供真空版本，光谱范围可扩展到 EUV 能段。XSight&trade LC 真空版-EUV 可更换镜头单元规格参数参数Xsight Micron LC X-rayCCD CameraXsight Micron LC X-raysCMOS Camera芯片类型CCDsCMOS像素数3300x25002048x2048视场Model LC 02700.90 mm (H) x 0.68 mm (V)Model LC 02700.67 mm (H) x 0.67 mm (V)Model LC 05401.8 mm (H) x 1.36 mm (V)Model LC 05401.33 mm (H) x 1.33 mm (V)Model LC 10803.60 mm (H) x 2.70 mm (V)Model LC 10802.66 mm (H) x 2.66 mm (V)Model LC 21607.2 mm (H) x 5.4 mm (V)Model LC 21605.32 mm (H) x 5.32 mm (V)Model LC 432014.40 mm (H) x 10.80 mm (V)Model LC 432010.64 mm (H) x 10.64 mm (V)有效像素尺寸及空间分辨率（JIMA RT RC-02(center area, 8 keV)）Model LC 0270 0.275μm / 0.4 μmModel LC 0270 0.325μm / 0.5 μmModel LC 0540 0.55μm /0.6 μmModel LC 0540 0.65μm /0.8 μmModel LC 1080 1.1μm / 1.5 μmModel LC 1080 1.3μm / 1.5 μmModel LC 2160 2.2μm / 3.0 μmModel LC 2160 2.6μm / 3.0 μmModel LC 4320 4.4μm / 7.0 μmModel LC 4320 5.2μm / 7.0 μm能量范围5-30 KeV（真空版可到EUV波段＞50eV）5-30 KeV（真空版可到EUV波段＞50eV）读出噪声7.5e- RMS1.4e- RMS暗电流0.001e-/pix/s@-30℃0.14e-/pix/s@0℃（风冷）0.04e-/pix/s@-10℃（水冷）帧率-3 fps-40 fps动态范围2800:121400:1XSight&trade LC 透镜耦合高分辨 X 射线相机搭建在理学 nano 3D X 射线显微系统中：应用示例蜱虫0.4 micron resolution蚂蚁头部图像 taken by a 0.27 um pixel array4XSight&trade FC -光锥耦合、高灵敏度 X 射线相机二维（2D）X 射线 XSight&trade FC 系列相机，由薄荧光屏，光锥和相机组成。与透镜耦合版本相比，光纤耦合探测器的的灵敏度大约高 20 倍。也分为 CCD 和 sCMOS 版本。可应用于 X 射线显微镜，X 射线形貌术，X 射线光学调整和计量学、X 射线成像等应用。 紧凑坚固的设计，可防止因散射的 X 射线直接撞击传感器而产生噪声。机身底部配 M6（CCD版）/ ¼ " 20 UNC（sCMOS版）标准螺纹，易于集成。一体化机型，易于安装和操作，无需水冷，USB（CCD）/Camera Link Full (sCMOS) 传输，软件友好。XSight&trade FC 5400CCD 相机XSight&trade FC 2160CCD 相机XSight&trade µ RapidsCMOS相机规格参数参数Xsight Micron FCCCD CameraFC5400Xsight Micron FCCCD CameraFC2160Xsight μRapid Camera芯片类型全帧CCD全帧CCDsCMOS像素数3326 x 25043326 x 25042048 x 2048视场18mm x 13.5mm7.2mm x 5.4mm13.3mm x 13.3mm实测空间分辨率16μm@8KeV8μm@8KeV20μm@8KeV能量范围5-30KeV5-30KeV5-30KeV读出噪声10e-RMS7.5e- RMS1.5(e- rms,fast scan)1.4(e- rms,slow scan)暗电流0.02e-/pix/s@-30℃0.02e-/pix/s@-30℃0.5e-/pix/s@5℃ 帧率 1 fps 1fps100(fps@full resolution,fast scan)35(fps@full resolution,slow scan)动态范围3100:1(70dB)3100:1(70dB)20000:1(fast scan)21430:1(slow scan)XSight&trade FC -光锥耦合、高灵敏度 X 射线相机搭载在理学 XRTMicron 射线形貌成像系统中用于单晶材料的无损检测:应用示例：木槿叶(8 keV，视场18.0 mm (H) x 13.5 mm (V))老鼠爪子 CT 渲染视频（由 SLS - PSI 的 TOMCAT 光束线提供）关于RITERigaku Corporation 于 2008 年在捷克首都布拉格成立了 Rigaku Innovative Technologies Europe s.r.o. (下简称“RITE”)，配有多个专业的 X 射线实验室，作为日本理学在欧洲的 X 射线光学镜片设计、开发和制造中心。 