激光准直仪原理

p style=" text-indent: 2em " strong 编者按： /strong 如今激光粒度的应用越来越广泛，技术和市场屡有更迭，潮起潮落，物换星移，该如何全方位掌握激光粒度仪的技术和应用发展，如何更好地让激光粒度仪成为我们科研、检测工作中的好战友呢？仪器信息网有幸邀请在中国颗粒学会前理事长，真理光学首席科学家，从事激光粒度仪的研究和开发工作近30年的张福根博士亲自执笔开设专栏，以渊博而丰厚的系列文章，带读者走进激光粒度仪的今时今日。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: center " strong 激光粒度仪应用导论之原理篇 /strong /p p style=" text-indent: 2em " 当前，激光粒度仪在颗粒表征中的应用已经非常广泛。测量对象涵盖三种形态的颗粒体系：固体粉末、悬浮液（包括固液、气液和液液等各类二相流体）以及液体雾滴。应用领域则包含了学术研究机构，技术开发部门和生产监控部门。第一台商品化仪器诞生至今已经50年，作者从事该方向的研究和开发也将近30年。尽管如此，由于被测对象——颗粒体系比较抽象，加上激光粒度仪从原理到技术都比较复杂，且自身还存在一些有待完善的问题，作者在为用户服务的过程中，感觉到对激光粒度仪的科学和技术问题作一个既通俗但又不失专业性的介绍，能够帮助读者更好地了解、选择和使用该产品。本系列文章的定位是通俗性的。但为了让部分希望对该技术有深入了解的读者获得更多、更深的有关知识，作者在本文的适当位置增加了“进阶知识”。只想通俗了解激光粒度仪的读者，可以略过这些内容。 /p p style=" text-indent: 2em " 首先应当声明，这里所讲的激光粒度仪是指基于静态光散射原理的粒度测试设备。当前还有一种也是基于光散射原理的粒度仪，并且也是以激光为照明光源，但是称为动态光散射（Dynamic light scattering，简称DLS）粒度仪。前者是根据不同大小的颗粒产生的散射光的空间分布（认为这一分布不随时间变化）来计算颗粒大小，而后者是在一个固定的散射角上测量散射光随时间的变化规律来分析颗粒大小；前者适用于大约0.1微米以粗至数千微米颗粒的测量，而后者适用于1微米以细至1纳米（千分之一微米）颗粒的测量。激光粒度仪在英文中又称为基于激光衍射方法（Laser diffraction method）的粒度分析技术。 /p p style=" text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 【进阶知识1】严格地说，把激光粒度仪的原理说成是“衍射方法”是不准确，甚至带有误导性的。从物理上说，光的衍射和散射是有所区别的。“光的衍射”学说源自光的波动性已经被实验所证实，但是还没从理论上认识到光是一种电磁波这一时期，大约是19世纪上半叶。在更早的时候，人们认为光的行进路线是直线，就像一个不受外力作用的粒子作匀速直线运动那样。这一说法历史上被称为“光的粒子说”。后来人们发现光具有波动形。那个时候人们所知道的波只有水波，所以“衍”字是带水的。“光的衍射”描述的是光波在传播过程中遇到障碍物时，会改变原来的传播方向绕到障碍物后面的现象，故衍射又称做“绕射”。描述衍射现象的理论称为衍射理论。衍射理论在远场（即在远离障碍物的位置观察衍射）的近似表达称为“夫朗和费衍射（Fraunhofer diffraction）”。衍射理论不考虑光场与物质（障碍物）之间的相互作用，只是对这一现象的维像描述，所以是一种近似理论。它只适用于障碍物（“颗粒”就是一种障碍物）远大于光的波长（激光粒度仪所用的光源大多是红光，波长范围0.6至0.7微米），并且散射角的测量范围小于5° 的情形。 /span /p p style=" text-indent: 2em " 麦克斯韦（Maxwell）在19世纪70年代提出电磁波理论后，发现光也是一种电磁波。光的衍射现象本质上是电磁场和障碍物的相互作用引起的。衍射理论是电磁波理论的近似表达。严谨的电磁波理论认为，光在行进中遇到障碍物，与之相互作用而改变了原来的行进方向。一般把这种现象称作光的散射。用电磁波理论能够描述任意大小的物体对光的散射，并且散射光的方向也是任意的。不论是早期还是现在，用激光粒度仪测量颗粒大小时，都假设颗粒是圆球形的。如果再假设颗粒是均匀、各向同性的，那么就能用严格的电磁波理论推导出散射光场的严格解析解（称为“米氏（Mie）散射理论”）。 /p p style=" text-indent: 2em " 现在市面上的激光粒度仪绝大多数都采用Mie散射理论作为物理基础，因此把现在的激光粒度仪所用的物理原理说成是衍射方法是不准确的，甚至会被误认为是早期的建立在衍射理论基础上的仪器。 /p p style=" text-indent: 2em " 世界上第一台商品化激光粒度仪是1968年设计出来的。尽管当时Mie理论已经被提出，但是受限于当时计算机的计算能力，还难以用它快速计算各种粒径颗粒的散射光场的数值。所以当时的激光粒度仪都是用Fraunhofer衍射理论计算散射光场，这也是这种原理被说成激光衍射法的缘由。这种称呼一直延用到现在。不过现在国际上用“光散射方法”这个词的已经逐渐多了起来。 /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/d07b19f0-4c57-4748-9d53-229c65c56d4e.jpg" title=" 图1：颗粒光散射示意图.jpg" / /p p br/ /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " 颗粒光散射示意图 /p p style=" text-indent: 2em " 激光粒度仪是基于这样一种现象：当一束单色的平行光（激光束）照射到一个微小的球形颗粒上时，会产生一个光斑。这个光斑是由一个位于中心的亮斑和围绕亮斑的一系列同心亮环组成的。这样的光斑被称为“爱里斑（Airy disk）”，而中心亮斑的尺寸是用亮斑的中心到第一个暗环（最暗点）的距离计算的，又称为爱里斑的半径。爱里斑的大小和光强度的分布随着颗粒尺寸的变化而变化。一种传统并被业界公认的说法是：颗粒越小，爱里斑越大。因此我们可以根据爱里斑的光强分布确定颗粒的尺寸。当然，在实际操作中，往往有成千上万个颗粒同时处在照明光束中。这时我们测到的散射光场是众多颗粒的散射光相干叠加的结果。 /p p style=" text-indent: 2em " strong & nbsp 编者结： /strong 明了内功心法，下一步自然会渴望于掌握武功招式。本文深入浅出地介绍激光粒度仪的原理，激光粒度仪的结构自然是读者们亟待汲取的“武功招式”。欲得真经，敬请期待张福根博士系列专栏——激光粒度仪应用导论之结构篇。 /p p style=" text-indent: 0em text-align: right " （作者：张福根） /p

p 　　粒度仪是用物理的方法测试固体颗粒的大小和分布的一种仪器。根据测试原理的不同分为沉降式粒度仪、沉降天平、激光粒度仪、光学颗粒计数器、电阻式颗粒计数器、颗粒图像分析仪等。 /p p 　　激光粒度仪是通过激光散射的方法来测量悬浮液，乳液和粉末样品颗粒分布的多用途仪器。具有测试范围宽、测试速度快、结果准确可靠、重复性好、操作简便等突出特点，是集激光技术、计算机技术、光电子技术于一体的新一代粒度测试仪器。 /p p 　　 strong 激光粒度仪的光学结构 /strong /p p 　　激光粒度仪的光路由发射、接受和测量窗口等三部分组成。发射部分由光源和光束处理器件组成，主要是为仪器提供单色的平行光作为照明光。接收器是仪器光学结构的关键。测量窗口主要是让被测样品在完全分散的悬浮状态下通过测量区，以便仪器获得样品的粒度信息。 /p p 　　 strong 激光粒度仪的原理 /strong /p p 　　激光粒度仪是根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象测试粒度分布的。由于激光具有很好的单色性和极强的方向性，所以在没有阻碍的无限空间中激光将会照射到无穷远的地方，并且在传播过程中很少有发散的现象。 /p p 　　米氏散射理论表明，当光束遇到颗粒阻挡时，一部分光将发生散射现象，散射光的传播方向将与主光束的传播方向形成一个夹角θ，θ角的大小与颗粒的大小有关，颗粒越大，产生的散射光的θ角就越小 颗粒越小，产生的散射光的θ角就越大。即小角度(θ)的散射光是有大颗粒引起的 大角度(θ1)的散射光是由小颗粒引起的。进一步研究表明，散射光的强度代表该粒径颗粒的数量。这样，测量不同角度上的散射光的强度，就可以得到样品的粒度分布了。 /p p 　　为了测量不同角度上的散射光的光强，需要运用光学手段对散射光进行处理。在光束中的适当的位置上放置一个富氏透镜，在该富氏透镜的后焦平面上放置一组多元光电探测器，不同角度的散射光通过富氏透镜照射到多元光电探测器上时，光信号将被转换成电信号并传输到电脑中，通过专用软件对这些信号进行数字信号处理，就会准确地得到粒度分布了。 /p p 　　 strong 激光粒度仪测试对象 /strong /p p 　　1.各种非金属粉：如重钙、轻钙、滑石粉、高岭土、石墨、硅灰石、水镁石、重晶石、云母粉、膨润土、硅藻土、黏土等。 /p p 　　2.各种金属粉：如铝粉、锌粉、钼粉、钨粉、镁粉、铜粉以及稀土金属粉、合金粉等。 /p p 　　3.其它粉体：如催化剂、水泥、磨料、医药、农药、食品、涂料、染料、荧光粉、河流泥沙、陶瓷原料、各种乳浊液。 /p p 　　 strong 激光粒度仪的应用领域 /strong /p p 　　1、高校材料 /p p 　　2、化工等学院实验室 /p p 　　3、大型企业实验室 /p p 　　4、重点实验室 /p p 　　5、研究机构 /p p 　　文章来源：仪器论坛（http://bbs.instrument.com.cn/topic/5163115） /p p br/ /p

1. 什么是光散射现象？光线通过不均一环境时，发生的部分光线改变了传播方向的现象被称作光散射，这部分改变了传播方向的光称作散射光。宏观上，从阳光被大气中空气分子和液滴散射而来的蓝天和红霞到被水分子散射的蔚蓝色海洋，光散射现象本质都是光与物质的相互作用。2. 颗粒与光的相互作用微观上，当一束光照在颗粒上，除部分光发生了散射，还有部分发生了反射、折射和吸收，对于少数特别的物质还可能产生荧光、磷光等。当入射光为具有相干性的单色光时，这些散射光相干后形成了特定的衍射图样，米氏散射理论是对此现象的科学表述。如果颗粒是球形，在入射光垂直的平面上观察到称为艾里斑的衍射图样。颗粒散射激光形成艾里斑3. 激光粒度仪原理-光散射的空间分布探测分析艾里斑与光能分布曲线当我们观察不同尺寸的颗粒形成的艾里斑时，会发现颗粒的尺寸大小与中间的明亮区域大小一般成反相关。现代的激光粒度仪设计中，通过在垂直入射光的平面距中心点不同角度处依次放置光电检测器进行粒子在空间中的光能分布进行探测，将采集到的光能通过相关米氏散射理论反演计算，就可以得出待分析颗粒的尺寸了。这种以空间角度光能分布的测量分析样品颗粒分散粒径的仪器即是静态光散射激光粒度仪，由于测试范围宽、测试简便、数据重现性好等优点，该方法仪器使用最广泛，通常被简称为激光粒度仪。根据激光波长（可见光激光波长在几百纳米）和颗粒尺寸的关系有以下三种情况：a) 当颗粒尺寸远大于激光波长时，艾里斑中心尺寸与颗粒尺寸的关系符合米氏散射理论在此种情况下的近似解，即夫琅和费衍射理论，老式激光粒度仪亦可以通过夫琅和费衍射理论快速准确地计算粒径分布。b) 当颗粒尺寸与激光波长接近时，颗粒的折射、透射和反射光线会较明显地与散射光线叠加，可能表现出艾里斑的反常规变化，此时的散射光能分布符合考虑到这些影响的米氏散射理论规则。通过准确的设定被检测颗粒的折射率和吸收率参数，由米氏散射理论对空间光能分布进行反演计算即可得出准确的粒径分布。c) 当颗粒尺寸远小于激光波长时，颗粒散射光在空间中的分布呈接近均匀的状态（称作瑞利散射），且随粒径变化不明显，使得传统的空间角度分布测量的激光粒度仪不再适用。总的来说，激光粒度仪一般最适于亚微米至毫米级颗粒的分析。静态光散射原理Topsizer Plus激光粒度分析仪Topsizer Plus激光粒度仪的测试范围达0.01-3600μm，根据所搭配附件的不同，既可测量在液体中分散的样品，也可测量须在气体中分散的粉体材料。4. 纳米粒度仪原理-光散射的时域涨落探测（动态光散射）分析 对于小于激光波长的悬浮体系纳米颗粒的测量，一般通过对一定区域中测量纳米颗粒的不定向地布朗运动速率来表征，动态光散射技术被用于此时的布朗运动速率评价，即通过散射光能涨落快慢的测量来计算。颗粒越小，颗粒在介质中的布朗运动速率越快，仪器监测的小区域中颗粒散射光光强的涨落变化也越快。然而，当颗粒大至微米极后，颗粒的布朗运动速率显著降低，同时重力导致的颗粒沉降和容器中介质的紊流导致的颗粒对流运动等均变得无法忽视，限制了该粒径测试方法的上限。基于以上原因，动态光散射的纳米粒度仪适宜测试零点几个纳米至几个微米的颗粒。5.Zeta电位仪原理-电泳中颗粒光散射的相位探测分析纳米颗粒大多有较活泼的电化学特性，纳米颗粒在介质中滑动平面所带的电位被称为Zeta电位。当在样品上加载电场后，带电颗粒被驱动做定向地电泳运动，运动速度与其Zeta电位的高低和正负有关。与测量布朗运动类似，纳米粒度仪可以测量电场中带电颗粒的电泳运动速度表征颗粒的带电特性。通常Zeta电位的绝对值越高，体系内颗粒互相排斥，更倾向与稳定的分散。由于大颗粒带电更多，电泳光散射方法适合测量2nm-100um范围内的颗粒Zeta电位。NS-90Z 纳米粒度及电位分析仪NS-90Z 纳米粒度及电位分析仪在一个紧凑型装置仪器中集成了三种技术进行液相环境颗粒表征，包括：利用动态光散射测量纳米粒径，利用电泳光散射测量Zeta电位，利用静态光散射测量分子量。6. 如何根据应用需求选择合适的仪器为了区分两种光散射粒度仪，激光粒度仪有时候又被称作静态光散射粒度仪，而纳米粒度仪有时候也被称作动态光散射粒度仪。需要说明的是，由于这两类粒度仪测量的是颗粒的散射光，而非对颗粒成像。如果多个颗粒互相沾粘在一起通过检测区间时，会被当作一个更大的颗粒看待。因此这两种光散射粒度仪分析结果都反映的是颗粒的分散粒径，即当颗粒不完全分散于水、有机介质或空气中而形成团聚、粘连、絮凝体时，它们测量的结果是不完全分散的聚集颗粒的粒径。综上所述，在选购粒度分析仪时，基于测量的原理宜根据以下要点进行取舍：a) 样品的整体颗粒尺寸。根据具体质量分析需要选择对所测量尺寸变化更灵敏的技术。通常情况下，激光粒度仪适宜亚微米到几个毫米范围内的粒径分析；纳米粒度仪适宜全纳米亚微米尺寸的粒径分析，这两种技术测试能力在亚微米附近有所重叠。颗粒的尺寸动态光散射NS-90Z纳米粒度仪测试胶体金颗粒直径，Z-average 34.15nmb) 样品的颗粒离散程度。一般情况下两种仪器对于单分散和窄分布的颗粒粒径测试都是可以轻易满足的。对于颗粒分布较宽，即离散度高/颗粒中大小尺寸粒子差异较大的样品，可以根据质量评价的需求选择合适的仪器，例如要对纳米钙的分散性能进行评价，关注其微米级团聚颗粒的含量与纳米颗粒的含量比例，有些工艺不良的情况下团聚的颗粒可能达到十微米的量级，激光粒度仪对这部分尺寸和含量的评价真实性更高一些。如果需要对纳米钙的沉淀工艺进行优化，则需要关注的是未团聚前的一般为几十纳米的原生颗粒，可以通过将团聚大颗粒过滤或离心沉淀后，用纳米粒度仪测试，结果可能具有更好的指导性，当然条件允许的情况下也可以选用沉淀浆料直接测量分析。有些时候样品中有少量几微米的大颗粒，如果只是定性判断，纳米粒度仪对这部分颗粒产生的光能更敏感，如果需要定量分析，则激光粒度仪的真实性更高。对于跨越纳米和微米的样品，我们经常需要合适的进行样品前处理，根据质量目标选用最佳质控性能的仪器。颗粒的离散程度静态光散射法Topsizer激光粒度仪测试两个不同配方工艺的疫苗制剂动态光散射NS-90Z纳米粒度仪测试疫苗制剂直径激光粒度仪测试结果和下图和纳米粒度仪的结果是来自同一个样品，从分布图和数据重现程度上看，1um以下，纳米粒度仪分辨能力优于激光粒度仪；1um以上颗粒的量的测试，激光粒度仪测试重现性优于纳米粒度仪；同时对于这样的少量较大颗粒，动态光散射纳米粒度仪在技术上更敏感（测试的光能数据百分比更高）。在此案例的测试仪器选择时，最好根据质控目标来进行，例如需要控制制剂中大颗粒含量批次之间的一致性可以选用激光粒度仪；如果是控制制剂纳米颗粒的尺寸，或要优化工艺避免微米极颗粒的存在，则选用动态光散射纳米粒度仪更适合。c) 测试样品的状态。激光粒度仪适合粉末、乳液、浆料、雾滴、气溶胶等多种颗粒的测试，纳米粒度仪适宜胶体、乳液、蛋白/核酸/聚合物大分子等液相样品的测试。通常激光粒度仪在样品浓度较低的状态下测试，对于颗粒物含量较高的样品及粉末，需要在测试介质中稀释并分散后测试。对于在低浓度下容易团聚或凝集的样品，通常使用内置或外置超声辅助将颗粒分散，分散剂和稳定剂的使用往往能帮助我们更好的分离松散团聚的颗粒并避免颗粒再次团聚。纳米粒度仪允许的样品浓度范围相对比较广，多数样品皆可在原生状态下测试。对于稀释可能产生不稳定的样品，如果测试尺寸在两者都许可的范围内，优先推荐使用纳米粒度仪，通常他的测试许可浓度范围更广得多。如果颗粒测试不稳定，通常需要根据颗粒在介质体系的状况，例如是否微溶，是否亲和，静电力相互作用等，进行测试方法的开发，例如，通过在介质中加入一定的助剂/分散剂/稳定剂或改变介质的类别或采用饱和溶液加样法等，使得颗粒不易发生聚集且保持稳定，大多数情况下也是可以准确评价样品粒径信息的。当然，在对颗粒进行分散的同时，宜根据质量分析的目的进行恰当的分散，过度的分散有时候可能会得到更小的直径或更好重现性的数据，但不一定能很好地指导产品质量。例如对脂质体的样品，超声可能破坏颗粒结构，使得粒径测试结果失去质控意义。d) 制剂稳定性相关的表征。颗粒制剂的稳定性与颗粒的尺寸、表面电位、空间位阻、介质体系等有关。一般来说，颗粒分散粒径越细越不容易沉降，因此颗粒间的相互作用和团聚特性是对制剂稳定性考察的重要一环。当颗粒体系不稳定时，则需要选用颗粒聚集/分散状态粒径测量相适宜的仪器。此外，选用带电位测量的纳米粒度仪可以分析从几个纳米到100um的颗粒的表面Zeta电位，是评估颗粒体系的稳定性及优化制剂配方、pH值等工艺条件的有力工具。颗粒的分散状态e) 颗粒的综合表征。颗粒的理化性质与多种因素有关，任何表征方法都是对颗粒的某一方面的特性进行的测试分析，要准确且更系统地把控颗粒产品的应用质量，可以将多种分析方法的结果进行综合分析，也可以辅助解答某一方法在测试中出现的一些不确定疑问。例如结合图像仪了解激光粒度仪测试时样品分散是否充分，结合粒径、电位、第二维利系数等的分析综合判断蛋白制剂不稳定的可能原因等。

激光诱导击穿光谱（Laser Induced Breakdown Spectroscopy,简称LIBS）是一种原子发射光谱。它利用高能量聚焦脉冲激光光束激发样品表面，对产生的原子光谱进行分析得到对应元素成分及含量。是一种快速、定性的分析手段。随着激光器以及光谱仪小型化技术的发展，轻便的手持LIBS光谱仪成为现实。其优势在于能将精密的分析仪器带到生产的一线，主要用于铁基、铝基、铜基、镍基等金属合金材料的现场牌号鉴别及合金元素成分的快速鉴定。手持LIBS光谱仪能对生产过程进行高速，高效的监控，完善企业质量管理体系，提高生产效率，是工业生产过程中的一个不可或缺的环节。 手持式LIBS激光诱导击穿光谱仪，它利用高能量聚焦脉冲激光光束激发样品表面，对产生的原子光谱进行分析得到对应元素成分及含量。是一种快速、定性的分析手段。随着激光器以及光谱仪小型化技术的发展，轻便的手持式光谱仪成为现实。其优势在于能将精密的分析仪器带到生产的一线，主要用于铁基、铝基、铜基、镍基等金属合金材料的现场牌号鉴别及合金元素成分的快速鉴定。手持LIBS光谱仪能对生产过程进行高速，高效的监控，完善企业质量管理体系，提高生产效率，是工业生产过程中的一个不可或缺的环节。 手持式LIBS激光诱导击穿光谱仪，其工作原理是利用脉冲激光产生的等离子体烧蚀并激发样品中的物质，并通过光谱仪获取被等离子体激发的原子所发射的光谱，以此来识别样品中的元素组成成分，进而可以进行材料的识别、分类、定性以及定量分析。LIBS作为一种新的材料识别及定量分析技术，既可以用于实验室，也可以应用于工业现场的在线检测。在检测领域中，传统的原子吸收和发射光谱仍然占据主导地位，但其存在试剂消耗量大、检测元素受限，不能便携，难用于现场检测等缺点。由于LIBS技术具有快速直接分析，几乎不需要样品制备，可以检测几乎所有元素、同时分析多种元素，对样品表面风化、尘土层形成清洁，可实现逐层分析且可以检测几乎所有固态样品，远距离探测，适用于现场分析等，因而LIBS弥补了传统元素分析方法的不足，尤其在微小区域材料分析、镀层/薄膜分析、缺陷检测、珠宝鉴定、法医证据鉴定、粉末材料分析、合金分析等应用领域优势明显，同时，LIBS还可以广泛适用于石油勘探、水文和地质勘探、冶金和燃烧、制药、环境监测、科研、军事及国防、航空航天等不同领域的应用。

按照国家标准化工作管理规范，中国仪器仪表学会制定满足市场急需、反映先进专业技术水平、具有我国自主知识产权的团体标准。近日，中国仪器仪表学会发布了“拟立项（金属材料分析用激光诱导击穿光谱仪）CIS标准的公示通告”。申请项目名称：金属材料分析用激光诱导击穿光谱仪项目申报单位：杭州谱育科技发展有限公司激光诱导击穿光谱法（Laser-induced breakdown spectroscopy；LIBS）：通过激光烧蚀待分析物质形成等离子体，其中处于激发态的原子、离子或分子向低能级或基态跃迁时，向外发射特定能量的光子，形成特征光谱，进而获得待分析物质的化学成分或其他特性。激光诱导击穿光谱技术以其无须对块状固体样品预处理，快速、无损、可进行多形态分析以及无辐射危害等特点成为近年来研究的热点，可应用于金属材料化学成分分析、煤炭分析、生物样品分析等领域。但当前在金属材料分析领域分析用的激光诱导击穿光谱仪没有明确的标准来规范此类产品性能和使用安全性等重要参数，导致设备性能良莠不齐，致使不同厂商仪器的性能无法进行比较，仪器用户在采购、比较仪器时缺乏科学依据。目前现行的标准中，GB/T 38257-2019规定了激光诱导击穿光谱法的术语和定义、基本原理、试验条件、设备及装置、样品、试验步骤、数据处理和试验报告。为了规范激光诱导击穿光谱仪自身性能的测定方法，统一有关专业术语，制定仪器性能检测的依据，使检测机构、仪器用户及生产厂家在检校激光诱导击穿光谱仪时有统一的标准方法，杭州谱育科技发展有限公司申报制定团体标准《金属材料分析用激光诱导击穿光谱仪》。该标准的制定将助力我国激光诱导击穿光谱及其在金属行业的发展及应用。据查询目前国际上没有相同的国际标准。制定该标准目前不存在知识产权方面的问题。

一、项目基本情况1.项目编号：1499002024AGK02850（HA-TYLGZFCG2024-121）项目名称：太原理工大学激光扫描共聚焦显微镜采购采购计划文号：ZFCG-149900-2024-1-037923采购方式：公开招标预算金额：4800000.00元最高限价：4800000.00元采购需求：本次招标共1包，参与投标的投标人应按照招标文件要求编制投标文件，提交的投标文件应实质性上响应本招标文件的要求。序号标的名称数量单位简要技术需求备注1激光扫描共聚焦显微镜1套配备四个固体激光器：紫色固体激光器：波长405nm，功率≥50mW；蓝色固体激光器：波长488nm，功率≥20mW；绿色固体激光器：波长561nm，功率≥20mW；红色固体激光器：波长640nm，功率≥40mW。开放式和一体化的激光耦合器，通过单独一根宽光谱、高透过率光纤导出，近紫外到红光区域一体化色差校正，无须调节光纤中心。是否允许代理商参加是是否接受联合体参加否是否允许合同分包否合同履约期限自合同签订之日起10个日历天内完成所供货物的运输、安装、调试，达到技术验收标准；对所供货物的免费配套服务期限按合同条款执行。履约地点山西省太原市万柏林区迎泽西大街79号太原理工大学迎西校区博学楼材料学院付款方式签订合同后，采购人向中标人预付合同金额40%的预付款，中标人在合同约定交货时间内将货物送到采购人指定地点，且在供货期间无任何违约行为，在完成安装、调试，经采购人技术验收合格，采购人在收到中标人开具的增值税专用发票后10个工作日内将剩余合同金额一次性支付到合同约定的中标人账户。否则，按合同约定扣除相应违约金后，支付剩余合同金额。履约保证金合同金额的5%。中标人应在中标（成交）通知书发出后10日内、签订合同前，将履约保证金以支票、汇票、本票或者金融机构、担保机构出具的保函等非现金形式提交给采购人。免费配套服务期满，以支票、汇票、本票提交的，采购人在收到中标人退还履约保证金申请后5个工作日内，按审核意见扣除违约金（如有违约）后一次性无息退还；以保函形式提交的，采购人在收到中标人退还履约保函申请后5个工作日内，按审核意见向出具保函的机构提出索赔（如有违约）或将保函原件退还给中标人（如无违约）。注：如以保函形式提交，须提交见索即付保函，且保函的失效日应晚于免费配套服务期满日30日。执行标准及验收标准详见招标文件内商务、技术要求。服务要求详见招标文件内商务、技术要求。相关政策要求详见招标文件内商务、技术要求。注：上述表格“备注”栏中未特别标注为“进口产品”字样的，所报货物均必须为国产产品，且必须符合国家强制性标准。2.项目编号：1499002024ATP02848（TYYD-TYLGZFCG2024-A06）项目名称：复杂应变率动静载多场耦合岩石综合力学测试仪政府采购计划书编号：ZFCG-149900-2024-3- 037496-001、ZFCG-149900-2024-3-037496-002采购方式：竞争性谈判预算金额：2600000.00元最高限价：2600000.00元采购需求：本项目共一包，参与谈判的供应商应按照谈判文件要求编制响应文件，提交的响应文件应实质上响应本谈判文件的要求。序号标的名称数量单位简要技术需求备注1复杂应变率动静载多场耦合岩石综合力学测试仪1套实现的功能或者目标：在矿山压力、岩层控制、灾害防控等领域的科学研究和教学中得到广泛利用。服务于本校从事采矿工程、安全技术与工程等学科研究的教师和研究生，还能加强与其他学校的学术交流，为学生、老师提供更好的交流平台。是否允许代理商参加是是否接受联合体参加否是否允许合同分包否合同履行期限自合同签订之日起3个月内完成所供货物的运输、安装、调试，达到技术验收标准；对所供货物的免费配套服务期限按合同条款执行。履约地点山西省太原市万柏林区新矿院街18号太原理工大学虎峪校区绿色采矿综合实验室楼矿业工程学院。付款方式签订合同后，采购人向供应商预付合同金额的80%；供应商在合同约定交货时间内将货物送到采购人指定地点，并完成安装、调试，且在供货期间无任何违约行为，经采购人技术验收合格，采购人在收到供应商开具的专用发票10个工作日内向供应商支付合同金额的20 %。否则，按合同约定扣除相应违约金后，支付剩余合同金额。履约保证金合同金额的5%。供应商应在成交通知书发出后10日内、签订合同前，将履约保证金以支票、汇票、本票或者金融机构、担保机构出具的保函等非现金形式提交给采购人。免费配套服务期满，以支票、汇票、本票提交的，采购人在收到供应商退还履约保证金申请后5个工作日内，按审核意见扣除违约金(如有违约)后一次性无息退还；以保函形式提交的，采购人在收到供应商退还履约保函申请后5个工作日内，按审核意见向出具保函的机构提出索赔(如有违约)或将保函原件退还给供应商(如无违约)。注:如以保函形式提交，须提交见索即付保函，且保函的失效日应晚于免费配套服务期满日30日。执行标准及验收标准详见谈判文件第五部分商务、技术要求。服务要求详见谈判文件第五部分商务、技术要求。相关政策要求详见谈判文件内具体要求。注：上述表格“备注”栏中未特别标注为“允许进口产品”字样的，所报货物均必须为国产产品，且必须符合国家强制性标准。3.项目编号：1499002024AGK02846（TYYD-TYLGZFCG2024-A05）项目名称：超导纳米线单光子探测器采购计划文号：ZFCG-149900-2024-1-037924-001ZFCG-149900-2024-1-037924-002采购方式：公开招标预算金额：3500000.00元最高限价：3500000.00元采购需求：本次招标共1包，参与投标的投标人应按照招标文件要求编制投标文件，提交的投标文件应实质性上响应本招标文件的要求。序号标的名称数量1超导纳米线单光子探测器1

p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family:宋体" 经典的激光粒度仪的光学结构如下图所示。它由激光器、空间滤波器、准直镜、测量池、傅里叶透镜和环形光电探测器这列组成。此外还有数据采集板和计算机。从激光器发出的激光束经过空间滤波器后，变成一束发散但波前纯净的光束，经准直透镜后，变成一束平行光，照射到测量池中的待测颗粒上，被颗粒散射。散射光透过测量池的玻璃，被傅里叶透镜收集起来。在傅里叶透镜的后焦面上，放置了一个环形探测器阵列。探测器阵列由数十个独立的探测单元组成，每个单元都是一个环带，所有环带对应于相同的圆心。环带的平均半径从圆心往外数呈指数式增长，理想情况下环带的有效探测面积与环带的平均半径成正比。环带的共同圆心上开了一个直径约 /span 100 span style=" font-family:宋体" 微米的通孔（也有做成实心反射面的）。通孔的中心（也是环带的圆心）位于光学系统的光轴上。通孔的后方斜置了一个独立的探测器，通常被称为“零环探测器”或“中心探测器”，而中心外的其他单元从里往外数分别称为 /span 1 span style=" font-family:宋体" 环、 /span 2 span style=" font-family:宋体" 环、 /span 3 span style=" font-family:宋体" 环， /span ?? span style=" font-family:宋体" 。未经散射的光被聚焦到中心孔内，穿过探测器阵列平面，照射到零环探测器上。 /span /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/60fa3bb2-9d98-450f-b12b-5e01a5441cfe.jpg" title=" 图2.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " span style=" font-family:宋体" 激光粒度仪工作原理示意图 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family:宋体" 傅里叶透镜把相同散射角的光线聚焦到探测平面相同的半径位置上，因此每个探测单元接收到的散射光代表一个确定的散射角范围内散射光能的总和。未被颗粒散射的光被聚焦到中心探测器上。该探测器根据测量池中放入被测颗粒前后接收到的光信号的相对变化（称为“遮光比或遮光度”），可以判断待测颗粒在测量池中的浓度。颗粒浓度应该控制在适合的范围内，以保证散射信号既有足够高的信噪比，又不会发生复散射（即入射光只被颗粒散射一次）。其他探测单元用来接收散射。散射光被探测器转换成电信号，再经数据采集板放大和 /span A/D span style=" font-family:宋体" 转换，变成数字信号，然后传输给计算机。计算机软件根据散射光能分布计算散射颗粒的粒度分布。这个计算过程是一个求解高阶、病态的线性方程组的过程，行业中通常称为“反演过程”，具体的算法称为“反演算法”。计算机同时还担负整个仪器系统的协调控制任务。 /span /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " span style=" font-family:宋体" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/a2d22faa-0b31-42c2-bba4-f49b51e620e4.jpg" title=" 微信图片_20180803162750.png" / /span /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " strong span style=" font-size:15px line-height:107% font-family:宋体" 编者按： /span /strong span style=" font-size:15px line-height:107% font-family:宋体" 本文带我们了解了激光粒度仪的基本结构，与“激光粒度仪应用导论之原理篇”一起，为读者构建了激光粒度仪的理论基础，然而掌握理论不等于善于应用，编者通过走访和论坛冲浪发现，不少激光粒度仪初级用户在解读粒度分析报告时都犯了难。别着急，张福根博士系列专栏——激光粒度仪应用导论之报告解读篇，就将照方抓药，为你答疑解惑。 /span /p p style=" text-indent: 2em text-align: right " span style=" font-size:15px line-height:107% font-family:宋体" （作者：张福根） /span /p p br/ /p

p style=" text-indent: 2em " 实际科研检测生活中，我们先明确该选择什么原理的粒度仪呢？激光粒度仪是根据静态光散射原理（传统上称“衍射法”）测量颗粒大小。可靠的测量范围是0.1微米至1000微米。具有动态范围大、测量速度快、重复性好、分散介质选择余地大、操作方面等优点，缺点是分辨率不高。因此对于粒度分布范围不超出0.1微米至1000微米，对分辨率及少量粗颗粒和细颗粒的测量灵敏度要求不是太高的样品，都可以选用激光粒度仪。 /p p style=" text-indent: 2em " 真正纳米级（100纳米以细）颗粒（是指分散良好的纳米颗粒）的测量，不宜用激光粒度仪。可以选动态光散粒度仪或电子显微镜。但要注意，有的纳米颗粒实际是团聚体，其单体尺寸或许小于100纳米，但团聚体的尺寸在100纳米以粗甚至几个微米，这时仍然应该选用激光粒度仪。 /p p style=" text-indent: 2em " 对分布特别窄的样品，比如复印机和激光打印机用的碳粉、单分散标准颗粒、高精度磨料微粉等等，应该用电阻法颗粒计数器或显微图像法粒度仪。 /p p style=" text-indent: 2em " 如果需要测量粒度分布主峰以外的低含量粗颗粒或细颗粒，就不能按常规方法用激光粒度仪测量。而要用沉降法分离出粗颗粒或细颗粒后再用激光粒度仪测量。也可用其他方法比如显微镜辅助观察。 /p p style=" text-indent: 2em " 接下来就是选什么品牌、什么型号的激光粒度仪的问题了。如果把激光粒度仪的品牌分为国内和国外两类，那么如今国内外品牌仪器在性能上可以说是旗鼓相当。仪器型号如何选择？由于各品牌的型号各自定义，难以用简练统一的标准去分类。下面按照仪器的光学结构划分，讲述各类仪器的测量范围。 /p p style=" text-indent: 2em " 对于只接收前向散射光的仪器，一般而言实际测量下限只能达到0.3微米左右。真理光学的同级别产品由于使用了斜置的平行平板玻璃窗口，下限可以达到0.2微米。 /p p style=" text-indent: 2em " 有前向也有后向接收，但是使用普通平行平板玻璃测量池，单光束正入射的仪器，由于全反射盲区缺口巨大，后向散射光实际难以有效利用，测量下限也只能到0.3微米左右。 /p p style=" text-indent: 2em " 采用红光和蓝光双光束照明的仪器（这类仪器都有后向接收），在结构合理、数据处理良好的情况下，测量下限能达到0.1微米或略小。但是如果结构不合理或者数据处理上有缺陷，则可能在0.3至0.5微米范围内不能正确测量。 /p p style=" text-indent: 2em " 真理光学的LT3600plus由于解决了爱里斑的反常变化问题，采用了改进的梯形窗口玻璃，并且有后向散射光的探测，在0.1微米至1000微米的范围内的任何粒径区间都能得到正确的结果。 /p p style=" text-indent: 2em " 最后，笔者对用户选用激光粒度仪有一点忠告：即使资金充裕，也不要盲目地唯价格论，而要客观、科学地去研究和评估，选择最适合自己科研和检测工作的激光粒度仪！ /p p style=" text-indent: 0em text-align: right " span style=" text-align: right " （作者：张福根） /span /p p style=" text-indent: 2em " strong 编者结： /strong 张福根专栏|激光粒度仪应用导论至此连载结束，从原理、结构、到报告解读、参数拾遗、再到性能特点、技术问题、选型建议，张福根博士以其近30年的研究积累，为读者们从浅入深，从内而外地，全方位讲解了激光粒度仪的应用概论。洋洋洒洒几万言的心血结晶，让读者们受益匪浅。更多张福根博士连载章节，可点击 a href=" http://www.instrument.com.cn/zt/YYMMG" target=" _self" style=" color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 激光粒度仪应用面面观 /span /a 专题学习浏览。对于本系列文章，读者朋友们有何收获和想法，以后还想了解哪些与粒度粒型检测相关的内容和领域，都欢迎在文章下方畅所欲言，仪器信息网将为你带来更多精彩篇章。 /p

多年来，大族激光研发并生产了一系列激光设备，不断满足世界工业对激光应用的各种需求。为迎合中国国内市场的急速发展，大族激光一直在积极地寻求高质量零件供应商，确保随时为客户提供高精度、便利、耐用的激光设备方案。在本案例分析中，大族激光选择雷尼绍RGH24光栅作为其音圈电机的位置反馈系统。 作为在中国深圳上市的公司，大族激光是一家集技术研究、开发、生产及销售为一体的高科技企业。它在世界激光行业中处于领先地位，年出货量高达10 000台！其旗下拥有众多子公司，包括大族电机科技有限公司，大族数控科技有限公司等，为不同领域的客户（如诺基亚、大众汽车等国际企业）提供专业的激光设备和应用方案。公司产品齐全，如激光打标机、切割机、焊接机、电机配件等。大族激光通过自主研发把&ldquo 实验室装置&rdquo 变成可以连续24小时稳定工作的激光技术装备，是世界上仅有的几家拥有&ldquo 紫外激光专利&rdquo 的公司之一。 2004年至今，大族激光从雷尼绍购买了10 000多套光栅系统，广泛应用于各类产品上。 大族激光集团总部 激光打标机内的音圈电机 音圈电机的工作原理是将电信号转换成机械力，当永磁磁铁之间的线圈通电时，磁场改变，从而产生力，产生的力会驱动永磁磁铁之间的线圈组运动；通过控制电流大小，可使线圈在永磁磁铁之间来回移动，从而产生线性运动。与其他电机不同，音圈电机具有一流的线性特性，例如直接驱动、零齿槽刀、轻动子高响应和带宽、动子及定子无磨损等。&ldquo 直接&rdquo 驱动的特性使音圈电机广泛应用在一些距离短但需要较高加速度的直线运动的场合。大族激光旗下的大族电机不但把音圈电机在市场上作为零件出售，还将其广泛应用在集团生产的激光打标机上。 研发部总裁王光能先生说：&ldquo 打标机需要在材料上打出立体效果的标签，我们必须通过运动反馈系统来控制镜子，在极短的时间内引导激光定位到相应位置上，雷尼绍正好能提供这方面的产品。&rdquo RGH24读数头通过光学原理在光栅尺上读取数据，与接触式系统相比，这种非接触式设计能够使音圈电机在位置控制上高速运转，并保证了高重复定位精度。除了应用在激光上之外，音圈电机还可以用于医疗检测仪器、精细位置控制和电脑硬盘生产等等。 音圈电机工作原理 音圈电机 体积轻巧 音圈电机是一个理想的线性促动器，在短距离（微米到厘米）位置控制上具有极佳的效果。雷尼绍光栅尺安装在音圈电机活动部位上，读数头则被固定。由于音圈电机需要保持其高输出／重量比例数值，因此光栅尺必须轻巧，以维持最高加速度。王总说：&ldquo 我们在选择光栅尺的时候，尺子的重量是我们考虑的首要问题。通过比较几家供应商的产品，我们发现雷尼绍RGS20光栅尺十分轻巧，满足需要的同时，又不影响电机的效率。&rdquo 雷尼绍RGS20光栅尺使用轻巧材料制成，厚度仅0.2 mm，在音圈电机上几乎是不载重量，完全不影响电机的快速运转。由于使用音圈电机的机器空间一般都比较有限，因此包括电机位置控制的部分要尽量设计得轻巧。设计师在市场上选择读数头时需要考虑体积问题，读数头必须能够固定在狭小的空间内，配合光栅尺运动，从而控制电机位置。 王总说：&ldquo 在市场上同类产品中，雷尼绍读数头设计轻巧，质量和体积都能令人满意，并且其他性能不受影响。&rdquo 王光能 大族激光打印机 安装简单 一般光栅系统的安装过程主要包括三个步骤：安装和固定光栅尺、安装读数头以及校准。王总说：&ldquo 雷尼绍光栅系统的整个安装过程十分简单，看过雷尼绍工程师安装一次后，我们的第二台机器就能自己安装了，而且过程快捷便利，看了指示灯就能知道安装过程是否正确。&rdquo 雷尼绍RGS20光栅尺成卷存放，用户在使用时可根据用途自行裁剪所需要的长度。在大族激光的音圈电机设计上，行程距离只有10到20 mm，王总说在市场上找到相同尺寸的光栅尺比较困难，而按需裁剪的设计解决了这一难题，为他们带来了便利。 王总继续说：&ldquo 我们不需要打孔或其他工具辅助，只要把光栅尺背面的双面胶撕掉，贴在预先定好的位置上就可以了。这种设计使我们能够根据需要灵活应用，我们可以自己裁剪光栅尺的长度来决定电机的行程距离，完全不受供应商的限制。&rdquo 此外，雷尼绍读数头上装有专利LED指示灯，使安装和校准过程变得简单快捷。用户通过观察LED指示灯的颜色，便可知道安装是否成功。 RGH24 展望 自2004年至今，大族激光与雷尼绍合作已有8年时间，展望未来，王总说：&ldquo 我们大族会在激光行业中继续开发新产品和技术，为客户提供高质量的激光设备；同时我们也会在其他领域，如LED、太阳能等新能源课题上投入资金进行研发。希望在不久的将来，大族能成功开发出与激光设备一样出色的产品，为全球用户提供可信赖、高品质的工业设备。&rdquo -完- 如需了解雷尼绍更多产品，请访问www.renishaw.com.cn 关于雷尼绍 英国雷尼绍公司于1994年在北京开设了第一个办事处，并于2000年在上海设立了办事处。目前，在中国共设有三个分公司和八个办事处，员工近百人。公司产品广泛应用于机床自动化、坐标测量、快速成型制造、比对测量、拉曼光谱分析、机器校准、位置反馈、形状记忆合金、大尺寸范围测绘、立体定向神经外科和医学诊断等领域。雷尼绍集团目前在32个国家或地区设有分支机构，员工逾3000人。 -完- 详情请联系： 张晶 (Grace Zhang) 市场助理 Marketing Administrator 雷尼绍（上海）贸易有限公司北京分公司 电话： +86 10 510882882 *1001 电邮：Grace.zhang@renishaw.com