尽管理学在 2008 年才成立 RITE，但是 RITE 前身却在业内有着超过 50 年的发展历史。团队创始成员来自捷克科学院和捷克理工大学，参与了多项（原）捷克斯洛伐克空间探测项目，是目前捷克 X 射线光学领域的领先研究学者。凭借自身在 X 射线、极紫外光学领域多年的积累，除了承担母公司理学的研发 (R&D) 任务以外，RITE 秉承着开放合作的理念，也直接向全球的工业客户、实验室科研用户提供标准或定制型 EUV/X-RAY 光学镜片和高分辨 X 射线相机等。北京众星联恒科技有限公司作为捷克 RITE 公司中国区授权总代理商，为中国客户提供 RITE 所有产品的售前咨询，销售及售后服务。我司始终致力于为广大科研用户提供专业的 EUV、X 射线产品及解决方案。如果您有任何问题，欢迎联系我们进行交流和探讨。了解RITE光学复制技术：以创新为先导，聚焦EUV极紫外/X射线光学器件的研发- 捷克RITE

新一代超高灵敏度半导体芯片失效分析热成像显微镜日前在美国问世，于2014年3月18日慕尼黑上海电子展上在大中华区发布并在中国大陆，台湾和香港同步上市，由孚光精仪公司负责该区域销售和售后服务。新一代热发射显微镜采用锁相热成型技术，可探测到1mK (0.001°C) 的器件温度变化，可探测到 100 μW 的功率变化。据悉，这种热发射显微镜可快速定位半导体器件的温度异常点，从而找到漏电等失效点位置。这种热发射显微镜不需要对器件表面处理，可对裸器件和封装器件失效分析，也可定位SMD器件的低功率位置，比如电容泄露测试。除了失效分析之外，这套热发射显微镜还具有器件的真实温度测量功能，以及结点温度，热阻和芯片黏着 Die Attach分析功能。详情浏览：http://www.f-opt.cn/rechengxiang/hongwaixianweijing.html应用领域：器件漏电分析栅极和漏极之间的电阻短路分析封装器件的复合模具短路分析Latch-up点定位金属性短路分析缺陷晶体管和二极管定位分析氧化层击穿SMD元件漏电分析特色和功能超高灵敏度失效点定位堆叠芯片的缺陷深度分析真实温度测量结点温度测量封装和裸露器件分析正面和背面分析检测芯片粘接问题

供稿：张昕编辑：小武老师、Jiang电化学传感器在工业生产及生活领域中的应用非常广泛，尤其在优化控制过程方面起到非常重要的作用。常见领域有汽车尾气检测、电厂工业废气监测、工业锅炉以及家用壁炉的优化控制等。近几年，使用复合材料（例如：贵金属+金属氧化物）电的混成电位电化学传感器成为研究重点。近期研究人员发现相较于均匀材料分布的电，采用非均匀材料制成的电展现出了佳的气敏性能和应用前景，但非均匀材料电过程以及气敏机理一直没有得到较为全面系统的论述。传感器 （图片来源于：https://www.lamtec.de/en）基于此背景，2017年德国卡尔斯鲁厄应用技术大学（KUAS）传感器与信息系统研究所做了新的尝试，采用层级结构的金+铂+氧化锆合成电，用于混成电位型气敏传感器，并对其电过程和气敏机理进行了深入研究和论证。卡尔斯鲁厄应用技术大学（KUAS）图片转自网络实验中采用辉光放电光谱仪和环境扫描电镜等表征手段，同时配合稳态（开路电位法）和动态（循环伏安法）电化学方法，发现该复合电材料可以提高气敏传感器的灵敏度。同时实验还揭示了这种新型层级结构电的非均匀材料分布特性，以及与电电化学性能之间的相互关联。本次实验采用GD-Profiler2辉光放电光谱仪超快速剖析了电中各元素随深度变化的情况。结果表明，电表面修饰的金层在高温烧结后不仅仅附着在电表面，还扩散到了电内部。结合开路电位法，研究人员还发现，采用厚膜工艺制备的铂+氧化锆电（微米级）在表面修饰纳米级别的金层后，其电化学催化性能发生了明显改变。修饰后的电在含有一氧化碳的气氛中呈现出混成电位特性。相较于修饰较薄金层的电，拥有较厚金层的电对一氧化碳的响应更灵敏，这是因为修饰的金层削弱了电对氧还原反应的催化性能。实验表明：修饰的金层越厚，氧还原反应被削弱的越明显。这一结果也得到了循环伏安法的验证。金+铂+氧化锆合成电横截面结构示意图该工作以《Mixed-potential gas sensor with layered Au,Pt-YSZ electrode: Investigating the sensing mechanism with steady state and dynamic electrochemical methods》为题，发表于Sensors and Actuators B：Chemical，原文作者为Xin Zhang/Heinz Kohler/Ulrich Guth。（扫描下方二维码可直达英文原文）扫一扫阅读英文原文如需了解该研究中的测试方法，可扫描如下二维码留言咨询，我们的应用专家将乐于为您提供解答服务。扫一扫咨询技术附：卡尔斯鲁厄应用技术大学（传感器与信息系统研究所）研究方向：基于半导体材料的化学气体传感器的研究，包括气敏机理，气敏纳米材料的合成制备，微单片阵列式传感器器件的结构与设计，以及该型传感器在生活及工业过程中的应用 基于氧化锆的全固态电化学传感器及其在烟道废气检测中的应用 化学催化放热式气敏传感器研究，包括器件设计、催化涂层材料制备及其在可燃气体检测中的应用。KUAS传感器与信息系统研究所图片转自网络HORIBA科学仪器事业部结合旗下具有近 200 年发展历史的 Jobin Yvon 光学光谱技术，HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。