table border=" 1" cellspacing=" 0" cellpadding=" 0" width=" 600" tbody tr td width=" 113" p style=" line-height: 1.75em " 仪器名称 /p /td td width=" 535" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " 多功能激光粉尘仪 /p /td /tr tr td width=" 113" p style=" line-height: 1.75em " 单位名称 /p /td td width=" 535" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " 北京绿林创新数码科技有限公司 /p /td /tr tr td width=" 113" p style=" line-height: 1.75em " 联系人 /p /td td width=" 187" p style=" line-height: 1.75em " 翟利明 /p /td td width=" 161" p style=" line-height: 1.75em " 联系邮箱 /p /td td width=" 187" p style=" line-height: 1.75em " 2851630081@qq.com /p /td /tr tr td width=" 113" p style=" line-height: 1.75em " 成果成熟度 /p /td td width=" 535" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " □正在研发 □已有样机 □通过小试 □通过中试 √可以量产 /p /td /tr tr td width=" 113" p style=" line-height: 1.75em " 合作方式 /p /td td width=" 535" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " □技术转让 & nbsp □技术入股 & nbsp & nbsp √合作开发& nbsp & nbsp □其他 /p /td /tr tr td width=" 648" colspan=" 4" p style=" line-height: 1.75em " strong 成果简介： /strong br/ /p p style=" text-align:center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/c834e053-482a-48d0-9e8d-a14b7828e2c2.jpg" title=" 多功能激光粉尘仪.jpg" width=" 350" height=" 327" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 350px height: 327px " / span style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp /span /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp LD-7S多功能激光粉尘仪是“高稳定高可靠PM2.5微电脑激光粉尘仪产业化培育”项目研究成果，本成果主要解决仪器长期运行的温度和零点漂移、环境湿度对测量值的影响等关键技术问题，并在电源保护及自动校准方面进行了技术创新，提高了电源的稳定性和可靠性，延长了电池使用寿命，可方便实现远程校准。多功能可便携、可在线实时监测、良好的环境适应性以及良好兼容性是我们产品的亮点。产品主要功能及性能指标如下： br/ & nbsp & nbsp & nbsp strong 主要功能 /strong ： /p ul class=" list-paddingleft-2" li p style=" line-height: 1.75em " 直读质量浓度mg/m3（设置浓度转换系数K值）。 /p /li li p style=" line-height: 1.75em " 内置φ40mm滤膜，可在监测颗粒物浓度的同时收集粉尘样品。 /p /li li p style=" line-height: 1.75em " PM10、PM5、PM2.5、PM1.0、TSP切割器可供选择。 /p /li li p style=" line-height: 1.75em " 独特的光路自清洗系统，避免粉尘对仪器核心部件的污染。 /p /li li p style=" line-height: 1.75em " 内设出厂前已标定的具有光学稳定性的自校装置，可有效消除仪器的系统误差。 /p /li li p style=" line-height: 1.75em " 大屏幕汉字提示,操作直观简便。 /p /li li p style=" line-height: 1.75em " 多种工作模式，可直读TWA和STEL，可根据设定时间定时启动采样，所得数据可存贮、回放或导入PC机进行数据处理、打印表格和曲线。 /p /li li p style=" line-height: 1.75em " 内置强力抽气泵，更适合于需配备较长采样管的采样场所（如集中空调排气口PM10可吸入颗粒物浓度的检测）。 /p /li li p style=" line-height: 1.75em " 可设定粉尘浓度超标报警阈值，超标时自动声音报警或将信号传输到控制中心进行监控。 /p /li /ul p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp strong 主要技术指标 /strong strong /strong /p ul class=" list-paddingleft-2" li p style=" line-height: 1.75em " 检测灵敏度（相对于校正粒子）：0.001mg/m3（高灵敏度）；0.01mg/m3（低灵敏度）。 /p /li li p style=" line-height: 1.75em " 测量范围（相对于校正粒子）：（0.001 ～10 ）mg/m3（高灵敏度）；（0.01～100）mg/m3（低灵敏度）。 /p /li li p style=" line-height: 1.75em " 测定时间：0.1min，1min（标准测量时间），及（1～9999）min任意设定。 /p /li li p style=" line-height: 1.75em " 重复性误差：≤2%。 /p /li li p style=" line-height: 1.75em " 相对误差：± 10%。 /p /li li p style=" line-height: 1.75em " 显示屏：汉字提示屏。 /p /li li p style=" line-height: 1.75em " 连续监测：可设定测量时间（1～9999）s，待机时间（0～9999）s，采样次数（1～9999）次。 /p /li li p style=" line-height: 1.75em " 数据存贮： /p /li /ul p style=" line-height: 1.75em " 一般测量：循环存储99组数据（可由仪器回放，亦可PC机读取）。 br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 劳动卫生：循环存储30组数据（可由仪器回放，亦可PC机读取），每组包括：采样日期，采样开始时间，使用K值，测量周期，TWA值，STEL值和记录序号。同时保留最新一次测量的每分钟所测浓度值（以CPM表示），最多1440个数值（24h），该组数据只能通过PC机读取。 br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 连续监测：可存储两组测量连续监测数据，每组最多存储9999个浓度值，只能通过PC机读取。 /p ul class=" list-paddingleft-2" li p style=" line-height: 1.75em " 报警模式：可设定报警浓度阈值，超过该阈值时声音报警。 /p /li li p style=" line-height: 1.75em " 输出接口：PC机通讯串行接口（RS232/RS485）。 /p /li li p style=" line-height: 1.75em " 电源：可充电锂电池组3.5Vх2，电池充满可连续使用8h以上。在线仪器可使用专用 电源适配器供电。 /p /li /ul /td /tr tr td width=" 648" colspan=" 4" p style=" line-height: 1.75em " strong 应用前景： /strong br/ & nbsp & nbsp & nbsp 本成果仪器与其他商品销售仪器与其他商品销售颗粒物测量仪器相比，最大的特点是，具有湿度修正功能，可有效降低湿度对测量值的影响，改善高湿度环境下的测量准确度；既可通过设定测量时间进行颗粒物的实时测量，又可通过内置滤膜采样装置同时收集滤膜样品，进行重量法测量校准和成分分析。因此该仪器可应用于公共卫生，环境保护及工矿企业职业场所三大领域对包括PM2.5在内的颗粒物浓度进行快速检测，也可用于科研单位进行环境分析、污染源分析及对人类健康影响分析等。 br/ & nbsp & nbsp & nbsp 近年来，PM2.5污染成为政府和民众关注的热点问题。为研究和了解可吸入颗粒物的来源、形成、污染过程，全国开始大范围建设在线监测网络，获取现场数据，为污染预警及控制以及政府决策提供依据。2015年全国环境监测工作现场会上环境保护部副部长吴晓青上谈“十三五”监测事业发展思路时提出了八项监控重点。其中之一是巩固和提升污染源监督性监测，企业自行监测及信息公开。这将涉及环境监测，卫生监察以及几十万企业，因此国 a href=" http://www.chinairn.com/report/20140303/084510754.html" style=" color: rgb(0, 0, 0) text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 0, 0) " 家政 /span /a 策将对产品应用产生巨大的推动作用。十二五期间我国的PM2.5监测覆盖了所有地级市，仅设备方面的前期投入就超过20亿元。“十三五”规划则对污染物排放总量的控制更加严格，要根据大气、水、土壤三大行动计划实施的需求，整合优化环境监测网络，不断强化污染源监测、环境应急与预警监测，这将带来可观的工业污染源、交通道路及筑建行业在线监测设备需求。除此之外颗粒物监测仪器在智能楼宇室内环境监测、净化器净化效果评价，控烟执法等市场需求也急剧增加，这些为PM2.5检测仪器撬动了一个巨大的市场。基于光散射原理制成的激光测尘仪具有成本低、体积小、重量轻、灵敏性高、操作简便、维护成本低廉以及快速直读的特性，非常适于上述应用，已成为很多系统集成商的唯一选择。但同所有原理的检测设备一样，所有光散射法检测仪器的测量值均受环境湿度影响，亟待解决，而本成果有效解决了湿度影响问题，有效提高了高湿度环境颗粒物浓度测量数据的可靠性，这对光散射法仪器大规模应用具有重要的意义。 /p /td /tr tr td width=" 648" colspan=" 4" p style=" line-height: 1.75em " strong 知识产权及项目获奖情况： /strong br/ & nbsp & nbsp & nbsp 本成果已取得自主知识产权， 其中“一种高稳定可靠粉尘浓度检测仪”实用新型专利1项（专利号2015 2 0643938.5）；“LD-7S激光粉尘仪软件” 软件著作权1项（证书号：软著登字第1179054）。 /p /td /tr /tbody /table p br/ /p

p style=" text-indent: 2em " 本文简述了作者团队近几年已经完成的部分研究成果或已经发现而正在解决的激光粒度仪的理论和技术问题。用户了解这些内容对正确认识和更好利用粒度仪器及其输出的测试结果会有所裨益。 /p p style=" text-indent: 2em " 1 爱里斑的反常变化（Anomalous Change of Airy disk，简称ACAD ）对及其对激光粒度测量的影响 /p p style=" text-indent: 2em " 前文已经叙述过，激光粒度仪是建立在“颗粒越大，散射光斑（爱里斑）越小”这一物理现象之上的。这一现象使得爱里斑的尺寸与颗粒大小呈现一一对应关系。而作者团队的研究成果（参见论文：L. Pan, F. Zhang, et al. Anomalous change of Airy disk with changing size of spherical particles [J]. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2016,170: 83-89）表明，这种物理现象对吸收性颗粒来说，或者透明颗粒从粒径变化的大尺度上看是正确的。但如果颗粒是透明的，那么从某些较小的粒径区间看，有时会出现相反的情况，即：颗粒越大，爱里斑也越大。我们把这种现象称作爱里斑的反常变化（英文简称“ACAD”）。 /p p style=" text-indent: 2em " 下图是基于Mie散射理论，用数值计算的方法绘制的散射光斑模拟图，形象地显示出光斑大小的变化。这里假定颗粒分散在折射率为1.33的水介质中，照明光波长0.633微米。先看第一行，颗粒折射率取1.59，故相对折射率为1.20。从（a1）到（a4），颗粒直径分别为2.88μm, 3.28μm, 5.30μm, 6.06μm，逐步增大；对应的散射光斑角半径（从亮斑中心到第一个暗环的角距离）分别为8.09° ，13.06° ，5.08° ，7.90° ，时大时小。粒径从2.88μm增大到3.28μm,时，爱里斑尺寸则从8.09° 增大到13.06° ，属于反常变化；粒径从5.30μm增大到, 6.06μm，爱里斑尺寸从5.08° 增大到7.90° ,也属于反常变化。图7中的（b1）到（b4）是m 为1.1，颗粒直径分别为5.91μm，6.82μm，10.90μm，11.81μm对应的散射光斑，角半径分别为4.24° ，7.02° ，2.61° ，4.35° ，也是振荡减小的。 /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/3ad14d66-db52-460b-b9e1-ba3ee2c52995.jpg" title=" 1.jpg" / /p p br/ /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " strong & nbsp 爱里斑图像随着粒径增大而变化 /strong /p p style=" text-indent: 2em " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/4f396c68-da7c-44fd-8227-d1b3f65bcafc.jpg" title=" 2.png" / /p p style=" text-indent: 2em " 图中红色曲线是根据Fraunhofer衍射理论得到的爱里斑尺寸随无因次参量的变化，它是一条单调下降的曲线。蓝色曲线是根据Mie理论计算的透明颗粒的爱里斑尺寸变化曲线，可以看出它是振荡的。我们把爱里斑尺寸随粒径的增大而增大的粒径区域，称为“反常区”。图中还表达出折射率实部仍然取1.2，但颗粒有吸收时爱里斑尺寸的变化。可以看出，随着吸收系数的增大，反常现象会逐步消失。在该图所设定的情形中，吸收系数达到0.1时，反常现象即完全消失（绿色曲线）。 /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/9059b5e1-eadd-4451-b427-f6642c42419e.jpg" title=" 3.jpg" / /p p br/ /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " strong & nbsp 爱里斑尺寸随粒径变化曲线 /strong /p p style=" text-indent: 2em " 凭直觉我们就能想到，反常现象的存在可能导致爱里斑尺寸与颗粒大小不再一一对应，从而使得仪器根据光能分布反演粒度分布产生困难。作者团队进一步的研究表明，爱里斑的振荡随着粒径的增长会反复出现直至永远。其振荡周期会趋近于一个常数。而反常现象对粒度分布反演的困扰主要发生在第一个反常区（参考文献：L. Pan, B. Ge, and F. Zhang. Indetermination of particle sizing by laser diffraction in the anomalous size ranges[J]. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2017, 199:20-25）。 /p p style=" text-indent: 2em " 作者团队已经推导出第一个反常区的中心粒径（反常区内Mie理论曲线与Fraunhofer曲线的交点）公式为： /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/be81374b-33fc-4075-a312-18647c7e952f.jpg" title=" 4.jpg" / /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 从上式可以看出，反常现象对任意折射率的透明颗粒都存在。颗粒折射率越大，第一个反常中心的数值就越小。当被测颗粒的粒径分布落在反常区域，即上述公式给出的粒径位置周围时，将出现两个不同的粒度分布对应于相同的光能分布的情况，从而给粒度分布的反演带来不确定或者错误的结果。对此现象，各激光粒度仪厂商各有应对的方法，比如，真理光学的研发团队就在对ACAD现象深入研究的基础上，成功地解决了该现象对粒度测量的困扰，并已应用在真理光学的激光粒度仪产品中。 /p p style=" text-indent: 2em " 2 平行平板测量池带来的全反射盲区 /p p style=" text-indent: 2em " 所谓“全反射”就是当光线从折射率较大的空间（光密媒质）射向折射率较小的空间（光疏媒质）时，如果入射角较大，则光线将全部反射回光密媒质，不能传播到光疏媒质中。在激光粒度仪中，如果用液体分散待测颗粒（称为“湿法测量”），由于光电探测器总是安装在空气中，那么散射光就是从光密媒质向光疏媒质传播。目前市面上流行的激光粒度仪都是用平行平板玻璃作为测量池的窗口，这就会带来全反射的问题。如下图所示，当散射角比较小时，散射光能够穿过平行平板玻璃进入到空气，从而被光电探测器接收。假设分散介质是水（折射率1.33），那么根据折射定律可以算出全反射角为48.57° ，即在入射光垂直于玻璃表面的情况下，当散射角达到该角度时，光线进入空气的折射角等于90° （称为“全反射临界角”）；当散射角继续增大，散射光将全部被玻璃-空气界面反射，回到测量池内，故称全反射。此时没有任何散射光出射到空气中。实际上置于空气中的探测器不可能摆在90° 的方向，常见的最大角为70° 左右，对应于水中的散射角为45° 。所以对前向散射来说，仪器只能接收散射角小于45° 的散射光。45° 到90° 的散射光不能被探测，这个角度范围即为测量盲区。 /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/62269a7f-254a-4c5d-8872-c0062969f795.jpg" title=" 5.jpg" / /p p br/ /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " strong 散射光在平行平板玻璃测量池内的全反射现象示意图 /strong /p p style=" text-indent: 2em " 对采用平行平板玻璃的测量池，即使设置了后向散射探测器，其后向能接收的最小散射角为135° （=180° -45° ）。就是说45° 到135° 之间是测量盲区。该盲区对应于0.3到0.1微米的颗粒。 /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/51eeae4c-813c-4ec8-90a6-5f99ce16cd00.jpg" title=" 6.jpg" / /p p br/ /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " & nbsp strong 双光束照明的光学结构 /strong /p p style=" text-indent: 2em " 引入另一束不同波长的照明光（以下称为“辅助照明光”或“辅助光束”），是加强激光粒度仪对亚微米颗粒测量能力的一种手段，如上图所示。一般来说辅助光束应该以较大的倾斜角入射到测量池中，从而使得测量池内大于45° 的散射光也能出射到空气中。例如，辅助光从空气入射到测量池的入射角为43° ，则对应于水中的倾斜角为31° 。该光束被颗粒散射后，逆时针方向最大76° （=31+45）的散射光，相对于水-玻璃界面，入射角也只有45° ，所以能够出射到空气中被探测器接收。另一方面，辅助光一般采用波长较短的蓝光，以扩展测量下限。 /p p style=" text-indent: 2em " 真理光学则采用了梯形玻璃的测量窗口，能够较好地解决全反射对亚微米颗粒测量的影响。下图是真理光学LT3600plus激光粒度仪的结构示意图。该仪器包含了多项创新成果。就激光粒度仪的核心技术之一——光学结构来说，主要有两项：一是用一体化的偏振滤波取代了传统的针孔滤波，使仪器的抗震能力极大地提高，完全避免了针孔滤波所固有的易偏移，难调节的麻烦；二是用独创的改进型梯形窗口取代了传统的平板窗口。本文重点讨论第二点。 /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/fe3173a2-dec7-4250-bf55-92c9a964348d.jpg" title=" 7.jpg" / /p p br/ /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " strong 真理光学LT3600plus的光学结构示意图 /strong /p p style=" text-indent: 2em " 梯形玻璃测量池的工作原理见下图。在这种结构中，前向的平板玻璃被换成了梯形玻璃，同时在梯形玻璃的平行面与斜面相交的棱上加了一片防串条，并且给超大角探测器设置了遮光格栅。当光轴上方的超大角（大于全反射角）散射光传播到玻璃—空气界面时，正好落在玻璃的斜面上。此时散射光到达斜面的入射角总是小于玻璃-空气界面的全反射角，因此能够出射到空气中，从而解决了平板玻璃结构的全反射问题。必须说明的是，这种梯形结构20多年前就有人提出过。但是这种结构在应用中存在一个麻烦的问题，就是从平面出射的散射光和从斜面出射的散射光在空气中会相互串扰。真理光学通过前述的防串条和遮光格栅，巧妙地解决了串扰问题，故此能把梯形玻璃测量池应用在实际的粒度仪中。该方案用一束照明光解决了全反射盲区问题。下图（第二张）是LT3600Plus仪器对对0.1、0.2、0.4、0.5、1.0微米单分散标准颗粒的测量结果综合。 /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/24748398-5f6f-41b3-9d65-6a2a6dfd5d7b.jpg" title=" 8.jpg" / /p p br/ /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " & nbsp strong 改进的梯形玻璃测量池工作原理图（不包含后向接收） /strong /p p style=" text-indent: 0em " strong img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/0f4aa241-55ef-4927-b1b4-8ff2a4bb20e1.jpg" title=" 9.jpg" / /strong /p p br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong & nbsp LT3600Plus测量各种亚微米颗粒的结果综合 /strong /p p style=" text-indent: 2em " 3 折射率数据获取的困难及解决之道 /p p style=" text-indent: 2em " 用激光粒度仪测量样品时，需要预先输入样品的折射率。折射率数值如果不对，将导致错误的测量结果。目前一般是通过查找文献资料获得颗粒的折射率数值（粒度仪厂家虽然在仪器软件中也提供了部分物质的折射率数据，但也是从公开的文献中引用过来）。但是在实际操作中，折射率数据的问题，还是会困扰激光粒度仪的使用。主要原因是： /p p style=" text-indent: 2em " （1）有些样品的折射率在公开文献中查不到； /p p style=" text-indent: 2em " （2）有时查到的折射率数据与实际折射率不符。原因是： /p p style=" text-indent: 2em " & nbsp & nbsp & nbsp （2a）物质中的杂质含量会影响折射率的数值。如果待测物质的实际杂质含量与文献提供数据所对应的杂质含量不一致，那么待测物质的实际折射率与文献提供的折射率数值也不一致。 /p p style=" text-indent: 2em " （2b）物质的折射率随照明光的波长变化。激光粒度仪的主光束通常是红光，波长大约633纳米到655纳米。文献提供的折射率数据对应的光波长很少是这个范围的。最常见的折射率是用钠黄光（波长589纳米）测量得到的。因此实际折射率与文献提供的数值可能不一致。 /p p style=" text-indent: 2em " 准确地获得被测颗粒的折射率，成为激光粒度仪应用的重要问题之一。 /p p style=" text-indent: 2em " 在各种解决方法之中，真理光学的研发团队提出了一种利用激光粒度仪测量得到的散射光分布本身计算待测颗粒的折射率的方法（已申请发明专利）。可以自动测定颗粒尺寸远大于光波长情况下颗粒的折射率。 /p p style=" text-indent: 2em " 本方法所依据的基本原理是：当颗粒的尺寸远大于光波长（典型值为10倍以上），且只考虑小角度（通常小于5º ）范围内的光强分布时，散射光分布可以用Fraunhofer衍射理论比较精确地描述。而Fraunhofer衍射理论给出的光能分布与颗粒的折射率无关，只与颗粒尺寸有关；同时在小角范围内，Fraunhofer衍射理论与Mie理论的数值高度吻合，因此我们可以根据散射光在小角范围内的分布和衍射理论确定样品的粒度分布，再利用大角散射光及前面用衍射理论获得的粒度分布，通过简单的迭代算法，计算出颗粒的折射率实部和虚部。 /p p style=" text-indent: 2em " 4 其他问题 /p p style=" text-indent: 2em " 衍射法粒度测量还存在一些其他的值得进一步研究的问题。例如当颗粒浓度很高时，散射光被颗粒多次散射（称为“复散射”）对测量结果的影响，颗粒形状偏离球形是怎样影响测量结果的等等，这些问题都有待研究者们继续探索下去。 /p p style=" text-indent: 2em " 本文中，张福根博士基于自己多年来的研发成果，深入探讨了激光粒度仪存在的几个前沿问题，激光粒度仪的复杂性由此可见一斑，其未来的发展仍然让人期待。不过作为粒度粒型检测分析的重要仪器，有关激光粒度仪的话题不仅是高山流水的学术研究，同时也是日常实验检测中的亲密伙伴，在实际应用中我们应该选择什么样的激光粒度仪呢？下一篇张福根专栏|激光粒度仪选型建议将为你提供参考。 /p p style=" text-indent: 0em text-align: right " （作者：张福根） /p p style=" text-align: left text-indent: 2em " 更多精彩内容尽在 a href=" http://www.instrument.com.cn/zt/YYMMG" target=" _self" title=" " style=" color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 激光粒度仪应用面面观 /span /a 。 br/ /p

p style=" text-align: left text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体 text-indent: 2em font-size: 16px " 激光粒度仪测试报告显示的其他参考性数据大概有以下几类： /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family:Symbol" · span style=" font-size: 9px font-family: & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp /span /span strong span style=" font-family:宋体" 遮光比 /span /strong /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family:宋体" 遮光比是表征颗粒在分散介质中的浓度的指标。浓度太高，会导致散射光被颗粒散射2次以上（称为“复散射”），从而使测量结果失真；浓度太低，则散射信号太弱，信噪比低，测量结果重复性差，有时还会降低粗颗粒的测量灵敏度。一般而言，10%的遮光比是一个有参考意义的数值。当颗粒较粗，比如大于50 a name=" _Hlk520921096" /a µ m，遮光比可以适当提高；颗粒较细，比如小于1µ m，遮光比应该适当降低 /span span style=" font-family:宋体" 。 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family:Symbol" · span style=" font-size: 9px font-family: & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp /span /span strong span style=" font-family:宋体" 拟合残差 /span /strong /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family:宋体" & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp /span span style=" font-family:宋体" 拟合残差用以表征反演获得的粒度分布所对应的光能分布与实测的光能分布之间的方均根误差。如果颗粒是圆球形、散射光能分布的测量误差为零、反演计算准确无误，那么拟合残差应该为零。但实际上由于测量误差的存在，颗粒形状大多偏离球形，以及反演算法的不完善，拟合残差为0是极少出现的。一个可以参考的数值是1%。大多数情况下拟合残差都小于1%。如果拟合残差显著大于1%，比如达到甚至大于2%，那么就要怀疑测量结果的可靠性了。导致拟合残差过大的原因有以下几种可能：（1）散射光能测量误差过大（一般出现在仪器测量范围的边缘，例如0.05µ m）；（2）颗粒折射率的输入值与实际值严重偏离；（3）反演计算失败。 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family:DengXian color:#0070C0" 【进阶知识5】拟合残余过大时，为了查找原因，可以掉看 “光能拟合曲线”（如果仪器提供了这个功能）。结合激光粒度仪的原理，用户或者仪器供应商的技术支持人员可以分析造成拟合残差过大的原因。具体的分析涉及许多专业知识和经验，在此不展开讨论。 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family:Symbol" · span style=" font-size: 9px font-family: & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp /span /span span style=" font-family:DengXian" 比表面积 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family:宋体" 比表面积用以表征颗粒样品的表面积大小，其定义是单位重量或单位体积颗粒样品的表面积之和，单位是m sup 2 /sup /g或者m sup 2 /sup /ml。如果颗粒是圆球形的，那么知道了样品的粒度分布，我们就可以计算出样品的比表面积。计算公式如下： /span /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " span style=" font-size:14px font-family:& #39 Calibri& #39 ,& #39 sans-serif& #39 " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/e3d1f33b-c695-4d0f-b962-2695a2e9b4a9.jpg" title=" 12.png" / /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family:宋体" 体积比表面积除以颗粒的密度，就得到重量比表面积。可以想象，如果颗粒是非球形的，那么激光粒度仪根据粒度分布给出的比表面积就小于实际的比表面积。所以这个比表面积只有参考意义。 /span /p p style=" text-indent: 2em " & nbsp /p p style=" text-indent: 2em " strong span style=" font-family:宋体" 编者按： /span /strong span style=" font-family:宋体" 本文承接激光粒度仪应用导论之报告解读篇，对激光粒度仪测试报告进行了条分缕析，再加上之前的原理篇和结构篇，相信即使是零基础的读者朋友都对激光粒度仪不再陌生。张福根博士系列专栏对激光粒度仪的基本科普也告一段落。在后续的系列文章中，张博士将就主流激光粒度仪的性能特点、前沿技术等内容进行梳理品评，并将给出激光粒度仪选型的建议，敬请期待。 /span /p p style=" text-align: right " （作者：张福根） /p

p 　 strong 　各有关单位： /strong /p p 　　由全国纳米技术标准化技术委员会(SAC/TC279)归口的国家推荐性标准GB/T 33252-2016《纳米技术 激光共聚焦显微拉曼光谱仪性能测试》已于2016 年12 月13 日发布，并于2017 年7 月1 日起实施。GB/T 36063-2018《纳米技术 用于拉曼光谱校准的标准拉曼频移曲线》已于2018 年3 月15 日发布，并将于2018 年10 月1 日起实施。两项标准均为首次制定实施，对拉曼光谱仪器结构、测试方法、校准方法等做了详细规定。 /p p 　　拉曼光谱技术广泛应用于纳米科技、生物、半导体、考古、宝石及司法鉴定等领域。拉曼光谱测试结果的准确性、一致性是国内/国际间科研交流、对等贸易等不可或缺的坚实基础。同时仪器性能的标准化能够大大助力我国拉曼光谱仪器产业的质量提升，增强国产仪器的市场竞争力。 /p p 　　为了满足标准使用相关方的实际需求，进一步深化对标准的解读，解答标准使用过程中的疑问，保证标准的有效实施和利用，同时促进标准制定方、仪器制造方和仪器使用方三方的有效合作，由中国计量科学研究院(以下简称：中国计量院)主办的“GB/T 33252-2016《纳米技术 激光共聚焦显微拉曼光谱仪性能测试》等国家推荐性标准宣贯会”拟定于2018 年9 月10 日在湖北省武汉市举办。届时将邀请标准主要起草人及相关专家对标准技术细节进行详细解读。欢迎相关产业、检测机构、仪器厂商技术主管和技术人员参会，就拉曼光谱的生产、使用及国家标准的有效实施进行交流，促进拉曼光谱在更广泛领域的普及和发展。 /p p 　　同时，将于9 月11 日至13 日召开“国家质量基础设施建设助力质量提升”学术研讨会暨CSTM/FC00 领域委员会及纳标委WG5 工作组2018 年度会议(CSTM/FC00 领域委员会简介见附件1)，届时将邀请相关单位领导和专家围绕“国家质量基础设施建设助力质量提升”的主题展开深入探讨，欢迎有关专家学者参会。同时，将召开由CSTM/FC00 领域委员会归口承担的《标准编制说明编写指南》等4 项团体标准的审查会和新标准立项会，欢迎有意向的专家或单位参与标准的制定工作。 /p p 　　会议事项通知如下： /p p 　 strong 　一、时间和地点 /strong /p p 　　会议时间：2018 年9 月9 日注册报到，9 月10 日宣贯会议 /p p 　　会议地点：武汉 东湖开发区 二妃山庄 晴川厅会议室 /p p 　　地址：武汉东湖高新技术开发区高新大道666 号(光谷生物城内) /p p strong 　　二、宣贯内容 /strong /p p 　　1、拉曼光谱的基本原理与应用介绍 /p p 　　2、国家标准GB/T 33252-2016《纳米技术 激光共聚焦显微拉曼光谱仪性能测试》宣贯 /p p 　　3、拉曼光谱仪的校准与溯源 /p p 　　4、国家标准GB/T 36063-2018《纳米技术 用于拉曼光谱校准的标准拉曼频移曲线》宣贯。 /p p 　 strong 　三、考核与发证 /strong /p p 　　培训结束后，由中国计量科学研究院颁发培训证书。该证书可作为继续教育的证明。 /p p 　 strong 　四、培训费用 /strong /p p 　　培训费：1500 元/人，包括讲义、标准复印件、培训证书。 /p p 　　请将培训费于培训前7 天电汇到中国计量科学研究院账户，汇款 /p p 　　信息如下： /p p 　　账户名：中国计量科学研究院 /p p 　　开户行：交通银行北京分行和平里支行 /p p 　　账号：110060224018010008693 /p p 　　行号：301100000074 /p p 　　电话：010-64524304 /p p 　　银行汇款时，请备注“2018 拉曼宣贯会+姓名”字样，并详细填 span style=" TEXT-ALIGN: center" 写参会回执(附件2)中的开票信息。 /span /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" QQ截图20180906104247.jpg" style=" HEIGHT: 701px WIDTH: 600px" border=" 0" alt=" QQ截图20180906104247.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/0ff14588-62c6-481b-8186-8894a9edc2bc.jpg" width=" 600" height=" 701" / /p p strong 　　附件： /strong a title=" 附件2. 宣贯会参会回执(1).docx" style=" FONT-SIZE: 12px COLOR: rgb(0,102,204)" href=" https://img1.17img.cn/17img/files/201809/attachment/195c21ad-4283-42f8-8268-18dc4ce79a19.docx" br/ strong 　　 /strong /a strong /strong a title=" 附件1. CSTM-FC00领域委员会简介(1).pdf" style=" FONT-SIZE: 12px COLOR: #0066cc" href=" https://img1.17img.cn/17img/files/201809/attachment/a53999e4-b632-4c8c-96f0-dd03b1a5b066.pdf" strong 附件1. CSTM-FC00领域委员会简介.pdf br/ 　　附件2. 宣贯会参会回执.docx br/ 　　 /strong /a strong /strong a title=" 附件3. 酒店交通(1).pdf" style=" FONT-SIZE: 12px COLOR: #0066cc" href=" https://img1.17img.cn/17img/files/201809/attachment/3fd0e349-9265-4ae7-a1dc-8d4930209fd6.pdf" strong 附件3. 酒店交通.pdf /strong br/ /a /p

1 引 言激光干涉位移测量技术具有大量程、高分辨力、非接触式及可溯源性等优势，广泛应用于精密计量、微电子集成装备和大科学装置等领域，成为超精密位移测量领域中的重要技术之一。近年来，随着这些领域的迅猛发展，对激光干涉测量技术提出了新的测量需求。如在基于长度等量子化参量的质量基准溯源方案中，要想实现1×10−8 量级的溯源要求，需要激光干涉仪长度测量精度达0. 1 nm 量级；在集成电路制造方面，激光干涉仪承担光刻机中掩模台、工件台空间位置的高速、超精密测量任务，按照“ 摩尔定律”发展规律，近些年要想实现1 nm 节点光刻技术，需要超精密测量动态精度达0. 1 nm，达到原子尺度。为此，国际上以顶级的计量机构为代表的单位均部署了诸如NNI、Nanotrace 等工程，开展了“纳米”尺度测量仪器的研制工程，并制定了测量确定度在10 pm 以下的激光干涉测量技术的研发战略。着眼于国际形势，我国同样根据先进光刻机等高端备、先进计量的测量需求，制定了诸多纳米计量技术的研发要。可见，超精密位移测量技术的发展对推进我国众多大高端装备具有重要战略意义，是目前纳米度下测量领域逐步发展的重大研究方向。2 激光干涉测量原理根据光波的传播和叠加原理，满足相干条件的光波能够在空间中出现干涉现象。在激光干涉测量中，由于测量目标运动，将产生多普勒- 菲佐（Doppler-Fizeau效应，干涉条纹将随时间呈周期性变化，称为拍频现象。移/相移信息与测量目标的运动速度/位移关系满足fd = 2nv/ λ ， （1）φd = 2nL/ λ ， （2）式中：fd为多普勒频移；φd为多普勒相移；n 为空气折射率；v 和L 为运动速度和位移；λ 为激光波长。通过对干涉信号的频率/相位进行解算即可间接获得测量目标运动过程中速度/位信息。典型的干涉测量系统可按照激光光源类型分为单频（零差式）激光干涉仪和双频（外差式）激光干涉仪两大类。零差式激光干涉测量基本原理如图1 所示，其结构与Michelson 干涉仪相仿，参考光与测量光合光干涉后，经过QPD 输出一对相互正交的信号，为Icos = A cos (2πfd t + φ0 + φd ) ， （3）Isin = A sin (2πfd t + φ0 + φd ) ， （4）式中：（Icos， Isin）为QPD 输出的正交信号；A 为信号幅值；φ0 为初始相位。结合后续的信号处理单元即可构成完整、可辨向的测量系统。图1　零差激光干涉测量原理外差式激光干涉仪的光源是偏振态相互垂直且具有一定频差Δf 的双频激光，其典型的干涉仪结构如图2 所示。双频激光经过NPBS 后，反射光通过偏振片发生干涉，形成参考信号Ir；透射光经过PBS，光束中两个垂直偏振态相互分开，f2 光经过固定的参考镜反射，f1 光经运动的测量镜反射并附加多普勒频移fd，与反射光合光干涉后形成测量信号Im。Ir = Ar cos (2πΔft + φr ) ， （5）Im = Am cos (2πΔft + φm )， （6）式中：Δf、A 和φ 分别为双频激光频差、信号幅值和初始相位差。结合式（5）和式（6），可解算出测量目标的相位信息。图2　外差激光干涉测量原理零差式激光干涉仪常用于分辨力高、速度相对低并且轴数少的应用中。外差式激光干涉仪具有更强的抗电子噪声能力，易于实现对多个目标运动位移的多轴同步测量，适用于兼容高分辨力、高速及多轴同步测量场合，是目前主流的干涉结构之一。3 激光干涉测量关键技术在超精密激光干涉仪中，波长是测量基准，尤其在米量级的大测程中，要实现亚纳米测量，波长准确度对测量精度起到决定性作用。其中，稳频技术直接影响了激光波长的准确度，决定激光干涉仪的精度上限；环境因素的变化将影响激光的真实波长，间接降低了实际的测量精度。干涉镜组结构决定光束传播过程中的偏振态、方向性等参数，影响干涉信号质量。此外，干涉信号相位细分技术决定激光干涉仪的测量分辨力，并限制了激光干涉仪的最大测量速度。3. 1　高精度稳频技术在自由运转的状态下，激光器的频率准确度通常只有±1. 5×10−6，无法满足超精密测量中10−8~10−7的频率准确度要求。利用传统的热稳频技术（单纵模激光器的兰姆凹陷稳频方法等），可以提高频率准确度，但系统中稳频控制点常偏离光功率平衡点，输出光频率准确度仅能达2×10−7量级，无法完全满足超精密测量的精度需求。目前，超精密干涉测量中采用的高精度稳频技术主要有热稳频、饱和吸收及偏频锁定3 种。由于激光管谐振腔的热膨胀特性，腔长随温度变化呈近似线性变化。因此，热稳频方法通过对谐振腔进行温度控制实现对激光频率的闭环调节。具体过程为：选定稳定的参考频标（双纵模激光器的光功率平衡点、纵向塞曼激光器频差曲线的峰/谷值点），当激光频率偏离参考频标时，产生的频差信号用于驱动加热膜等执行机构进行激光管谐振腔腔长调节。热稳频方法能够使激光器的输出频率的准确度在10−9~10−8 量级，但原子跃迁的中心频率随时间推移受腔内气体气压、放电条件及激光管老化的影响会发生温度漂移。利用稳频控制点修正方法，通过对左右旋圆偏振光进行精确偏振分光和对称功率检测来抑制稳频控制点偏移的随机扰动，同时补偿其相对稳定偏置分量。该方法显著改善了激光频率的长期漂移现象，阿伦方差频率稳定度为1. 9×10−10，漂移量可减小至（1~2）×10−8。稳频点修正后的激光波长仍存在较大的短期抖动，主要源于激光器对环境温度的敏感性，温差对频率稳定性的影响大。自然散热型激光器和强耦合水冷散热型激光器均存在散热效果不均匀和散热程度不稳定的问题。多层弱耦合水冷散热结构为激光管提供一个相对稳定的稳频环境，既能抑制外界环境温度变化对激光管产生的扰动，冷却水自身的弱耦合特性又不影响激光管性能，进而减小了温度梯度和热应力，提高了激光器对环境温度的抗干扰能力，减少了输出激光频率的短期噪声，波长的相对频率稳定度约为1×10−9 h−1。碘分子饱和吸收稳频法将激光器的振荡频率锁定在外界的参考频率上，碘分子饱和吸收室内处于低压状态下（1~10 Pa）的碘分子气体在特定频率点附近存在频率稳定的吸收峰，将其作为稳频基准后准确度可达2. 5×10−11。但由于谐振腔损耗过大，稳频激光输出功率难以超过100 μW 且存在MHz 量级的调制频率，与运动目标测量过程中产生的多普勒频移相近。因此，饱和吸收法难以适用于多轴、动态的测量场合。偏频锁定技术是另一种高精度的热稳频方法，其原理如图3 所示，通过实时测量待稳频激光器出射光与高精度碘稳频激光频差，获得反馈控制量，从而对待稳频激光器谐振腔进行不同程度加热，实现高精度稳频。在水冷系统提供的稳频环境下，偏频锁定激光器的出射光相对频率准确度优于2. 3×10−11。图3 偏频锁定热稳频原理3. 2　高精度干涉镜组周期非线性误差是激光干涉仪中特有的内在原理性误差，随位移变化呈周期性变化，每经过半波长，将会出现一次最大值。误差大小取决光束质量，而干涉镜组是决定光束质量的主导因素。传统的周期非线性误差可以归结为零差干涉仪的三差问题和外差干涉仪的双频混叠问题，产生的非线性误差机理如图4 所示，其中Ix、Iy分别表示正交信号的归一化强度。其中，GR为虚反射，MMS 为主信号，PISn 为第n 个寄生干涉信号，DFSn 为第n 阶虚反射信号。二者表现形式不完全相同，但都会对测量结果产生数纳米至数十纳米的测量误差。可见，在面向亚纳米、皮米级的干涉测量技术中，周期非线性误差难以避免。图4　零差与外差干涉仪中的周期非线性误差机理。（a）传统三差问题与多阶虚反射李萨如图；（b）多阶虚反射与双频混叠频谱分布Heydemann 椭圆拟合法是抑制零差干涉仪中非线性误差的有效方法。该方法基于最小二乘拟合，获得关于干涉直流偏置、交流幅值以及相位偏移的线性方程组，从而对信号进行修正。在此基础上，Köning等提出一种基于测量信号和拟合信号最小几何距离的椭圆拟合方法，该方法能提供未知模型参数的局部最佳线性无偏估计量，通过Monte Carlo 随机模拟后，其非线性幅值的理论值约为22 pm。在外差干涉仪中，双频混叠本质上是源于共光路结构中双频激光光源和偏振器件分光的不理想性，称为第1 类周期非线性。对于此类周期非线性误差，补偿方法主要可以从光路系统和信号处理算法两个方面入手。前者通过优化光路可以将非线性误差补偿至数纳米水平；后者通过椭圆拟合法提取椭圆特征参数，可以将外差干涉仪中周期非线性误差补偿至亚纳米量级；两种均属补偿法，方法较为复杂，误差难以抑制到0. 1 nm 以下。另一种基于空间分离式外差干涉结构的光学非线性误差抑制技术采用独立的参考光路和测量光路，非共光路使两路光在干涉前保持独立传播，从根本上避免了外差干涉仪中频率混叠的问题，系统残余的非线性误差约为数十皮米。空间分离式干涉结构能够消除频率混叠引起的第1 类周期非线性误差，但在测量结果中仍残余亚纳米量级的非线性误差，这种有别于频率混叠的残余误差即为多阶多普勒虚反射现象，也称为第2 类周期非线性误差。虚反射现象源自光学镜面的不理想分光、反射等因素，如图5所示，其中MB 为主光束，GR 为反射光束，虚反射现象普遍存在于绝大多数干涉仪结构中。虚反射效应将会使零差干涉仪中李萨如图的椭圆产生畸变，而在外差干涉仪中则出现明显高于双频混叠的高阶误差分量。图5　多阶虚反射现象使用降低反射率的方法，如镀增透膜、设计多层增透膜等，能够弱化虚反射现象，将周期非线性降低至亚纳米水平；德国联邦物理技术研究院Weichert等通过调节虚反射光束与测量光束间的失配角，利用透镜加入空间滤波的方法将周期非线性误差降低至±10 pm。上述方法在抑制单次的虚反射现象时有着良好的效果，但在面对多阶虚反射效应时作用有限。哈尔滨工业大学王越提出一种适用于多阶虚反射的周期非线性误差抑制方法，该方法利用遗传算法优化关键虚反射面空间姿态，精准规划虚反射光束轨迹，可以将周期非线性误差抑制到数皮米量级，突破了该领域10 pm 的周期非线性误差极限。3. 3　高速高分辨力相位细分技术在激光干涉仪中，相位细分技术直接决定系统的测量精度。实现亚纳米、皮米测量的关键离不开高精度的相位细分技术。相位的解算可以从时域和频域两个角度进行。最为常用的时域解算方法是基于脉冲边缘触发的相位测量方法，该方法利用高频脉冲信号对测量信号与参考信号进行周期计数，进而获取两路信号的相位差。该方法的测量速度与测量分辨力模型可表达为vm/dLm= Bm ， （7）式中：vm 为测量速度；dLm 为测量分辨力；Bm 为系统带宽。在系统带宽恒定的情况下，高测速与高分辨力之间存在相互制约关系。只有提高系统带宽才能实现测量速度和测量分辨力的同时提升，也因此极度依赖硬件运行能力。在测量速度方面，外差激光干涉仪的测量速度主要受限于双频激光频差Δf，测量目标运动产生的多普勒频移需满足fd≤Δf。目前，美国的Zygo 公司和哈尔滨工业大学利用双声光移频方案所研制的结构的频差可达20 MHz，理论的测量速度优于5 m/s。该方法通过增加双频激光频差来间接提升测量速度，频差连续可调，适用于不同测量速度的应用场合，最大频差通常可达几十MHz，满足目前多数测量速度需求。从干涉结构出发，刁晓飞提出一种双向多普勒频移干涉测量方法，采用全对称的光路结构，如图6所示，获得两路多普勒频移方向相反的干涉信号，并根据目标运动方向选择性地采用不同干涉信号，保证始终采用正向多普勒频移进行相位/位移解算。该方法从原理上克服了双频激光频差对测量速度的限制，其最大测量速度主要受限于光电探测器带宽与模/数转换器的采样频率。图6 全对称光路结构在提升测量分辨力方面，Yan 等提出一种基于电光调制的相位调制方法，对频率为500 Hz 的信号进行周期计数，该方法实现的相位测量标准差约为0. 005°，具有10 pm 内的超高位移测量分辨力，适用于低速测量场合。对于高速信号，基于脉冲边缘触发的相位测量方法受限于硬件带宽，高频脉冲频率极限在500 MHz 左右，其测量分辨力极限约为1~10 nm，难以突破亚纳米水平。利用高速芯片，可以将处理带宽提升至10 GHz，从而实现亚纳米的测量分辨力，但成本较大。闫磊提出一种数字延时细分超精细相位测量技术，在硬件性能相同、采样频率不变的情况下，该方法利用8 阶数字延迟线，实现了相位的1024 电子细分，具有0. 31 nm 的位移测量分辨力，实现了亚纳米测量水平。该方法的等效脉冲频率约为5 GHz，接近硬件处理极限，但其测量速度与测量分辨力之间依旧存在式（7）的制约关系。德国联邦物理技术研究院的Köchert 等提出了一种双正交锁相放大相位测量方法，如图7所示，FPGA 内部生成的理想正交信号分别与外部测量信号、参考信号混频，获取相位差。利用该方法，可以实现10 pm 以内的静态测量偏差。双正交锁相放大法能够处理正弦模拟信号，充分利用了信号的频率与幅值信息，其测量速度与测量分辨力计算公式为vm/0. 1λ0= Bm， （8）dLm/0. 5λ0=Bs/dLc， （9）式中：Bs为采样带宽；dLc为解算分辨力。图7 双正交锁相方法测量原理可见，测量速度与测量分辨力相互独立，从原理上解决了高测速与高分辨力相互制约的矛盾，为激光干涉仪提供了一种兼顾高速和高分辨力的相位处理方法。在此基础上，为了适应现代工业中系统化和集成化的测量需求，美国Keysight 公司、Zygo 公司及哈尔滨工业大学相继研发出了光电探测与信号处理一体化板卡，能够实现高于5 m/s 的测量速度以及0. 31 nm 甚至0. 077 nm 的测量分辨力。此外，从变换域方面同样可以实现高精度的相位解算。张紫杨等提出了一种基于小波变换的相位细分方法，通过小波变换提取信号的瞬时频率，计算频率变化的细分时间，实现高精度的位移测量，该方法的理论相位细分数可达1024，等效位移精度约为0. 63 nm。Strube 等利用频谱分析法，从信号离散傅里叶变换（DFT）后的相位谱中获取测量目标的位移，实现了0. 3 nm 的位移测量分辨力。由于采用图像传感器为光电转换器，信号处理是以干涉条纹为基础的，适用于静态、准静态的低速测量场合。3. 4环境补偿与控制技术环境中温度、气压及湿度等变化会引起空气折射率变化，使得激光在空气中传播时波长变动，导致测量结果产生纳米量级的误差。环境误差补偿与控制技术是抑制空气折射率误差的两种重要手段。补偿法是修正空气折射率误差最常用的方法，具有极高的环境容忍度。采用折光仪原理、双波长法等可以实现10−7~10−8 量级的空气折射率相对测量不确定度。根据Edlen 经验公式，通过精确测定环境参数（温度、湿度和大气压等），可以计算出空气折射率的精确值，用于补偿位移测量结果，其中温度是影响补偿精度的最主要因素。采用高精度铂电阻传感器，设备可以实现1 mK 的温度测量精度，其折射率的补偿精度可达10−8量级，接近Edlen 公式的补偿极限。环境控制技术是保证干涉仪亚纳米测量精度的另一种有效方法。在现行的DUV 光刻机中，采用气浴法，建立3 mK/5 min 以内恒温、10 Pa/5 min 以内恒压、恒湿气浴场，该环境中能够实现10−9~10−8 量级空气折射率的不确定度。对于深空引力波探测、下一代质量基准溯源等应用场合，对激光干涉仪工作的环境控制要求更为严苛，测量装置需置于真空环境中，此时，空气折射率引入的测量误差将被彻底消除。4 激光干涉测量技术发展趋势近年来，超精密位移测量的精度需求逐渐从纳米量级向亚纳米甚至皮米量级过渡。国内在激光干涉仪中的激光稳频、周期非线性误差消除和信号处理等关键技术上均取得了重大的突破。在LISA 团队规划的空间引力波探测方案中，要求在500 万千米的距离上，激光干涉仪对相对位移量需要具有10 pm 以内的分辨能力。面对更严苛的测量需求，超精密位移测量依然严峻面临挑战。激光干涉测量技术的未来发展趋势可以归结如下。1）激光波长存在的长期漂移和短期抖动是限制测量精度提升的根本原因。高精度稳频技术对激光波长不确定度的提升极限约为10−9量级。继续提升激光波长稳定度仍需要依托于下一阶段的工业基础，改善激光管本身的物理特性，优化光源质量。2）纳米级原理性光学周期非线性误差是限制激光干涉仪测量精度向亚纳米、皮米精度发展的重要瓶颈。消除和抑制第1 类和第2 类周期非线性误差后，仍残余数十皮米的非线性误差。由于周期非线性误差的表现形式与耦合关系复杂，想要进一步降低周期非线性误差幅值，需要继续探索可能存在的第3 类非线性误差机理。3）测量速度与测量分辨力的矛盾关系在动态锁相放大相位测量方法中得到初步解决。但面对深空引力波探测中高速、皮米的测量要求，仍然需要进一步探索弱光探测下的高分辨力相位细分技术；同时，需要研究高速测量过程中的动态误差校准技术。高速、高分辨力特征依旧是相位细分技术今后的研究方向。全文下载：亚纳米皮米激光干涉位移测量技术与仪器_激光与光电子学进展.pdf