热像仪是利用热能拍摄图像，它捕获到红外能量，并利用这些能量通过数字或模拟视频输出创建图像，细节由温差定义，而红外热像仪的热灵敏度定义了热像仪可以检测到的最小温差。红外热像仪探测器由一系列探测器像元组成。由于红外光谱中的能量波长比可见光长，因此每个红外探测器像元必须相应地大于可见光探测器上的像素，以吸收更长的波长。因此，热像仪的分辨率通常低于相同机械尺寸的可见光传感器。电磁频谱包括从近红外0.75µ m到远红外近1 mm（1000µ m）的红外波段热像仪开发需要考虑的因素热像仪最初是为监视和军事行动而开发的，现在广泛用于工业生产领域，如建筑检查（水分、隔热、屋顶等）、消防、自动驾驶汽车、自动紧急制动 （AEB） 系统、工业检查、科学研究等。这些领域的热像仪有多种外形尺寸，从手持热像仪到无人机热像仪，再有应用到外太空的科学研究热像仪等。设计开发热像仪的工程师们需要清楚地了解关键设计规范，包括热像仪的场景动态范围、视场角、分辨率、热灵敏度和光谱范围等。不同的热像仪可以擅长不同的事情，因此工程师需要了解不同类型的热像仪功能之间的权衡，以及这些差异对最终产品性能的影响。热灵敏度是低对比度场景（包括有雾天气）的关键性能指标灵敏度：清晰度和实用性的关键变量热灵敏度定义了热像仪可以检测到的最小温差，其将直接影响热像仪所能产生的图像清晰度和锐度。热像仪以毫开尔文（mK）为单位标称灵敏度。数字越低，探测器越灵敏。热灵敏度，也称为噪声等效温差（NETD），描述使用热像仪时观察到的最小温差。实际上，NETD值越低，传感器检测细小温差的能力就越强。集成商和开发人员应寻找能够在行业标准30°C下提供NETD性能的制造商，下表可用于评估热探测器的灵敏度。灵敏度（mK）描述＜30mK非常灵敏＜50mK比较灵敏＜60mK灵敏＜70mK一般灵敏＜80mK较低灵敏小伙伴们还要注意到一个问题，有些制造商生产的一些低成本热像仪通过将NETD标称在环境温度为50℃（NETD:XXmK，@50℃）而不是行业标准的30℃（NETD:XXmK，@30℃），从而来隐藏低灵敏度的问题。如果你需要测量的目标通常有很大的温差，那么具有较低热灵敏度的入门级产品就够用。然而，对于更微妙的应用，如检测湿度问题，你将需要更高灵敏度的热像仪。制冷or非制冷与配备非制冷探测器的红外热像仪相比，带制冷探测器的红外热像仪具有明显的优势。制冷型红外热像仪具有与低温冷却器集成的成像传感器，通过制冷器可将传感器温度降低。为了将探测器自身热噪音降低到低于成像场景温差信号的水平，传感器温度的降低是必要的，并且可以显著提高热灵敏度。但是，这些性能改进是有代价的。制冷型红外热像仪通常更大、更重、更耗电。除了牺牲SWaP（尺寸、重量和功率）之外，制冷型红外热像仪的成本要高得多，因为存在机械动作部件（制冷压缩机）因此会受到机械磨损，从而缩短热像仪的平均故障时间（MTTF），低温冷却器的运动部件具有极其严格的机械公差，机械性能会随着时间的推移而退化，氦气也会通过密封件缓慢泄漏。FLIR非制冷型热像仪的最新改进使灵敏度达到20 mK以下，与传统热像仪相比，灵敏度大幅提高，可能使非制冷型长波红外热像仪成为各种新应用的可行选择。虽然很诱人，但需要注意的是，非制冷型红外热像仪不能简单地取代制冷型热像仪。产品开发人员和系统集成商还需要考虑有关成像速度、空间分辨率、光谱滤波等方面的其他要求。灵敏度越高，受雨、雾、雪等恶劣天气条件的影响越小比如FLIR A310就搭载非制冷微量热型探测器，可在热灵敏度为50mK（0.05℃）时输出分辨率为320x240像素的热图像，配合内置分析功能，可提供单点温度测量、区域温度测量和自动报警功能。应用案例：FLIR A310——助力韩国火力发电厂，确保供电正常！FLIR A310：全天候监测火炬塔，守好大气污染的最后一条防线！想要供电不间断？来学学FLIR如何为挪威变电所保驾护航热灵敏度是热像仪选择的关键指标但并不是唯一指标想要知道自己最适合哪种红外热像仪吗？报名系统学习一周时间，在ITC红外培训课堂你就能红外热像仪小白化身为专业热像师

p　　2017年7月，日本电子发布新的STEM(扫描透射电子显微镜)探测器“4DCanvas”。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="news_20170725_4dcanvas.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/50abfd40-7374-4056-a0f4-e52667130d85.jpg"//pp　　作为一种新颖的新型探测器，“4DCanvas”可以记录所有传输、衍射和散射电子的位置和强度，作为STEM图像的每个像素的二维(2D)图案。/pp　　该像素化检测器的传感器是具有264× 264像素的直接电子检测CCD。换句话说,这是一款高灵敏度的多通道检测器。该检测器的记录数据为4维(4D)，其轴为STEM像素位置的x和y，检测器像素位置为u& v。/pp　　预计未来“4DCanvas”的潜在应用会增加，“4DCanvas”的研发将为电子显微镜的用户提供一个平台，就像在画布上自由绘制地图一样。/pp/p