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

美国西北大学的研究人员研制出了一种小型中红外激光二极管，其转换效率超过50%。有关报道称这一成果是量子级联激光器(QCL)研究的重大突破，使量子级联激光器向多个领域的实际应用，包括对危险化学品的远程探测，迈出了重要一步。相关研究成果刊发在最近的《自然—光子学》(Nature Photonics)杂志网络版上。 　　量子级联激光器是一种发光机制异于传统半导体激光器的新型二极管激光器，根据量子力学原理设计，其发光波长可覆盖中红外区域。与传统的二极管激光器不同，量子级联激光器是单极器件，仅需电子即可运作，利用电子在一维量子化的导带间的跃迁来实现发光。经过多年的研究和工业化开发，现代近红外(波长在1微米左右)激光二极管的转换效率已接近极值，而中红外(波长大于3微米)激光二极管却很难达到效率极值。先前的报道认为，即使冷却到低温状态，高效量子级联激光器的转换效率也不会高于40%。 　　美国西北大学量子器件研究中心(CQD)的研究人员通过优化激光器设备的材料质量，在量子级联激光器效率方面取得了突破性进展。他们剔除了在低温条件下激光器操作中非必要的设计元素，研制出的新型激光器在温度冷却到40开尔文时，4.85微米波长光的转换效率达到了53%。 　　该研究小组的领导者、美国西北大学麦考密克工程与应用科学学院电气工程和计算机科学教授玛尼杰拉泽吉认为，这种高效激光器的问世是一个重大突破，这是科学家们首次使激光器发出的光能超过热能。她强调，激光器的转换效率突破50%这个门槛，是一个里程碑式的成就。 　　报道称，提高转换效率依然是目前激光器研究的首要目标。而新型设备所展现的高效率，可大大扩展量子级联激光器的功率标定范围。最近的研究表明，伴随着量子级联激光器的广泛发展，单体脉冲激光器的输出功率已高达120瓦特，而在一年前，只有34瓦特。 　　该研究得到了美国国防部高级研究计划局高效中红外激光器(EMIL)项目和美国海军研究所的共同资助。

近日，市场监管总局批准启用由北京航天计量测试技术研究所和中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所分别研制建立的两项“激光小角度副基准装置”。 激光小角度副基准装置是国家平面角基准的重要组成之一，可复现和保存平面角单位，并作为激光小角度基准装置的备份，可为激光小角度测量仪、自准直仪、光学角规等小角度器件进行量值传递，满足航空航天用激光陀螺、精密机床用高精密导轨、芯片制造用光刻机等高精尖领域的小角度量值计量需求，对航空航天、高端装备制造、精密光学器件、集成电路等领域高质量发展发挥基础性作用。 北京航天计量测试技术研究所建立的激光小角度基准装置突破了400mm超精密殷钢正弦臂、大口径空心角隅棱镜研制瓶颈，以及双频激光干涉差动测角等关键技术，实现了0.001"超高精度角度测量分辨力，相当于地球上的观察者能够看清400公里外空间站上宇航员手中的铅笔芯。中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所建立的激光小角度副基准装置实现了超高分辨力小角度量值复现，具有微小角度的测量能力，其分辨力近似一个圆周的1亿3千万分之一对应的角度量值，准确度可以达到0.03″，相当于一根100公里长的圆棒，一端抬高15毫米对应的角度量值。 当前，我国测量仪器产业正在高速向国际领先水平发展，激光小角度副基准装置的建立有助于解决当前面临的大量小角度精密测量和准确度评价问题，将为我国小角度测量技术的发展提供有力的计量支撑，并推动高精度大范围自准直仪、激光小角度测量仪等高端测量仪器加速实现国产化。

据英国《新科学家》杂志4月25日报道，欧盟通过了一项研究计划——极光基础设施(ELI)，支持科学家建造三台可合起来使用的激光器，其中每台激光器都会让现有激光器相形见绌。这三台激光器有望于2015年问世，该计划的成功将会为建造更强的激光器(其能将“虚拟”粒子从时空空白处中拉出)奠定基础。 　　这三台新激光器将于2015年分别建在捷克、匈牙利和罗马尼亚。每台激光器将发出强度高达10拍瓦(petawatt，1拍瓦=1015瓦)的脉冲，其强度是现有激光脉冲的几百倍。 　　这种激光脉冲的持续时长仅为1.5×10-14秒，比光通过发丝直径的长度距离所需时间的十分之一还少。因为这种脉冲如此短暂，它们所包含的能量少于美国国家点火装置(NIF)的激光脉冲(其持续时长为2.0×10-8)所拥有的能量。但在这稍纵即逝的瞬间，ELI脉冲产生的能量却是NIF的20倍。 　　《激光世界》杂志报道称，每台激光器的造价约为4亿美元，由于设计细节各有不同，因而可用于进行不同的高能物理实验，包括使用激光脉冲给粒子加速、研究原子核以及产生更短暂的脉冲来研究原子内部极快事件的动力学原理等。 　　如果一切进展顺利，第四台激光器将“应运而生”。该项目协调人、法国超快光学研究所所长杰拉德莫瑞希望，第四台激光系统最终能达到的强度能使“虚拟”粒子出现在现实中。

记者从中国科学院上海光学精密机械研究所获悉：强场激光物理国家重点实验室利用自行研制的超强超短激光装置，在国际上率先完成台式化自由电子激光原理的实验验证，对于发展小型化、低成本的自由电子激光器具有里程碑意义，相关研究成果于7月22日作为封面文章发表于国际学术期刊《自然》杂志。　　X射线自由电子激光被广泛用于探测物质内部动态结构，研究光与原子、分子和凝聚态物质的相互作用过程，在物理、化学、结构生物学、医学、材料、能源、环境等多学科领域广泛运用。然而，传统的X射线自由电子激光装置动辄几百米、甚至是几公里长的“庞大”规模，造价昂贵、难以普及。研制小型化、低成本的X射线自由电子激光成为该领域重要的发展方向。　　该成果的主要完成人、中科院上海光机所研究员王文涛表示，我们的工作是利用新技术把电子加速器的长度缩短，并且把电子束做到稳定、可用，来研制体积小、成本低的自由电子激光器，整个装置长度仅为12米。“打比方说，电子束加速需要‘跑道’，传统方式相当于客机起飞，需要长跑道；我们采取激光加速这一全新方式，可以短距离内把电子束加速至高速度，大大缩短所需距离。”王文涛说。　　“该项研究不仅证明了激光可以加速产生可控的、可用的电子束，而且电子束可以进一步用于产生自由电子激光。”中科院上海光机所副所长、强场激光物理国家重点实验室主任冷雨欣说。　　用这种加速方式获得的电子束，在品质和稳定性方面尚未达到实际应用的要求，相关研究处于起步阶段，到真正应用还有一段距离。下一步，研究团队将继续提升自由电子激光的输出功率和光子能量，并作为上海超强超短激光实验装置中超快化学与大分子动力学研究平台的重要组成部分，提供开放共享。

超精密高速激光干涉位移测量技术与仪器 杨宏兴 1，2，付海金 1，2，胡鹏程 1，2*，杨睿韬 1，2，邢旭 1，2，于亮 1，2，常笛 1，2，谭久彬 1，2 1 哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所，黑龙江 哈尔滨 150080； 2 哈尔滨工业大学超精密仪器技术及智能化工业和信息化部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080 摘要 针对微电子光刻机等高端装备中提出的超精密、高速位移测量需求，哈尔滨工业大学深入探索了传统的共 光路外差激光干涉测量方法和新一代的非共光路外差激光干涉测量方法，并在高精度激光稳频、光学非线性误差 精准抑制、高速高分辨力干涉信号处理等多项关键技术方面取得持续突破，研制了系列超精密高速激光干涉仪，激 光真空波长相对准确度最高达 9. 6×10-10，位移分辨力为 0. 077 nm，光学非线性误差最低为 13 pm，最大测量速度 为 5. 37 m/s。目前该系列仪器已成功应用于我国 350 nm 至 28 nm 多个工艺节点的光刻机样机集成研制和性能测 试领域，为我国光刻机等高端装备发展提供了关键技术支撑和重要测量手段。 关键词 光学设计与制造；激光干涉；超精密高速位移测量引 言 激光干涉位移测量（DMLI）技术是一种以激光 波长为标尺，通过干涉光斑的频率、相位变化来感知位移信息的测量技术。因具有非接触、高精度、高动 态、测量结果可直接溯源等特点，DMLI 技术和仪器被广泛应用于材料几何特性表征、精密传感器标定、 精密运动测试与高端装备集成等场合。特别是在微电子光刻机等高端装备中嵌入的超精密高速激光干涉仪，已成为支撑装备达成极限工作精度和工作效率的前提条件和重要保障。以目前的主流光刻机为例，其内部通常集成有 6 轴至 22 轴以上的超精密高速激光干涉仪，来实时测量高速运动的掩模工件台、 硅片工件台的 6 自由度位置和姿态信息。根据光刻机套刻精度、产率等不同特性要求，目前对激光干涉的位移测量精度需求从数十纳米至数纳米，并将进一步突破至原子尺度即亚纳米量级；而位移测量速度需求，则从数百毫米每秒到数米每秒。 对 DMLI 技术和仪器而言，影响其测量精度和测量速度提升的主要瓶颈包括激光干涉测量的方法原理、干涉光源/干涉镜组/干涉信号处理卡等仪器关键单元特性以及实际测量环境的稳定性。围绕光刻机等高端装备提出的超精密高速测量需求，以美国 Keysight 公司（原 Agilent 公司）和 Zygo 公司为代表的国际激光干涉仪企业和研发机构，长期在高精度激光稳频、高精度多轴干涉镜组、高速高分辨力干涉信号处理等方面持续攻关并取得不断突破， 已可满足当前主流光刻机的位移测量需求。然而， 一方面，上述超精密高速激光干涉测量技术和仪器 已被列入有关国家的出口管制清单，不能广泛地支撑我国当前的光刻机研发生产需求；另一方面，上述技术和仪器并不能完全满足国内外下一代光刻机研 发所提出的更精准、更高速的位移测量需求。 针对我国光刻机等高端装备研发的迫切需求， 哈尔滨工业大学先后探索了传统的共光路双频激光干涉测量方法和新一代的非共光路双频激光干涉测量方法，并在高精度激光稳频、光学非线性误差精 准抑制、高速高分辨力干涉信号处理等关键技术方 面取得持续突破，研制了系列超精密高速激光干涉 仪，可在数米每秒的高测速下实现亚纳米级的高分辨力高精度位移测量，已成功应用于我国 350 nm 至 28 nm 多个工艺节点的光刻机样机集成研制和性能测试领域。该技术和仪器不仅直接为我国当前微电子光刻机研发生产提供了关键技术支撑和核心 测量手段，而且还可为我国 7 nm 及以下节点光刻机研发提供重要的共性技术储备。高精度干涉镜组设计与研制 高精度干涉镜组的 3 个核心指标包括光学非线性、热稳定性和光轴平行性，本课题组围绕这 3 个核心指标（特别是光学非线性）设计并研制了前后两代镜组。 共光路多轴干涉镜组共光路多轴干涉镜组由双频激光共轴输入，具备抗环境干扰能力强的优点，是空间约束前提下用于被测目标位置/姿态同步精准测量不可或缺的技术途径，并且是光刻机定位系统精度的保证。该类干涉镜组设计难点在于，通过复杂光路中测量臂和参考臂的光路平衡设计保证干涉镜组的热稳定性，并通过无偏分光技术和自主设计的光束平行性测量系统，保证偏振正交的双频激光在入射分光及多次反射/折射后的高度平行性［19- 20］。目前本课题组研制的 5 轴干涉镜组（图 11） 可实现热稳定性小于 10 nm/K、光学非线性误差小于 1 nm 以及任意两束光的平行性小于 8″，与国 际主流商品安捷伦 Agilent、Zygo 两束光的平行性 5″~10″相当。 图 11. 自主研制的共光路多轴干涉镜组。（a）典型镜组的3D设计图；（b）实物图非共光路干涉镜组 非共光路干涉镜组在传统共光路镜组的基础上， 通过双频激光非共轴传输避免了双频激光的频率混叠，优化了纳米量级的光学非线性误差。2014 年，本课题组提出了一种非共光路干涉镜组结构［2，21］，具体结构如图 12 所示，测试可得该干涉镜组的光学非 线性误差为 33 pm。并进一步发现基于多阶多普勒 虚反射的光学非线性误差源，建立了基于虚反射光迹精准规划的干涉镜组光学非线性优化算法，改进并设计了光学非线性误差小于 13 pm 的非共光路干涉镜组［2-3］，并通过双层干涉光路结构对称设计保证热稳定性小于 2 nm/K［22- 25］。同时，本课题组也采用多光纤高精度平行分光，突破了共光路多轴干涉镜组棱镜组逐级多轴平行分光，致使光轴之间的平行度误差 逐级累加的固有问题，保证多光纤准直器输出光任意 两个光束之间的平行度均小于 5″。 图 12. 自主设计的非共光路多轴干涉镜组。（a）典型镜组的3D设计图；（b）实物图基于上述高精度激光稳频、光学非线性误差精准抑制、高速高分辨力干涉信号处理等多项关键技 术，本课题组研制了系列超精密高速激光干涉仪 （图 17），其激光真空波长准确度最高达 9. 6×10-10 （k=3），位移分辨力为 0. 077 nm，最低光学非线性误差为 13 pm，最大测量速度为 5. 37 m/s（表 2）。并成功应用于上海微电子装备（集团）股份有限公司 （SMEE）、中国计量科学研究院（NIM）、德国联邦物理技术研究院（PTB）等十余家单位 ，在国产光刻机、国家级计量基准装置等高端装备的研制中发挥了关键作用。 图 17. 自主研制的系列超精密高速激光干涉仪实物图。（a）20轴以上超精密高速激光干涉仪；（b）单轴亚纳米级激光干涉仪；（c）三轴亚纳米级激光干涉仪超精密激光干涉仪在精密工程中的实际测量， 不仅考验仪器的研制水平，更考验仪器的应用水 平，如复杂系统中的多轴同步测量，亚纳米乃至皮 米量级新误差源的发现与处理，高水平的温控与隔 振环境等。下面主要介绍超精密激光干涉仪的几 个典型应用。 国产光刻机研制：多轴高速超精密激光干涉仪 在国产光刻机研制方面，多轴高速超精密激光 干涉仪是嵌入光刻机并决定其光刻精度的核心单元之一。但是，一方面欧美国家在瓦森纳协定中明确规定了该类干涉仪产品对我国严格禁运；另一方面该类仪器技术复杂、难度极大，我国一直未能完整掌握，这严重制约了国产光刻机的研制和生产。 为此，本课题组研制了系列超精密高速激光干涉测量系统，已成功应用于我国 350 nm 至 28 nm 多个工艺节点的光刻机样机集成研制和性能测试领域，典型应用如图 18 所示，其各项关键指标均满足国产先进光刻机研发需求，打破了国外相关产品对我国 的禁运封锁，在国产光刻机研制中发挥了重要作用。在所应用的光刻机中，干涉仪的测量轴数可达 22 轴以上，最大测量速度可达 5. 37 m/s，激光真空 波 长/频 率 准 确 度 最 高 可 达 9. 6×10−10（k=3），位 移 分 辨 力 可 达 0. 077 nm，光 学 非 线 性 误 差 最 低 为 13 pm。 配 合 超 稳 定 的 恒 温 气 浴（3~5 mK@ 10 min）和隔振环境，可以对光刻机中双工件台的多维运动进行线位移、角位移同步测量与解耦，以满足掩模工件台、硅片工件台和投影物镜之间日益复杂的相对位置/姿态测量需求，进而保证光刻机整体套刻精度。图 18. 超精密高速激光干涉测量系统在光刻机中的应用原理及现场照片国家级计量基准装置研制：亚纳米精度激光干涉仪 在国家级计量基准装置研制方面，如何利用基本物理常数对质量单位千克进行重新定义，被国际知名学术期刊《Nature》评为近年来世界六大科学难题之一。在中国计量科学研究院张钟华院士提出的“能量天平”方案中，关键点之一便是利用超精密激光干涉仪实现高准确度的长度测量，其要求绝对测量精度达到 1 nm 以内。为此，本课题组研制了国内首套亚纳米激光干涉仪，并成功应用于我国首套量子化质量基准装置（图 19），在量子化质量基准中 国方案的实施中起到了关键作用，并推动我国成为首批成功参加千克复现国际比对的六个国家之一［30- 32］。为达到亚纳米级测量精度，除了精密的隔振与温控环境以外，该激光干涉仪必须在真空环境 下进行测量以排除空气折射率对激光波长的影响， 其测量不确定度可达 0. 54 nm @100 mm。此外，为了实现对被测对象的姿态监测，该干涉仪的测量轴 数达到了 9 轴。图 19. 国家量子化质量基准及其中集成的亚纳米激光干涉仪 结论 近年来，随着高端装备制造、精密计量和大科学装置等精密工程领域技术的迅猛发展，光刻机等高端制造装备、能量天平等量子化计量基准装置、 空间引力波探测等重大科学工程对激光干涉测量技术提出了从纳米到亚纳米甚至皮米量级精度的 重大挑战。对此，本课题组在超精密激光干涉测量方法、关键技术和仪器工程方面取得了系列突破性进展，下一步的研究重点主要包括以下 3 个方面： 1）围绕下一代极紫外光刻机的超精密高速激光干涉仪的研制与应用。在下一代极紫外光刻机中，其移动工件台运动范围、运动精度和运动速度将进一步提升，将要求在大量程、6 自由度复杂耦合、高速运动条件下实现 0. 1 nm 及以下的位移测量精度，对激光干涉仪的研发提出严峻挑战；极紫外光刻机采用真空工作环境，可减小空气气流波动和空气折射率引入的测量误差，同时也使整个测量系统结构针对空气- 真空适应性设计的复杂性大幅度增加。2）皮米激光干涉仪的研制与国际比对。2021年， 国家自然科学基金委员会（NSFC）联合德国科学基 金会（DFG）共同批准了中德合作项目“皮米级多轴 超精密激光测量方法、关键技术与比对测试”（2021 至 2023 年）。该项目由本课题组与德国联邦物理技术研究院（PTB）合作完成，预计将分别研制下一代皮米级精度激光干涉仪，并进行国际范围内的直接 比对。3）空间引力波探测。继 2017 年美国 LIGO 地面引力波探测获诺贝尔物理学奖后，各国纷纷开展了空间引力波探测计划，这些引力波探测器实质上就是巨型的超精密激光干涉仪。其中，中国的空间引力波探测计划，将借助激光干涉仪在数百万公里距离尺度上，实现皮米精度的超精密测量，本课题组在引力波国家重点研发技术项目的支持下，将陆 续开展卫星- 卫星之间和卫星- 平台质量块之间皮米级激光干涉仪的设计和研究，特别是皮米级非线性实现和皮米干涉仪测试比对的工作，预期可对空间引力波探测起到积极的支撑作用。本课题组在超精密激光干涉测量技术与仪器领域有超过 20 年的研究基础，建成了一支能够完全自主开发全部激光干涉仪核心部件、拥有完整自主知识产权的研究团队，并且在研究过程中得到了 12 项国家自然科学基金、2 项国家科技重大专项、2 项 国家重点研发计划等项目的支持，建成了超精密激光测量仪器技术研发平台和产业化平台，开发了系列超精密激光干涉测量仪，在国产先进光刻机研发、我国量子化质量基准装置等场合成功应用，推动了我国微电子光刻机等高端装备领域的发展，并将通过进一步研发，为我国下一代极紫外光刻机研 发、空间引力波探测、皮米激光干涉仪国际比对提供支撑。全文详见：超精密高速激光干涉位移测量技术与仪器.pdf