近日，来自安徽科技理工大学、安徽西部大学皖西学院、复旦大学大气与海洋科学学院、上海期智研究院的联合研究团队发表了《通过实施光学条纹噪声抑制方法的激光波长调制光谱技术实现气体测量的高精度和高灵敏度检测》论文。Recently, the joint research team from Anhui University of Science and Technology, West Anhui University, Department of Atmospheric and Oceanic Sciences, Fudan University, Shanghai QiZhi Institute published an academic papers High precision and sensitivity detection of gas measurement by laser wavelength modulation spectroscopy implementing an optical fringe noise suppression method.可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）已被开发用于痕量气体测量，因其高精度、高灵敏度和无需任何样品准备的原位自校准的独特优势。通常，长光程的多次通过腔体（MPC）被应用于增强基于TDLAS的传感器的检测精度和灵敏度。然而，MPC中出现的意外光学干涉纹严重影响了传感器的检测精度和灵敏度。基于MPC的TDLAS传感器的检测精度和灵敏度通常受到光学干涉纹的限制，这些干涉纹由衍射、镜面表面瑕疵的散射、镜面畸变、热膨胀、冷收缩或应力变形引起。因此，MPC中观察到的光学干涉纹由不同的光学干涉纹组成。这些光学干涉纹主要是由于少量的激光以与主激光束相差ΔL的光程到达探测器所致。这些问题对于TDLAS是普遍存在的，尤其是在使用密集重叠斑点模式的MPC时，提出了一些不同的方法来消除光学干涉纹的负面影响。The Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) has been developed for trace gas measurement, as its unique advantages of high precision, high sensitivity and self-calibration in situ qualification with-out any sample preparation. The multi-pass cell (MPC) with a long optical path is usually applied to enhance TDLAS-based sensor’s detection precision and sensitivity. However, the unexpected optical fringes occurring in the MPC often spoil the sensor’s detection precision and sensitivity seriously. The detection precision and sensitivity of the TDLAS-based sensors containing an MPC are often limited by the optical fringes that result from diffraction, scattering on the mirror surface imperfections, mirror aberration, thermal expansion, cold contraction, or stress deformation. Therefore, the complex optical fringe consisting of different optical fringe will be observed in the MPC. These optical fringes are due largely to a small amount of laser reaching the detector with an optical path length differing by ΔL from the main laser beam. Those problems are common for TDLAS, especially using dense overlapped spot pattern MPC and some di&fflig erent methods are proposed to eliminate the negative influence of the optical fringes.研究团队提出了一种抑制可调二极管激光吸收光谱中光学条纹噪声的新方法，并将其应用于由光学条纹扰动的CH4气体传感器，以提高检测精度和灵敏度。