近日，科学技术部发布“增材制造与激光制造”重点专项2022年度项目申报指南。本重点专项总体目标是：到 2025 年，使我国增材制造与激光制造成为主流制造技术之一，总体达到世界一流，基本实现全球领先，在战略新兴产业、新基建、大国重器中发挥不可替代的重大作用。同时，基本实现增材制造与激光制造全产业链主体自主可控，形成系列长板技术和一批颠覆性技术，并汇集为行业整体优势，为一批领军企业奠基强大的国际技术竞争力，高端装备/ 产品大批进入国际市场，实现大规模产业化应用，在制造业转型升级中发挥核心作用。2022 年度指南部署坚持问题导向、分步实施、重点突出的原则，围绕“基础理论和前沿技术、核心功能部件、关键技术与装备、典型应用示范”全链条部署任务。拟启动 28 项指南任务， 拟安排国拨经费 3.58 亿元。其中，围绕难熔金属材料增材制造、 超快激光制造中光子—电子—晶格相互作用观测与调控等技术方向，拟部署 2 个青年科学家项目，拟安排国拨经费 400 万元，每个项目 200 万元。围绕个性化医疗器械制造、医疗植入物表面微功能结构制造等技术方向，拟部署 5 个科技型中小企业技术创新应用示范项目，拟安排国拨经费 1000 万元，每个项目 200 万元。 共性关键技术类项目，配套经费与国拨经费比例不低于 1.5:1。应用示范类项目鼓励产学研用紧密结合，充分发挥地方和市场作用， 配套经费与国拨经费比例不低于 2:1。项目统一按指南二级标题（如 1.1）的研究方向申报。除特殊 说明外，每个方向拟支持项目数为 1—2 项，实施周期不超过 5 年。申报项目的研究内容必须涵盖二级标题下指南所列的全部研究内容和考核指标。基础研究类项目下设课题不超过 4 个，项目参与单位总数不超过 6 家；共性关键技术类和应用示范类项目下设课题数不超过 5 个，项目参与单位总数不超过 10 家。项目设 1 名项目负责人，项目中每个课题设 1 名课题负责人。 青年科学家项目不再下设课题，项目参与单位总数不超过 3 家。项目设 1 名项目负责人，青年科学家项目负责人年龄要求， 男性应为 1984 年 1 月 1 日以后出生，女性应为 1982 年 1 月 1 日 以后出生。原则上团队其他参与人员年龄要求同上。青年科学家项目不再下设课题，项目参与单位总数不超过 3 家。项目设 1 名项目负责人，青年科学家项目负责人年龄要求， 男性应为 1984 年 1 月 1 日以后出生，女性应为 1982 年 1 月 1 日 以后出生。原则上团队其他参与人员年龄要求同上。 科技型中小企业项目要求由科研能力强的科技型中小企业 牵头申报。项目下不设课题，项目参加单位（含牵头单位）原则 上不超过 2 家，原则上不再组织预算评估，在验收时将对技术指 标完成和成果应用情况进行同步考核。科技型中小企业标准参照 科技部、财政部、国家税务总局印发的《科技型中小企业评价办法》（国科发政〔2017〕115 号）。1. 基础理论和前沿技术 1.1 跨尺度自润滑复合结构增材制造（基础研究类）研究内容：针对我国航空航天和高端装备对高度集成、精准按需润滑以及润滑异形件的设计与制造需求，开展复合润滑功能组件整体化增材制造研究，研究增材制造专用自润滑功能材料设计制备、跨尺度润滑功能结构、尺寸突变异形构件一体化精密制造关键技术，研发面向增材制造的自润滑复合材料体系，探索精准按需润滑结构增材制造新原理、新工艺，研究面向增材制造的可控自润滑表界面材料精准设计与构筑新方法，建立跨尺度增材 制造平台，发展润滑功能准确定制化系统设计与一体化制造技术。1.2 飞秒激光—电化学复合微纳增材制造（基础研究类） 研究内容：针对三维复杂金属微纳结构的飞秒激光辅助定域电化学增材制造，探索微结构无掩膜激光—电化学双耦作用定向诱导粒子原位增材制造机理，研究飞秒激光诱导下定域电化学沉积组织—结构—功能一体化微纳制造新方法，研究激光—电化学复合能场亚微米复杂构型和微米功能结构阵列制造、纳米体元与微米构型精准调控等技术。1.3 材料组分三维精确可控的粉末床熔融金属增材制造（基 础研究类） 研究内容：研发面向粉末床熔融增材制造的在线多组分材料精确添加技术，研究材料组分三维可控的非均质粉末床熔融增材制造工艺特性、材料原位冶金行为、材料梯度/界面行为和组织性能演化规律，明晰非均质材料构件成形过程中的应力—形变演化规律，建立非均质材料梯度/界面行为、组织与性能协同调控方法，研发材料成分过渡区间精确调控和后续热处理等关键技术，实现材料组分三维精确可控构件的创新设计、制造及评价。1.4 柔性光电器件的激光光场调控微纳制造（基础研究类） 研究内容：面向柔性光电器件中的关键微纳结构，研究激光时域/空域/频域光场调控方法，探索激光调控光场与柔性光子器件材料相互作用的新现象与新效应，研究激光远场与微腔等近场光学效应结合的宏微纳跨尺度无掩膜加工新技术，研制远场—近场复合光场的无掩膜高效激光微纳制造装备。1.5 异质仿生结构设计及一体化增材制造（基础研究类） 研究内容：探索仿生结构中材料/结构的多重耦合行为与机制，研究与高效减振、智能变形、损伤自修复等功能需求匹配的仿生结构模块化设计方法，揭示基于异质材料增材制造的仿生功能模块化调控规律，发展功能模块化构件的多维度、多尺度和异质材料的仿生设计技术；研究异质材料体系下模块化仿生构件的一体化增材制造关键技术，研发面向增材制造的宏微构型—异质材料仿生结构设计、仿真与工艺规划平台，发展多场复杂应用环 境下增材制造宏微构型—异质材料仿生构件的性能评价技术。1.6 功能化活性心肌组织增材制造（基础研究类） 研究内容：针对心肌组织损伤治疗，开展活性心肌组织高精度增材制造及其功能再生方法研究。研究功能化活性心肌组织复 杂微结构系统的仿生设计方法；研究具有电传导能力的活性心肌组织增材制造新原理与新工艺；研究增材制造活性心肌组织的体外三维定向排布生长与高频同步跳动方法，以及体外活性心肌组织电信号特征与其生物功能的作用关系；研究大型动物大面积心肌病变缺损修复的考核评价方法。1.7 面向前沿探索制造新原理（青年科学家项目） 研究内容：针对新能源、新材料等新兴产业领域重大需求， 重点开展难熔金属材料增材制造、超快激光制造中光子—电子— 晶格相互作用观测与调控、喷墨共形打印、复合制造等前沿制造新原理新方法研究。2. 核心功能部件 2.1 激光粉末床熔融增材制造在线监控与质量评价技术（共性关键技术类） 研究内容：研究合金成分、跨尺度微观组织/缺陷、应力/形变状态与激光粉末床熔融增材制造过程特征信息的相互关系；研究增材制造熔池动态行为、非均质宏/微观组织特征的多物理场在线监测方法和在线质量评价技术体系，研发铺粉状态快速准确识别与分类、熔池特征分析及质量预判、逐层熔凝区域组织/缺陷识别和轮廓变形分析、质量预警及多参量复合调控等关键技术；发展基于在线监测数据的多信息融合及高效率深度学习模型，明晰 工艺参数—特征信息—制造质量关联关系，研发基于过程特征的高效在线质量评价和多参量交互质量控制方法。2.2 大型复杂构件制造过程在线检测与智能调控技术（共性关键技术类） 研究内容：面向重大装备的高性能焊接与增材制造，研究大型复杂结构制造过程中的在线三维形貌及变形的跨尺度光学测量技术、制件与制造加工头的多自由度位姿测量技术；研究制造过程中熔池特征尺寸和温度场表征、制造缺陷非接触式在线检测技术；研发从微观位错演化到宏观结构件变形失效的跨尺度增材制造热力模拟预测技术和方法；揭示制造工艺与位错—晶界多级微 结构、结构变形和制造缺陷的关联关系；研究面向大型结构的表面形貌、结构变形、构件温度和制造缺陷等成形质量自适应闭环 控制系统与装备。2.3 增材制造构件长寿命服役行为表征与调控关键技术（共性关键技术类） 研究内容：研究增材制造构件在高温环境与复杂应力条件下的长寿命服役性能表征方法，典型增材制造构件/材料长寿命试验标准与疲劳数据库；研究增材制造构件微结构/缺陷与长寿命服役行为的关联机制，制造工艺—微结构/缺陷—服役性能的映射关系；研究提高服役寿命的增材制造缺陷/微结构在线调控技术，发展高服役性能构件增材制造工艺的优化方法；研究增材制造构件长寿命疲劳的评估技术。2.4 制造用高性能高功率飞秒激光器（共性关键技术类） 研究内容：探索飞秒激光产生、放大、线性和非线性调控过程的动力学机制，以及高功率大能量飞秒激光放大时由于增益导致的脉冲宽度劣化机制；攻克高单脉冲能量飞秒激光热管理、模式控制、高效率长寿命飞秒频率转换等关键技术，研究倍频产生高功率紫外飞秒激光参量的稳定控制及优化技术，开展高功率大能量飞秒激光器模块化设计和系统集成技术研究。2.5 制造用高性能高功率皮秒激光器（共性关键技术类） 研究内容：开展皮秒激光增益分布优化、模式控制机制和有效热管理等技术研究，攻克均匀泵浦、长寿命皮秒锁模及非线性抑制等关键技术，研究倍频转化效率提升、紫外皮秒激光光束质量控制及延寿等技术，研制高稳定性高功率红外、紫外皮秒激光器产品。3. 关键技术与装备 3.1 非均质材料飞秒激光制造技术与装备（共性关键技术类） 研究内容：面向复杂构件涉及的复合、多层膜、多孔等非均质材料的高性能加工共性需求，建立飞秒激光加工过程中光子能量吸收、电子状态变化、等离子体喷发、成形成性等多尺度连续观测系 统；从电子层面研究飞秒激光时/空/频域协同整形的非均质材料加 工新方法，突破损伤控制、选择性加工等关键工艺技术，研发飞秒激光跨尺度柔性加工装备和三维复杂构件微细加工装备。3.2 陶瓷多材料连续成形光固化增材制造技术与装备（共性关键技术类） 研究内容：研究高固含量/低粘度陶瓷打印浆料流变机理与稳定性优化方法，攻克陶瓷光固化增材制造精度光散射调控技术。 研发陶瓷多材料连续成形光固化增材制造技术与装备，开展高效加工策略与成形效能评估研究，开发材料—工艺—装备全链条性能评价方法。3.3 大能量高重频脉冲激光智能清洗技术与装备（共性关键技术类）研究内容：研究纳秒脉冲能量输出能力提升的新方法，开展大能量高重频脉冲激光光束控制、模式调控、高功率关断和多级放大等技术研究；揭示大能量纳秒脉冲激光高效高质清洗机制， 攻克基于机器视觉的精确定位、智能选区、残留物快速识别、复杂曲面路径智能规划、双光束联动无缝无重叠拼接等关键技术， 研制具备复杂曲面结构高效循环作业的激光智能化清洗成套工艺与装备。3.4 薄壁弱刚性构件激光电解复合高效铣削加工技术与装备 （共性关键技术类）研究内容：针对薄壁弱刚性整体复杂构件制造瓶颈，研究气液环境下激光束流作用过程、超高电流密度电化学加工材料去除机制及成形规律；研究激光—电解复合铣削制造新方法，攻克复 合能量场形性调控、束流流域设计等关键技术；研制大型构件激 光—电解复合铣削加工装备。3.5 结构功能部件飞秒激光精密制造技术与装备（共性关键技术类）研究内容：针对航空航天等领域结构功能一体化部件精密制造的需求，揭示飞秒激光光束运动参量调控的微结构控形控性制造机制，研究制造结构的几何特征、质量对部件功能和服役性能的映射关系；发展“压敏、密封、润滑”等功能部件飞秒激光制造方法，攻克激光脉冲三维整形、内腔光束运动姿态参量控制等关键技术，研制飞秒激光制造成套工艺与装备。3.6 海洋装备水下原位高效增材修复技术与装备（共性关键技术类）研究内容：针对海洋装备在服役过程中的修复需求，研究适用于水下原位增材修复的专用材料；研发复杂水下环境空间重构、 姿态感知和损伤区域快速三维测量技术与装备；研发水下空间约束环境下的增材修复过程规划、组织性能调控、修复部位服役性 能预测等技术；研究应急响应条件下的水下结构可修复性评价和修复方案智能决策方法；研发水下现场环境修复工艺和装备。3.7 大型点阵结构无支撑高效增材制造技术与装备（共性关键技术类） 研究内容：研究面向增材制造的多功能大型点阵结构设计技术；研究点阵结构的无支撑高效增材制造、高性能连接、多层点阵夹芯结构制造、结构变形控制等关键技术；研究大型点阵夹芯结构的无损检测技术；研发规模化低成本高效增材制造装备。3.8 大幅面纤维增强热塑性复合材料增材制造技术与装备 （共性关键技术类） 研究内容：研究面向大型纤维增强热塑性复合材料构件的多丝束挤出增材制造成形机理及翘曲变形行为，发展大型纤维增强热塑性复合材料构件设计方法，攻克大型纤维增强热塑性复合材料增材制造的路径优化、多材料性能匹配、多工艺参数匹配、界面结合优化、成形精度控制等关键技术；研究增材制造复合材料构件非降级回收再制造技术和构件的性能评价方法；研制大型纤维增强热塑性复合材料构件增材制造装备。3.9 超强韧中熵合金构件增材/强化/减材复合制造（共性关键技术类）研究内容：研究适用于增材制造的超低温超高强韧中熵合金高通量设计与性能验证方法；研究中熵合金在复合制造过程中形性调控机制与方法，以及表面损伤动态演变机制及抑制理论，研发激光增材/强化/减材复合制造工艺与装备，研究复合制造中熵合金在室温、液氧和液氮超低温环境下的强韧化机制，以及疲劳断裂等性能评价方法；研究面向服役环境的复合制造中熵合金构件重复使用评估体系。3.10 大型高性能结构件增等减材复合绿色智能制造（共性关键技术类） 研究内容：研究增材/等材/减材复合制造形性协同控制机理 和增材/等材/减材一体化复合制造技术；研究复合制造工艺—组 织—缺陷—性能的一体化映射关系，研发大型结构件综合力学性 能、疲劳性能提升关键技术；发展全过程智能化在线质量监控系统，研发大型复合绿色智能化制造装备。4. 典型应用示范 4.1 无人机十米级机身承力结构整体化增材制造示范应用 （应用示范类） 研究内容：针对高性能大型无人机研制需求，研究基于增材制造的大尺寸机身关键构件一体化设计方法；突破大尺寸精密复杂构件增材制造跨尺度形性主动调控及后处理关键技术；研究增材制造大尺寸机身整体构件无损检测评价关键技术；建立基于增材制造的大尺寸机身整体构件“材料—设计—工艺—检测—评价” 全流程技术体系。4.2 多材料功能梯度结构增材制造在无人潜航器领域应用示 范（应用示范类） 研究内容：针对万米深海无人潜航器应用需求，研究面向增材制造的无人潜航器多材料轻型耐压壳体的仿生优化设计方法， 包括无人潜航器壳体仿生结构、多材料梯度耐压结构、壳体外表面防生物附着结构等设计方法；研究高分子、陶瓷、金属等多材 料增材制造工艺及形性控制方法；研发无人潜航器多材料一体化智能增材制造装备，包括金属及高分子材料增减材一体化装备， 陶瓷材料高效增材制造装备；研究高分子、陶瓷、金属等多材料一体化增材制造构件的检测技术和评价方法。4.3 大型关重结构件激光高效高稳定增材制造工程应用示范 （应用示范类） 研究内容：研究面向规模化生产的大型关重结构件高效高精度激光增材制造材料、工艺稳定性控制方法与技术体系；研究质量性能一致性控制、检测和评价方法；研究激光增材制造典型材料关键力学性能许用值和数据库；研发面向规模化生产的高效高精度成套装备。4.4 内部精细流道增材制造在空间推进领域应用示范（应用示范类）研究内容：开展基于增材制造的空间推进系统集成化、轻量化和模块化设计研究，研发基于增材制造空间推进系统的流—固 —力—热多物理场耦合一体化设计方法及增材制造技术；研究小尺寸复杂内流道成形、内表面加工及质量控制、薄壁耐压结构成形质量控制及后续加工处理等关键技术；研究增材制造空间推进系统的检测方法及评价标准。4.5 高品质激光剥离与解键合在电子制造领域应用示范（应用示范类） 研究内容：针对 Micro-LED 显示、超薄晶圆封装中的激光剥离、解键合等制造技术瓶颈，研究紫外和深紫外光束传输与空间整形、光斑形貌与能量监控以及焦点跟随等关键技术；研究可减少器件损伤的激光剥离、解键合方法与加工工艺；研发光束整形器、焦点跟随等核心功能模块；开发 Micro-LED 显示激光剥离装备、超薄晶圆紫外激光解键合装备，研究成套工艺。4.6 科技型中小企业技术创新应用示范（科技型中小企业项目） 研究内容：面向增材制造与激光制造领域不断涌现的新兴产业增长点，开展个性化医疗器械制造、医疗植入物表面微功能结构制造、光纤微纳传感器制造、光子/电子器件制造、印制电路板 （PCB）增材制造等新兴增材制造与激光制造技术的产业化应用研究，发展新兴技术商业化装备，实现创新型构件或器件的小批量或个性化定制生产；开展具有产业新增长潜力的前沿新技术产业化研究，实现颠覆性创新新技术产业化应用。

激光粒度分析仪在色釉料中的应用 色釉料是陶瓷制品的&ldquo 行头&rdquo ，直接关系到陶瓷产品的&ldquo 卖相&rdquo 。随着我国陶瓷产品产量和质量的迅速提高，色釉料行业在最近10多年也迅速发展壮大，现已成为陶瓷产业的重要分支。从形貌上看，色釉料是一种粉体，其粒度分布直接影响呈色特征和呈色强度，必须准确测定并加以严格控制。目前最先进的测试仪器是激光粒度分析仪，由于其具有测量范围宽、重复性好、速度快、操作容易等显著优点，非常适合色釉料行业的使用。 激光粒度仪是根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象测试粒度分布的。由于激光具有很好的单色性和极强的方向性，所以一束平行的激光在没有阻碍的无限空间中将会照射到无限远的地方，并且在传播过程中很少有发散的现象。激光粒度仪的原理和结构决定了其的性能特点：1、能给出详尽的粒度分布数据，这些数据对确定色釉料颗粒的平均大小、均匀性、配料是非常有用的。2、测量范围大，能覆盖色釉料的整个粒度范围。3、测量速度快。4、重复性好、操作方便。总体来说，激光粒度仪是迄今为止最适合色釉料行业使用的粒度测试仪器。 济南微纳颗粒仪器股份有限公司是一家专注颗粒测试的企业，研究颗粒检测技术已有30多年的历史。对于陶瓷行业的检测提供了完善的服务。以坚实的质量与优质的服务实践着。在陶瓷行业受到广大客户们的一致好评。微纳在以永不停歇的脚步与客户共创美好未来。 ---------------中国颗粒测试技术的领航者--------------- 济南微纳颗粒仪器股份有限公司是专门研发、生产、销售颗粒测试相关仪器设备的高科技企业。主要产品激光粒度仪，粒度仪，粒度分析仪，激光粒度分析仪，纳米激光粒度仪，颗粒图像分析仪，喷雾激光粒度仪等。 销售热线：0531-88873312 公司网站：http://www.jnwinner.com 联系地址：济南市高新区大学科技园北区F座东二单元