所开发的CH4检测仪的示意图如图1所示。宁波海尔欣光电科技有限公司为此项目提供锁相放大器（HPLIA 微型双通道调制解调锁相放大器），从光电探测器输出的信号发送到锁相放大器，锁相放大器相对于同步信号对2f模式进行解调，锁相放大器的时间常数设为1ms。In this work, a novel method to suppress optical fringe noise in the tunable diode laser absorption spectroscopy is proposed and applied to the CH4 gas sensor perturbed by optical fringes for higher detection precision and sensitivity.The schematic diagram of the developed CH4 detection instrument is shown in Fig. 1 . HealthyPhoton Co.,Ltd provided a HPLIA Miniature dual-channel modulated demodulation lock-in amplifier for this project. The lock-in amplifier demodulates the signal in the 2f mode with respect to the sync signal. The time constant of the lock-in amplifier is set to 1 ms.Fig.1. Schematic diagram of the developed CH 4 detection systemlock-in amplifier (Healthy Photon, HPLIA)对于被光学条纹和随机噪声干扰的20 ppm CH4的二次谐波(2 f)信号，通过该新方法，2f信号的信噪比(SNR)从17提高到182，优化平均光谱范围Δ𝜆 。与未经处理的原始信号相比，CH4测量精度改善了约1.5倍。相应的最小可检测浓度可从3 ppb改善到0.78 ppb。系统的相应噪声当量吸收灵敏度(NNEA)和噪声当量浓度(NEC)分别为6.13 ×10-11 cm&minus 1 W Hz&minus 1/2 and 0.181 ppm。For the 2nd harmonic(2f) signal of 20 ppm CH4 spoiled by optical fringes and random noise, by the novel method, the signal-to-noise ratio (SNR) of the 2f signal is improved about 6.5 times from 17 to 182 with an optimal averaging spectral range Δ𝜆 . A &sim 1.5 times improvement in the measurement precision of CH4 is achieved compared to unprocessed raw signal. The corresponding minimum detectable concentration can be improved from 3 ppb down to 0.78 ppb. The corresponding noise equivalent absorption sensitivity (NNEA) and the noise equivalent concentration (NEC) of the system is 6.13 ×10-11cmW-1Hz-1/2 and 0.181 ppm, respectively.Violet line from traditional averaging method and magenta line from the novel optical fringe noise suppression method.Histogram plot of the 20 ppm CH 4 deviation.20 ppm CH 4 Allan-deviation stability of developed overlapped spot pattern MPC.参考文献：Reference:Yanan Cao, Xin Cheng, Zong Xu, Xing Tian, Gang Cheng, Feiyan Peng, Jingjing WangHigh precision and sensitivity detection of gas measurement by laser wavelength modulation spectroscopy implementing an optical fringe noise suppression method, Optics and Lasers in Engineering 166 (2023) 107570www.elsevier.com/locate/optlaseng