p strong span style=" font-family:宋体" & nbsp & nbsp 编者按： /span /strong span style=" font-family:宋体" 在 /span 8 span style=" font-family:宋体" 月初，张福根博士的激光粒度仪导论从原理、结构、报告解读、参数拾遗四个维度对激光粒度仪进行了条分缕析，仪器信息网特设专栏刊登了张福根博士的四篇论述文章。好文如佳酿，兴难尽而回味长，幸而大家手笔未歇，从今日起，激光粒度仪应用导论的后续珠玉，将继续晦养读者的头脑，本文飨食读者的，是激光粒度仪导论之性能特点篇 /span ~ /p p style=" text-align:center" strong span style=" font-family:宋体" 激光粒度仪导论之性能特点篇 /span /strong /p p span style=" font-family:宋体" & nbsp & nbsp & nbsp /span span style=" font-family:宋体" 这里所谓的“性能特点”，是激光粒度仪相对于其他原理的粒度测量仪器而言的。除激光粒度仪外，当前市面上主流的粒度仪还有：（1）颗粒图像仪，分为动态和静态两类；（2）电阻法（Electric sensing zone 或 Electric resistance）颗粒计数器；（3）沉降法粒度仪，按照沉降力的来源分为重力沉降和离心沉降两类；按照沉降速度的测量方法分为光透沉降、X-线沉降、沉降管和沉降天平等多种；（4）动态光散射（Dynamic light scattering）粒度仪。鉴于动态光散射仪器只测量纳米和亚微米颗粒，与激光粒度仪的测量范围重叠部分很少，不应放在一起比较。本文讨论的激光粒度仪性能特点是相较于以上前3类仪器而言的 /span span style=" font-family:宋体" 。 /span /p p style=" text-indent:28px" strong span style=" font-family:宋体" 动态范围大 /span /strong /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体" 所谓动态范围是指仪器在一个量程内能测量的最大粒径与最小粒径之比。现在大部分品牌的激光粒度仪都无需调整量程（通过更换傅里叶透镜或调节测量池位置实现），所以仪器的测量范围就是仪器的动态范围。 /span /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体" 激光粒度仪的动态范围是由仪器同时能测量的最大散射角和最小散射角决定的。从原理分析，如果只测量前向散射光，测量下限能达到0.3µ m左右；如果光的探测角度范围扩展到后向，那么测量下限可达到0.1µ m。测量上限则由仪器的等效焦距和探测器最小单元的扇形平均半径决定（参考文献：胡华, 张福根等. 激光粒度仪的测量上限. 光学学报, 2018, 38(4): 0429001）。大多数品牌都能轻松测到1000µ m。可见激光粒度仪的动态范围能达到3300:1（无后向散射）或10000:1。 /span /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体" 需要说明的是，大多激光粒度仪厂商都把自己产品的测量下限宣传得很小，例如0.01微米（即10纳米），而把上限说得很大。有些是缺乏科学基础的。用户采信时要谨慎。 /span /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体" 不管怎样，其他3类粒度仪的动态范围都在 /span span style=" font-family:宋体" 100 /span span style=" font-family:宋体" 左右或者更小。可见激光粒度仪的动态范围远大于其他原理的仪器，这给用户使用带来极大的方便。 /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:24px" strong span style=" font-family:宋体" 测量速度快 /span /strong /p p & nbsp & nbsp & nbsp span style=" font-family:宋体" 激光粒度仪的测量过程主要包括背景测量、投样和搅拌循环、散射光测量、数据反演计算以及报告显示等。整个过程大约需要1分钟左右。当然这里不包括前期的样品制备过程。对难分散样品，在投入仪器的分散槽之前，需用外置的高功率超声分散器进行预处理，这个过程从数秒到几分钟，视样品不同而异。不过难分散样品的预分散对任何仪器都是必须要做的。 /span /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体" 预处理后的测量时间，电阻法仪器也很快，整个过程也在1分钟左右。沉降法仪器每次测量都要等整个沉降过程完成，同时为了满足斯托克斯定律要求的层流条件，沉降速度还不能太快。这样就造成测量过程需要30分钟甚至更长。静态图像法需要一幅一幅地处理图像，还需要人工干预，测一个样需要30分钟或更长。动态图像仪需要数分钟。 /span /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体" 综上所述，激光粒度仪的测量速度是所有现存的粒度仪中最快的仪器之一。 /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:24px" strong span style=" font-family:宋体" 重复性和再现性好 /span /strong /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体" 重复性是指将制备好的颗粒样品输送到测量池后，让仪器进行多次测量，不同次测量结果之间的一致性。重复性又称“测量精度”。重复性通常用多次测量结果的相对均方差或标准差来表示。 /span /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体" 有必要提醒的是，同一台仪器，量程的中段往往测量精度高，两端的测量精度低。在不加说明的情况下，都是指量程中段的精度。另外对粒度测量，重复性还跟样品的特性有关。首先是粒度分布宽度的影响。宽度越宽，重复性越低。其次跟样品在介质中的分散难易有关，容易团聚的样品，重复性低。 /span /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体" 激光粒度仪比较典型的精度指标是：对单分散（即理论上认为所有颗粒有相同的粒径）样品，D50重复性误差小于 /span span style=" font-family:宋体" 0.5% /span span style=" font-family:宋体" ，甚至 /span span style=" font-family:宋体" 0.2% /span span style=" font-family:宋体" 。对一般的多分散样品（最大最小颗粒之比 /span span style=" font-family:宋体" 10 /span span style=" font-family:宋体" 到 /span span style=" font-family:宋体" 20 /span span style=" font-family:宋体" 倍），国际标准 /span span style=" font-family:宋体" ISO13320 /span span style=" font-family:宋体" （ /span span style=" font-family:宋体" 2009 /span span style=" font-family:宋体" 版）的要求是：” /span span style=" font-family:宋体" D50 /span span style=" font-family:宋体" 重复误差小于 /span span style=" font-family:宋体" 3% /span span style=" font-family:宋体" ， /span span style=" font-family:宋体" D10 /span span style=" font-family:宋体" 和 /span span style=" font-family:宋体" D90 /span span style=" font-family:宋体" 重复误差小于 /span span style=" font-family:宋体" 5% /span span style=" font-family:宋体" 。如果粒径小于 /span span style=" font-family:宋体" 10 /span span style=" font-family:宋体" 微米，相对误差可以翻倍”。现行的商品化激光粒度仪， /span span style=" font-family:宋体" 重复性误差大多远小于国际标准的要求 /span span style=" font-family:宋体" 。 /span /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体" 再现性是指不同的人对同一样品进行测量（有时为了简便，也有同一个操作者，对同一样品多次取样再测量），得到的结果之间的一致性。显然，重复性是再现性的基础。由于受取样的代表性、样品制备方法（比如分散，移样的手法等）的差异的影响，再现性误差总是大于重复性误差。不过由于激光粒度仪有很高的重复精度，并且取样量比其他测量方法大，因此再现性也可以做到很高。 /span /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family: 宋体" 不论是重复性误差还是再现性误差，一般都是用相对或绝对均方差来表示的。我们了解到有的用户对粒度测量误差的物理意义不甚了解或不甚准确，在此特意再解释一下： /span /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family: 宋体" 我们首先要弄清楚，不论是平均粒径、边界粒径或者用户特别感兴趣的其他测量值，每一次的测量值跟上一次都不可能完全一样，因此每一个量的测量都存在误差。现在假设某一个量（例如D50）在n 次测量中，得到的数值分别为a sub 1 /sub ，a sub 2 /sub ，?，a sub n。 /sub /span /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-size:14px font-family:& #39 Calibri& #39 ,& #39 sans-serif& #39 " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/06638399-24f9-44c5-9f0f-6f0309d6149d.jpg" title=" 专栏5图1.png" / /span /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family: 宋体" 举个例子：设我们对一个颗粒样品进行了10次测量，每次的测量值见表2。其平均值和标准差分别为14.139微米和0.021微米。所以 /span span style=" font-family: Symbol" ` /span span style=" font-family: 宋体" a +S=14.139+0.021=14.160 /span span style=" font-family: 宋体" （微米），把测量值和这个上边界值对比，可以发现第4、第5共2个测量值超出； /span span style=" font-family: Symbol" ` /span span style=" font-family: 宋体" a -S=14.139-0.021=14.118 /span span style=" font-family: 宋体" （微米），把测量值和这个下边界对比，可以发现第6、第10共2个测量值超出；总共有4个测量值超出 /span span style=" font-family: Symbol" ` /span span style=" font-family: 宋体" a-S, /span span style=" font-family: Symbol" ` /span span style=" font-family: 宋体" a+S /span span style=" font-family: 宋体" 的区间，占测量值个数的40%，换言之，有60%的测量值在这个区间内。 /span /p p style=" text-align:center text-indent:29px" span style=" font-family: 宋体" 表2 测量误差的含义举例 /span /p table border=" 0" cellspacing=" 0" cellpadding=" 0" width=" 547" tbody tr style=" height:25px" class=" firstRow" td width=" 113" nowrap=" " rowspan=" 2" style=" border-style: solid border-color: windowtext windowtext black border-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 25" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" 序号 /span /p /td td width=" 95" rowspan=" 2" style=" border-style: solid solid solid none border-top-color: windowtext border-top-width: 1px border-bottom-color: black border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 25" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" 单次测量值（微米） /span /p /td td width=" 94" rowspan=" 2" style=" border-style: solid solid solid none border-top-color: windowtext border-top-width: 1px border-bottom-color: black border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 25" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" 测量值与上边界的差 /span /p /td td width=" 80" rowspan=" 2" style=" border-style: solid solid solid none border-top-color: windowtext border-top-width: 1px border-bottom-color: black border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 25" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" 正值表示超出 /span /p /td td width=" 91" rowspan=" 2" style=" border-style: solid solid solid none border-top-color: windowtext border-top-width: 1px border-bottom-color: black border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 25" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" 测量值与下边界的差 /span /p /td td width=" 50" rowspan=" 2" style=" border-style: solid solid solid none border-top-color: windowtext border-top-width: 1px border-bottom-color: black border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 25" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" 负值表示超出 /span /p /td td style=" border: none " width=" 0" height=" 25" br/ /td /tr tr style=" height:30px" td style=" border: none " width=" 0" height=" 30" br/ /td /tr tr style=" height:20px" td width=" 113" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid border-right-color: windowtext border-bottom-color: windowtext border-left-color: windowtext border-right-width: 1px border-bottom-width: 1px border-left-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" 1 /span /p /td td width=" 95" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" 14.149 /span /p /td td width=" 94" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" -0.011 /span /p /td td width=" 80" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" br/ /td td width=" 91" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" 0.031 /span /p /td td width=" 50" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" br/ /td td style=" border: none " width=" 0" height=" 20" br/ /td /tr tr style=" height:20px" td width=" 113" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid border-right-color: windowtext border-bottom-color: windowtext border-left-color: windowtext border-right-width: 1px border-bottom-width: 1px border-left-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" 2 /span /p /td td width=" 95" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" 14.152 /span /p /td td width=" 94" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" -0.008 /span /p /td td width=" 80" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" br/ /td td width=" 91" 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-0.035 /span /p /td td width=" 80" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" br/ /td td width=" 91" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" 0.007 /span /p /td td width=" 50" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" br/ /td td style=" border: none " width=" 0" height=" 20" br/ /td /tr tr style=" height:20px" td width=" 113" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid border-right-color: windowtext border-bottom-color: windowtext border-left-color: windowtext border-right-width: 1px border-bottom-width: 1px border-left-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" 8 /span /p /td td width=" 95" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" 14.127 /span /p /td td width=" 94" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" -0.033 /span /p /td td width=" 80" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" br/ /td td width=" 91" 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font-family: 宋体" 0.021 /span /p /td td width=" 50" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" br/ /td td style=" border: none " width=" 0" height=" 20" br/ /td /tr tr style=" height:20px" td width=" 113" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid border-right-color: windowtext border-bottom-color: windowtext border-left-color: windowtext border-right-width: 1px border-bottom-width: 1px border-left-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" 10 /span /p /td td width=" 95" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px background-color: yellow padding: 0px 7px background-position: initial initial background-repeat: initial initial " height=" 20" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" 14.115 /span /p /td td width=" 94" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" -0.045 /span /p /td td width=" 80" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" br/ /td td width=" 91" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" -0.003 /span /p /td td width=" 50" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 20" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" Over /span /p /td td style=" border: none " width=" 0" height=" 20" br/ /td /tr tr style=" height:21px" td width=" 113" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid border-right-color: windowtext border-bottom-color: windowtext border-left-color: windowtext border-right-width: 1px border-bottom-width: 1px border-left-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 21" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" 均值 /span span style=" font-family: 宋体" ( /span span style=" font-family: 宋体" 微米 /span span style=" font-family: 宋体" )& nbsp /span /p /td td width=" 95" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 21" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" 14.139 /span /p /td td width=" 94" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 21" br/ /td td width=" 80" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 21" br/ /td td width=" 91" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 21" br/ /td td width=" 50" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 21" br/ /td td style=" border: none " width=" 0" height=" 21" br/ /td /tr tr style=" height:21px" td width=" 113" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid border-right-color: windowtext border-bottom-color: windowtext border-left-color: windowtext border-right-width: 1px border-bottom-width: 1px border-left-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 21" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" & nbsp /span span style=" font-family: 宋体" 标准差 (微米)& nbsp /span /p /td td width=" 95" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 21" p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体" 0.021 /span /p /td td width=" 94" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none border-bottom-color: windowtext border-bottom-width: 1px border-right-color: windowtext border-right-width: 1px padding: 0px 7px " height=" 21" br/ /td td width=" 80" nowrap=" " style=" border-style: none solid solid none 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span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" Accurac /span /strong strong span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" y /span /strong span style=" font-family: 宋体 color:#0070C0" ），随机误差反映测量系统的精度（ /span strong span style=" font-family:& #39 Cambria& #39 ,& #39 serif& #39 color:#0070C0" Precision /span /strong span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" ）或重复性。在实际操作中，误差一方面来源于测量仪器本身，另一方面来源于操作，包括取样误差，操作失误等等。在颗粒仪器行业，为了客观地考察仪器，尽量避免人为影响，一般采用一次投样，重复测量，考察每次测量结果相对于多次测量的平均值之间的误差来评估仪器精度或重复性。 /span span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" 而把不同次取样甚至不同操作者测量同一个样品得到的结果之间的相对误差，叫做再现性 /span span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" （ /span strong span style=" font-family:& #39 Cambria& #39 ,& #39 serif& #39 color:#0070C0" Reproductivity /span /strong span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" ）。重复性和再现性都反应随机误差的大小。疏忽误差是指测量仪器处于不正常状态或者操作者操作错误得到的测量结果与真值之间的偏差。这里不讨论此类误差。 /span /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" 粒度测量与其他物理量的测量相比有两个特殊性：一是大多数情况下，粒度不存在或者难以确定真值。这是因为多数情况下颗粒的形状是不规则的，客观上不存在一个真实的“直径”。所谓的颗粒直径都是等效的圆球直径。等效的原理不同，结果也不同；甚至等效的原理相同，数据处理的方法不同，也会造成结果的差异，此其一（关于激光粒度仪的等效粒径，作者曾进行过初步研究，有兴趣的读者可参考“张福根等.棒状和片状颗粒在激光粒度仪中的等效粒径（一）、（二）.中国颗粒学会首届年会论文集，1997，267-278”）。其二，即使颗粒是圆球形的，但是粗细不均，客观上也难以用绝对方法（指更可靠、更高精度的方法，比如显微镜）测定足够多的颗粒，最终给出在计量学上有说服力的真值。粒度只有在一种很特殊的情况下才能在一定误差范围内获得真值，这就是粒度分布很窄（称为“单分散”）的圆球形颗粒。现在都用这样的颗粒制作微粒标准物质（ /span strong span style=" font-family:& #39 Cambria& #39 ,& #39 serif& #39 color:#0070C0" Reference Material /span /strong span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" ）。所以颗粒测量仪器声称的“准确性”，都是相对于单分散的标准物质来说的。用户需要注意的是，两台不同的粒度仪测标准样时都足够准确，但测量实际样品却可能得出不一样的结果。这是许多用户很费解的事。原因就在于颗粒形状的不规则、大小的不均匀和数据反演算法的差异。 /span /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" 第二个特殊性是，粒度测量结果的完整表述是由一组数（往往达到几十个）组成的粒度分布，而不是一个数，因此就存在用哪个数或哪几个数来衡量测量误差的问题。通常用平均粒径（如D[4,3]、D[3,2]或者D50，以及上下边界（累积）粒径D10、D90的测量误差来衡量。用户如果有特别关注的某个测量值，比如说碳酸该行业的2µ m以细的含量，也可以用这个测量值的误差来衡量仪器误差。 /span /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" 下面再谈误差的表达的问题。用标准误差表达重复性或者再现性已经在正文做过简单介绍。这里再补充几点： /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" （1）置信度和置信区间 /span /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" 正文已经谈到，单次测量值落在 /span span style=" font-family:Symbol color:#0070C0" ` /span span style=" font-family:& #39 Cambria& #39 ,& #39 serif& #39 color:#0070C0" a-S, /span span style=" font-family:Symbol color:#0070C0" ` /span span style=" font-family:& #39 Cambria& #39 ,& #39 serif& #39 color:#0070C0" a+S /span span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" 区间内的概率是 /span span style=" font-family:& #39 Cambria& #39 ,& #39 serif& #39 color:#0070C0" 68.3% /span span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" 。这个区间又叫置信区间， /span span style=" font-family:& #39 Cambria& #39 ,& #39 serif& #39 color:#0070C0" 68.3% /span span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" 叫做置信度。这里假设了误差的分布满足正态分布规律（注意，这是误差分布，不是粒度分布）。根据概率论中的中心极限定律，如果测量误差是由多个相互独立的因素引起的，只要因素的数量足够多，那么误差的概率分布就满足正态规律。正态分布曲线见下图 /span span style=" font-family:& #39 Cambria& #39 ,& #39 serif& #39 color:#0070C0" , /span span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" 一定区间范围内曲线以下的阴影面积就代表发生在该区间内的测量值的概率。 /span span style=" font-size: 16px font-family: 宋体 color: rgb(0, 112, 192) " 由此我们可以推断出，测量值落在μ /span span style=" font-size: 16px font-family: Cambria, serif color: rgb(0, 112, 192) " -2σ,μ+2σ /span span style=" font-size: 16px font-family: 宋体 color: rgb(0, 112, 192) " 区间内的概率是 /span span style=" font-size: 16px font-family: Cambria, serif color: rgb(0, 112, 192) " 95.4% /span span style=" font-size: 16px font-family: 宋体 color: rgb(0, 112, 192) " ，μ /span span style=" font-size: 16px font-family: Cambria, serif color: rgb(0, 112, 192) " -3σ,μ+3σ /span span style=" font-size: 16px font-family: 宋体 color: rgb(0, 112, 192) " 的概率是 /span span style=" font-size: 16px font-family: Cambria, serif color: rgb(0, 112, 192) " 99.7% /span span style=" font-size: 16px font-family: 宋体 color: rgb(0, 112, 192) " 。μ /span span style=" font-size: 16px font-family: Cambria, serif color: rgb(0, 112, 192) " -σ,μ+σ /span span style=" font-size: 16px font-family: 宋体 color: rgb(0, 112, 192) " 、μ /span span style=" font-size: 16px font-family: Cambria, serif color: rgb(0, 112, 192) " -2σ,μ+2σ /span span style=" font-size: 16px font-family: 宋体 color: rgb(0, 112, 192) " 或μ /span span style=" font-size: 16px font-family: Cambria, serif color: rgb(0, 112, 192) " -3σ,μ+3σ /span span style=" font-size: 16px font-family: 宋体 color: rgb(0, 112, 192) " 叫做测量值的置信区间，对应的 /span span style=" font-size: 16px font-family: Cambria, serif color: rgb(0, 112, 192) " 68.3% /span span style=" font-size: 16px font-family: 宋体 color: rgb(0, 112, 192) " 、 /span span style=" font-size: 16px font-family: Cambria, serif color: rgb(0, 112, 192) " 95.4% /span span style=" font-size: 16px font-family: 宋体 color: rgb(0, 112, 192) " 和 /span span style=" font-size: 16px font-family: Cambria, serif color: rgb(0, 112, 192) " 99.7% /span span style=" font-size: 16px font-family: 宋体 color: rgb(0, 112, 192) " 称为相应的置信区间内的置信度。 /span /p p style=" text-align:center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/a45cdca6-a484-4a8d-83ee-30adc265602d.jpg" title=" 专栏5图2.jpg" / /p p style=" text-align:center" span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" 随机误差的概率分布 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" （2）方均根误差与标准误差 /span /p p style=" margin-left: 29px text-align: center " span style=" font-size:14px font-family:& #39 Calibri& #39 ,& #39 sans-serif& #39 " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/18f3b470-d0b2-49f0-b9b5-22caa8d02452.jpg" title=" 专栏5图3.png" / /span /p p style=" margin-left:29px" span style=" color: rgb(0, 112, 192) font-family: 宋体 font-size: 16px " 显然，标准误差大于均方根误差。当n趋于无穷时，二者趋于一致。 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" （3）t分布 /span /p p span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" & nbsp & nbsp & nbsp /span span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" 可以想象，如果我们用n次测量的平均值 /span span style=" font-family: 宋体" a /span span style=" font-family: PMingLiU, serif" ? /span span style=" font-family:宋体 color:#0070C0" 作为测量的报告值，那么一般而言随机误差会减少。具体会减小多少？或者说置信区间和置信度会发生什么变化？需要用到概率论的t分布函数，有兴趣的读者可以自行参考有关书籍。 /span /p p style=" text-indent:28px" strong span style=" font-family:宋体" 适用多种类型的分散介质 /span /strong /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体" 绝大部分粒度仪都需要把待测颗粒分散在介质中才能测量。具体选择什么介质，首先取决于颗粒本身的特性，比如颗粒与介质不能发生化学反应，能在介质中良好分散等等。其次是介质的使用成本，越低越好。 /span /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体" 激光粒度仪测量颗粒时，既可用液体介质（称为“湿法分散”）也可用气体介质（称为“干法分散”），其中液体介质可以是最常见的水，也可以是各种有机溶剂。从而为用户选择适用且经济的介质提供便利。 /span /p p style=" text-indent:28px" strong span style=" font-family:宋体" 操作方便 /span /strong /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体" 不论使用什么类型的仪器，粒度测量都需要操作者认真仔细地进行，否则就可能引入人为误差。相对而言，激光粒度仪相较于其他粒度仪，操作起来要方便得多。主要表现在： /span /p p span style=" font-family:宋体" & nbsp & nbsp /span span style=" font-family:宋体" （1）对大多数激光粒度仪而言，不需要调整仪器量程。由于动态范围大，0.1微米至1000微米的任何样品都可以在仪器固有的量程范围内完成，无需预先估计样品的粒度分布范围，然后设置好仪器的量程才能测量（目前个别品牌的激光粒度仪还需要选量程，但大多数不需要）。作为对比，电阻法仪器、图像法仪器、沉降法仪器等等，都需要选择量程。 /span /p p & nbsp & nbsp & nbsp span style=" font-family:宋体" （ /span 2 span style=" font-family:宋体" ）对分散介质的纯度没有太高要求。这是因为激光粒度仪在测量中有一个“减背景“的操作，杂质颗粒形成的散射光的影响在一定范围内可以通过这个操作消除掉。 /span /p p style=" text-indent:21px" span style=" font-family:宋体" （ /span 3 span style=" font-family:宋体" ）一次测量所用的样品量较大，代表性好。另外样品浓度对测量结果的影响也较小。 /span /p p & nbsp & nbsp span style=" font-family:宋体" （ /span 4 span style=" font-family:宋体" ）大多产品都具有 /span SOP span style=" font-family:宋体" 功能，进一步降低了操作人员和操作手法不一致带来的测量结果差异。 /span /p p style=" text-indent:28px" strong span style=" font-family:宋体" 局限性 /span /strong /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体" 上面介绍了激光粒度仪的诸多优点。凡事有优点必然就有缺点。以下是激光粒度仪的缺点： /span /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体" （1）分辨率低：所谓分辨率是指仪器分辨两个不同粒径的单分散样品的能力。行业一般认为激光粒度仪只能区分粒径相差 /span span style=" font-family:宋体" 3 /span span style=" font-family:宋体" 倍的两个单分散样品。比如把一个 /span span style=" font-family:宋体" 5 /span span style=" font-family:宋体" 微米的样品和 /span span style=" font-family:宋体" 15 /span span style=" font-family:宋体" 微米的样品混合起来，仪器可以测出两个分布的峰。分辨率优异的品牌能够做到 /span span style=" font-family:宋体" 1.5 /span span style=" font-family:宋体" 倍左右。在实用中，需要去区分两个粒径相近的单分散样品的情况很少见，但是分辨率低意味着仪器对样品分布宽度的变化不敏感。有些对粒度均匀性要求很高的样品（比如单分散的标准微球、激光打印机用的碳粉等等）就不适合用激光粒度仪测量了。 /span /p p style=" text-indent:29px" span style=" font-family:宋体" （2）对处在样品的粒度分布范围两端的颗粒不敏感。这是因为激光粒度仪直接测量的是所有颗粒散射光分布叠加在一起的结果，处在粒度分布两端的颗粒占总颗粒的比例很低，例如0.1%，对总光能的贡献很小，容易被噪声淹没。因此用户如果很关注Dmax和Dmin，那么就要注意，激光粒度仪给出的这两个数值是不可靠的。 /span /p p & nbsp & nbsp strong 编者结： /strong span style=" font-family:宋体" 在本文中，张福根博士一根妙笔对激光粒度仪的优势和局限娓娓道来。在下篇系列文章中，张福根博士就激光粒度仪研究界的几个前沿技术问题与大家深度剖析，精彩不容错过！ /span /p p style=" text-align: right " span style=" font-family:宋体" （作者：张福根） /span /p

背景介绍随着可溶液加工激光增益材料的不断发展与改进，该类型的激光器在生物医学治疗、柔性可穿戴设备、通信及军事设备等领域的应用也在不断突破。然而，增益材料的毒性、成本和稳定性问题日益显著，这些问题是增益材料在微/纳激光领域可持续发展的主要障碍。因此，寻找低毒、低成本、高稳定性的激光材料成为该领域内的重要的任务。研究出发点碳点（CDs）作为一种环境友好、稳定性优良、制备成本低及荧光性能优异的碳基纳米材料，近年来引起了人们广泛的研究兴趣。基于CDs激光增益介质的研究不断被报道，并且逐渐走向实际应用。虽然这些早期的研究促进了CDs激光的发展，并证明了CDs是一种优异的激光增益介质。然而，跨度广的全彩色激光，尤其是近红外激光器，一直难以实现。考虑到近红外激光器在空间光通信、激光雷达、夜视，特别是临床成像和治疗等方面的广阔应用前景，开发高性能的近红外CDs激光具有重要意义。此外，CDs激光缺乏系统性的研究，这些研究可以指导CD激光材料的开发，并有助于推动其实际应用的发展。全文速览在此背景下，郑州大学卢思宇课题组合成了具有明亮蓝色、绿色、黄色、红色、深红色和近红外荧光（分别标记为B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs）的全色CDs（FC-CDs）的制备，其PL峰值波长范围为431至714 nm。CDs的低含量sp3杂化碳、高PLQY和短荧光寿命是影响其激光性能的重要因素。结果表明，这些FC-CDs的半高宽明显较窄，在44 ~ 76 nm之间；同时，辐射跃迁速率KR为0.54 ~ 1.74 × 108 s−1，与普通有机激光材料相当，表明FC-CDs具有良好的增益潜力。激光泵浦实验证实了这一点，成功实现了从467.3到705.1 nm宽范围（238 nm）可调的CDs激光出射，覆盖了国家电视标准委员会（NTSC）色域面积的140%。结果表明，CDs具有较高的Q因子、可观的增益系数和较好的稳定性。最后，利用这些FC-CDs激光作为光源，实现了高质量的彩色无散斑激光成像和动态全息显示。此项工作不仅扩大了CDs激光的发射范围，而且为实现多色激光显示和成像提供了有益的参考，是推动CDs激光发展和实际应用的重要一步。文章以“Carbon Dots with Blue-to-Near-Infrared Lasing for Colorful Speckle-Free Laser Imaging and Dynamical Holographic Display”为题发表在Advanced Materials上，第一作者为张永强博士。图文解析图1a-f为其透射电子显微镜照片，显示出B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs为球形或准球形颗粒，平均粒径分别为3.09、3.24、3.76、3.25、4.25和5.98 nm。高分辨率透射电镜（HRTEM）显示，所有CDs的面内晶格间距为0.21 nm，这可归因于石墨烯的（100）面。值得注意的是，NIR-CDs是由单分散CD聚集而成的。B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs的X射线衍射（XRD）峰分别位于20°、22°、22.8°、27°、23°和23.5°。这些值近似于石墨（002）平面25°和层间距（0.34 nm）处的衍射峰。通常，对于脂肪族前驱体，制备的CDs的XRD峰在21°左右，晶格间距比0.34 nm更宽这是因为脂肪族前体在炭化过程中更容易将含氧和含氮杂原子基团引入共轭面，从而扩大了面内间距。R-CDs在27°处有一个清晰的尖锐衍射峰，表明两步溶剂热处理产生了良好的结晶度。此外，NIR-CDs在31.7°和45.5°处有两个尖峰，这两个峰属于NIR-CDs中残留的离子液体（IL），IL具有聚集单分散CDs的功能，有助于形成聚集的颗粒。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）进一步收集了的结构成分信息（图1h和i）。光谱在3425和3230 cm−1附近显示出广泛的吸收特征，证实了-OH和-NH2的存在。1710和1630 cm−1附近的强信号与C=O拉伸振动有关，1570、1386、1215和1145 cm−1处的峰是由C=C、C-N和C-O- C拉伸振动引起的。这些结果表明，所有的FC-CDs都是由sp2/sp3杂化芳香结构形成的，这些杂化芳香结构在表面被含有杂原子（O和N）的极性基团修饰，这些基团使CDs在极性溶剂中具有良好的溶解性。图1中完整的XPS扫描显示，FC-CDs主要含有碳、氮和氧。高分辨率C 1s在C=C、C-N/C-O/（C-S）和C=O分别为284.6、286.6和288.3 eV处呈现出三个峰。N 1s分别在399.0、399.9和401.4 eV处显示吡啶、吡啶和石墨的N掺杂。O 1s光谱中C=O和C-O基团的峰分别位于531.4 eV和533 eV左右。这些XPS结果与FTIR分析一致。图1 形貌与化学成分表征。（a）B-CDs，（b）G-CDs，（c）Y-CDs， （d）R-CDs，（e）DR-CDs和（f）NIR-CDs；右上方的插图是相应的粒径分布，右下方的插图是单个颗粒的高分辨率TEM（HRTEM）图像。（g）XRD图谱，（h）FTIR谱，（i）XPS全扫描谱图。图2a-f显示了紫外照射下FC-CDs的亮蓝色、绿色、黄色、红色、深红色和近红外荧光，其发射峰分别位于431、526、572、605、665和714 nm。这些PL谱都表现出独立于激发波长的行为。它们的PLQY分别为64.9%、91.2%、41.2%、51.6%、28.3%和37.9%。此外，对于B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs，其PL光谱的半高全宽（FWHM）分别为0.46、0.19、0.18、0.24、0.20和0.14 eV。XPS分析sp3杂化碳含量分别为17.09%、9.01%、11.78%、16.78%、6.26%和11.41%。Yan等人的第一性原理计算表明，C-N、C-O和C-S基团可以导致局域化电子态，并在n -π*间隙中产生许多新的能级。这些sp3杂化碳相关激发能级的密度与C-N、C-O和C-S基团的含量呈正相关，决定了PL光谱的FWHMs。因此，CDs的PL光谱FWHMs可以通过sp3杂化碳的含量来控制。这些CDs的紫外-可见吸收峰存在于高、低两个不同的能带区，分别归因于芳香sp2结构域C=C的π -π*跃迁和CDs表面与C=O相关的不同表面态的n -π*跃迁。图2g显示了FC-CDs溶液的PL光谱的CIE坐标覆盖了NTSC标准色域面积的97.2%，意味着FC-CDs在显示中的具有良好的应用潜力。FC-CDs的时间分辨PL（TRPL）谱显示其荧光寿命分别为12.09、5.24、3.60、3.87、2.43和2.44 ns（图2h）。这些高PLQY、窄发射带和快速的PL衰减寿命的特性都有利于受激辐射（SE）。为了评估CDs的激光增益能力，结合公式（1）和（2）计算了ASE的相关参数。ASE阈值与爱因斯坦系数B和SE截面（σem）成反比:KR = φ / τ, （1） σem（λ）= λ4g（λ）/ 8πn2cτ, （2）B ∝ （c3/8πhν03）KR, （3）其中φ为PLQY，τ为平均荧光寿命，λ为发射波长，n为折射率，c为光速，g（λ）是自发辐射的线性函数，表示为g（λ）dλ = φ，h 为普朗克常数，ν0 为光频率，c 为光速。因此，KR值分别为0.54、1.74、1.14、1.33、1.16和1.55 × 108 s−1（图2i）。计算得到的最大的σem分别为1.46、16.59、13.38、15.45、19.51和38.66 × 10−17 cm2（图2i）。这些值与普通有机激光材料的值相似，表明这些CDs具有优良的增益潜力。基于上述分析，我们认为实现CDs激光有两个重要的因素。首先，需要集中的激发态能级来收集大量的具有相同能量的激发态电子，这有利于粒子数反转。其次，处于激发态能级的电子需要在高KR下跃迁回基态，这样统一的快速过程有利于光放大。这两个因素都可以通过精准的合成来控制：通过减少CDs中sp3杂化碳的含量来获得集中的激发能级，通过增加CDs的PLQY同时降低荧光寿命来获得高KR。 图2 光学表征。（a）B-CDs、（b）G-CDs、（c）Y-CDs、（d）R-CDs、（e）DR-CDs和（f）NIR-CDs的吸收光谱和PL发射光谱，插图为对应CDs溶液在紫外灯照射下的光学图片，，线标签表示激发波长，单位为nm。（g）CDs发光光谱的CIE色坐标。（h）FC-CDs的TRPL光谱和（i）KR和最大σem。采用激光泵浦对FC-CDs的激光性能进行了表征。图3a、c、e、g、i和k分别为不同泵浦强度下的B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs的发射光谱，显示出在467.3、533.5、577.4、616.3、653.5和705.1 nm处的出现尖峰；输出在可见光区域的跨度为238 nm（图3m）。在垂直于泵浦激光器和比色皿端面的方向上观察到这些FC-CDs产生的远场激光光斑（图4a、c、e、g、i和k的插图），表明激光发射的产生。随着泵浦影响的增加，FWHMs从大约60 nm急剧下降到~5 nm。这些发射光谱表明，泵浦强度的增加使发射强度急剧增加，峰的FWHM迅速窄化。为了明确发射峰强度、FWHMs和泵浦强度之间的量化关系，图3b、d、f、h、j和l绘制了相关曲线。它们都表现出明显的拐点：对于拐点以下的泵浦强度，FWHMs和输出发射强度的强度变化不明显，但在拐点以上增加泵浦能量，FWHMs急剧窄化，发射峰值强度急剧增加，其斜率与拐点以下大不相同。拐点表示激光的阈值，B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs的激光阈值分别为319.84、35.89、53.31、11.10、43.90和17.88 mJ cm−2。考虑到这种激光泵浦中无反光镜体系，这些阈值也是合理的。为了评估FC-CDs的激光阈值水平，我们还使用相同的激光泵浦设置测量了罗丹明6G （Rh6G），其激光阈值为32 mJ cm−2，表明FC-CDs具有与常用激光染料相近的激光阈值。为了评估全色激光器的性能和商业化潜力，研究了其CIE颜色坐标、Q因子、增益系数（g）和稳定性。B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs的激光光谱对应的CIE色坐标分别为（0.131，0.047）、（0.178，0.822）、（0.494，0.505）、（0.684，0.315）、（0.728，0.272）和（0.735，0.265）（图3n）。所形成的封闭区域可以达到NTSC色域面积的140%，表明FC-CDs在全彩色激光显示中的巨大潜力。对于B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs，各自的激光线宽分别为0.17、0.13、0.11、0.21、0.21和0.34 nm，相应的Q因子（Q = λp/∆λp，其中λp为激光峰波长，∆λp为激光线宽）分别为2748.8、4103.8、5249.1、2920.5、3111.9和2073.8，这些值目前位于可溶液加工激光器中的前列。这些发现表明，我们的FC-CDs的激光器在激光质量上具有相当大的优势，这有利于其实际应用。光学增益系数量化了荧光材料实现激光发射的能力，可以用变条纹长度法来计算光学增益系数。激光输出强度可表示为：I（l） = （IsA/g） [exp（gl）-1], （4）其中I（l）为从样品边缘监测到的发射强度，IsA描述了与泵浦能量成正比的自发发射，在固定的泵浦能量下为常数，l为泵浦条纹的长度，g为净增益系数。图3p显示了在2倍激光阈值下，输出发射强度与激发条纹长度的关系。B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs的增益系数分别为8.9、24.7、17.1、16.0、13.5和21.5 cm−1。这些结果与大多数有机激光材料相当甚至更优，表明这些FC-CDs具有良好的增益特性。稳定性也是评估激光器时的一个重要考虑因素。在2倍激光阈值下连续泵浦FC-CDs激光，G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs连续工作7、7、5.5、5.5和4 h后，激光强度分别为初始激光强度的0.97、0.97、1、0.98、1.03倍（图4）。在CDs的2倍激光阈值下，将相近激光波长的常用商用激光染料与相应的CDs进行了稳定性比较。香豆素153 （541 nm）、Rh6G （568 nm）、RhB （610 nm）、Rh640 （652 nm）和尼罗蓝690 （695 nm）的激光强度分别下降到初始强度的0.60、0.84、0.89、0.76和0.73倍。对于B-CDs，激光阈值大约比其他CDs高一个数量级；在泵浦的0.6 h时，激光输出逐渐降至零。相比之下，香豆素461 （465 nm）的激光在0.2 h的操作时间内消失。与以往的文献相比，本工作对CDs激光进行了更全面的研究，该激光器具有从蓝色覆盖到近红外区域的宽可调激光范围、高增益系数、高Q因子、良好的辐射跃迁率、可观的增益系数和优异的稳定性。这些参数都处于CDs激光的前沿。图3 激光稳定性。（a）B-CDs、（b）G-CDs、（c）Y-CDs、（d）R-CDs、（e）DR-CDs和（f）NIR-CDs与具有相近激光波长的商用有机激光染料在相应CDs的两倍激光阈值下的稳定性对比。FC-CDs的上述独特激光特性使其能够实现比传统热光源更亮的照明和色域更宽的全色激光成像。图4a-f分别为以B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs激光为光源对分辨率板（1951USAF）照射后的光学成像。利用互补金属氧化物半导体（CMOS）相机观测到的图像强度分布均匀、清晰、无散斑。作为对比，我们也使用商用激光器作为成像光源，使用波长为532 nm的连续波激光器和脉冲（7 ns, 10 Hz）激光器分别产生如图4g和h所示的光学图像，具有明显的激光散斑。从根本上说，这是由于图像质量受到激光高相干性带来的斑点的限制。我们进一步展示了这些CDs激光在全息显示中的潜在适用性，全息显示被认为是在3D空间中重建光学图像的最现实的方法之一，并且作为下一代显示平台为用户提供更深入的沉浸式体验而受到广泛关注。图4i为其实验设置。将CDs激光作为照明源照射到空间光调制器（SLM）上，在SLM上加载不同相位掩模（全息图）以重建全息显示所需的图案，在本例中为郑州大学的徽标。徽标分为三个部分，每个部分都可以使用B-CDs、G-CDs、和R-CDs出射的激光进行全息成像（图4j）。第一行是设计好相位掩模并输入SLM的原始图像。第二到第四行分别是CMOS相机在B-CDs、G-CDs、和R-CDs激光照射下拍摄的光学图像。第一列显示了会徽作为一个整体，并被分成几个部分。不同的组件可以简单地组合起来，以获得完整的彩色徽标（图4k）。这些静态图像具有高分辨率和高对比度，为了更接近实际应用，我们制作了一系列不同运动姿势的人物彩色全息图像，以获得彩色动态人物视频。图4l中的第一行给出了这些运动姿势的原始图片。第二至第四行分别显示了在B-CDs、G-CDs、和R-CDs激光照射下每个运动姿势不同部位的独立全息图像。然后将每个运动姿势的不同颜色部分合并到图41的第五行中。然后以每秒3帧的速度将从左到右依次输出，从而实现动态全息显示。虽然成像质量和显示方案还需改进，但我们的实验证明了未来基于CDs的激光成像的可行性。图4 基于FC-CDs激光的无散斑全彩色激光成像和彩色全息显示。（a）B-CDs、（b）G-CDs、（c）Y-CDs、（d）R-CDs、（e）DR-CDs和（f）NIR-CDs激光，以及（g）连续波激光器（532 nm）和（h）脉冲激光器（7 ns, 10 Hz，532 nm）的商用激光源下的1951USAF的光学图像，标尺均为100 μm。（i）以CDs激光为光源的全息显示器实验装置（S1、S2、A、P分别为狭缝1、狭缝2、衰减器和偏振器；L1-L4分别为焦距40、100、100、50 mm的镜头 圆柱透镜的焦距为100 mm）。（j）郑州大学校徽全息静态展示。（k）为（j）中部分成像合并后的彩色徽标。（l）运动角色的全息动态显示。全息显示器中的比例尺都是1 mm。总结与展望综上所述，在无反光镜体系的光泵浦中，FC-CDs实现了467.3、533.5、577.4、616.3、653.5和705.1 nm的波长可调谐随机激光发射，从蓝色到近红外区跨越238 nm，覆盖了NTSC色域的140%。sp3杂化碳的低含量在n -π*隙中引入了集中的激发态能级，从而实现了较窄的FWHMs和粒子数反转，高KR（高PLQY和小寿命）有利于光放大。这两个因素决定了FC-CDs的激光增益特性，在CDs激光阈值的2倍能量泵浦下，FC-CDs也表现出高Q因子、可观的增益系数和比普通商业有机染料更好的稳定性。最后，我们成功地演示了使用这些FC-CDs激光作为光源的彩色无散斑激光成像和高质量的动态全息显示。我们的研究结果扩展了CDs激光的波长范围，提供了对其激光性能的全面评估，并为全彩色激光成像和显示应用打开了大门，从而显著促进了可溶液加工的CDs基激光器的实际应用和发展。文献链接：https://doi.org/10.1002/adma.202302536

导语：激光跟踪仪作为大尺寸空间几何量精密测量仪器，由于具有较高的技术门槛，国内企业又缺乏深厚的经验积累，导致该产品长期被国外垄断。历经十余年的研发与实践，中国科学院微电子研究所和海宁集成电路与先进制造研究院共同组建的研发团队终于在激光跟踪仪的技术领域有了与国际先进技术比肩的突破性进展。本文将带您了解这个研发团队的激光跟踪仪和它在精密制造中扮演的关键性角色。说起激光跟踪仪，高端装备制造企业对它大概并不陌生，它是一种大尺寸空间几何量精密测量仪器，是大型高端装备制造的核心检测仪器，具有测量功能多（三维坐标、尺寸、形状、位置、姿态、动态运动参数等）、测量精度高、测量速度快、量程大、可现场测量等特点。检测的装备体积越大越能显示出此类产品的优越性，所以它更多出现在航空航天、汽车制造、重型机械制造、重工与船舶、能源、科研、医疗等领域等先进制造领域。激光跟踪仪是激光干涉测距技术、激光绝对测距技术、精密测角技术、光电探测技术、精密机械技术、精密跟踪技术、现代数值计算理论等各种先进技术的集大成之作，需要突破百米的测量范围、毫秒级的测量时间、微米级的测量精度以及动态实时跟踪测量等各项技术难点，技术门槛非常高，需要长期的经验积累，几乎不存在弯道超车的可能性。目前，世界范围内主要有美国FARO、美国API、瑞士Leica三家公司生产销售激光跟踪仪，我国当前尚无成熟的激光跟踪仪产品销售。因此，攻克关键技术难点实现激光跟踪仪国产化迫在眉睫。组建团队 攻关激光跟踪仪技术壁垒由于激光跟踪仪的重要性、特殊性和不可替代性，国家层面高度重视激光跟踪仪的自主研发。中国科学院微电子研究所和海宁集成电路与先进制造研究院共同组建的研发团队（以下简称该团队）一直致力于实现激光跟踪仪的国产化。该团队激光跟踪仪的研发历史已有十余年，并阶段性取得骄人成绩：（1）2011年中科院微电子研究所 (原中科院光电研究院激光跟踪仪研发团队)在国内率先开展激光跟踪仪整机研制；（2）2013年推出国内首台原理样机，初步形成具有一定规模的、专业稳定的整机开发团队，引领国内激光跟踪仪的整机与系统关键技术发展，积极追赶国际前沿；（3）2017年推出国际首台三自由度飞秒激光跟踪仪样机，从技术层面上实现了跨越式发展；（4）2021年研制成功国内第一台六自由度激光跟踪仪样机，并通过技术指标测试；（5）2021年三自由度激光跟踪仪进入到产业化阶段，立足海宁集成电路与先进制造研究院，组建了数十人的激光跟踪仪产业化团队，建立激光跟踪仪小批量生产线。该团队在激光跟踪仪领域取得了一系列具有自主知识产权的研究成果，共申报发明专利32项（已授权21项），软件著作权6项，发表研究论文60余篇。2020年激光跟踪仪成果通过了中国仪器仪表行业协会组织的成果鉴定，鉴定委员会认为：“本研究成果技术难度很大，创新性很强，取得了多项自主知识产权。整体达到国际先进水平，研制的激光跟踪仪填补国内空白，飞秒激光跟踪仪属国际首创，其中绝对测距精度、断光续接精度达到国际领先水平。”该成果荣获中国机械工业技术发明特等奖和中国计量测试学会科技进步一等奖。该团队目前主推三自由度激光跟踪仪ICAM-LT-3DOF、六自由度激光跟踪仪ICAM-LT-6DOF如图1所示。除此以外，该团队还可以根据用户的要求定制解决方案，更加贴近客户的使用需求，解决用户的“非标”问题。图1 ICAM-LT-3DOF型激光跟踪仪图2 ICAM-LT-6DOF型激光跟踪仪干货满满 技术原理深度剖析当三自由度激光跟踪仪工作时，如图2所示，激光测距系统获得靶球到仪器的精确距离r，方位编码器和俯仰编码器测角系统分别测出目标方位角A和俯仰角E，利用这三个原始测量值，就可以通过球坐标与直角坐标之间的转换关系获取空间三维直角坐标（X，Y，Z）。图3 三自由度激光跟踪仪原理图合作靶球在空间移动时，从合作靶球返回的一部分光会进入激光跟踪仪内部的位置检测器（PSD，Position Sensitive Detector），随着合作靶球的移动PSD将探测偏移值，跟踪控制系统根据这个偏移值控制方位和俯仰电机转动直到偏移值为零，从而达到跟踪的目的。测量组合参数(A，E，r) 经过坐标转换得到空间三维直角坐标（X，Y，Z）后，经过数据分析软件可以得到被测对象各种几何量参数。激光跟踪仪数据采集系统将测量数据发送至上位机以后，经上位机解析可以确定目标的三维尺寸、几何形貌等信息，并通过计算机实时显示并打印测量结果。六自由度激光跟踪仪为三自由激光跟踪仪的升级产品，如图3所示，在空间位置信息测量的基础上加入了视觉测量、光电测量和惯性测量等模块，用以获取目标空间姿态信息。首先需要建立激光跟踪仪坐标系与上述测量模块之间的转换关系，并通过视觉测量中纵向投影比不变的约束实现横滚角测量；在上述基础上，基于光束向量唯一性约束和激光准直传感原理实现方位角和俯仰角的测量，最后实现三个空间姿态角的测量；除此之外，还融入了惯性测量单元IMU的测量信息，用于动态条件下的辅助测量。图4 六自由度激光跟踪仪原理图多项技术突破 跻身国际先进该团队历经10余年的垂直深耕，在激光跟踪仪领域相继突破了高速激光干涉测距、高精度绝对测距、精密跟踪转台设计、高精度测角、动态伺服跟踪、目标快速识别锁定、多源融合姿态测量、系统误差检测与补偿等多项关键技术，在80m范围内，跟踪测量速度大于4m/s，具有良好的目标快速识别锁定能力，测量精度达到15μm+6ppm，技术性能跻身国际先进行列。优势突出 大尺寸精密测量显身手在大尺寸精密测量领域，激光跟踪仪具有测量范围大、精度高、功能多、可现场测量等优点，取代了大型固定式三坐标测量机、经纬仪、全站仪等许多传统测量设备，在设备校准、部件检测、工装制造与调试、集成装配和逆向工程等应用领域显示出极高的测量精度和效率，激光跟踪仪已成为大尺寸精密测量的主要手段，在实践中可以为为航空航天、汽车制造、重型机械制造、重工与船舶、科学研究、能源、医疗等领域等行业提供可靠的技术保障。（1）航空航天领域在航空航天制造领域，飞行器具有外形尺寸大、外部结构特殊、部件之间相互位置关系要求严格等特点，飞行器的装配通常是在各部件分别安装后再进行总体装配，在部装的某些环节和总装的整个过程中都需要进行严格的几何检测。激光跟踪仪测量的现场性和实时性以及它的高精度可以满足飞机型架和工装的定位安装、飞机外形尺寸的检测、大型零部件的检测以及飞机维修等工程测量需求。例如，测量一架大型飞机的内外形尺寸，首先要确定整架飞机的空间坐标，保证所测量的外形尺寸空间点都在同一坐标系中，可以布置足够的激光跟踪仪测站，这些测站保证了飞机上、下、左、右、前、后等整个外形都在激光跟踪仪测量范围内。其次要保证飞机处于静止状态，测量过程中不能产生移动。激光跟踪仪在每个测站测量某一个区域的飞机外形坐标点，将各个测站下的飞机外形坐标连接起来就构成整架飞机的外形尺寸坐标，对这些点进行处理可形成飞机外形的数字模型。激光跟踪仪扫描范围大，采集数据速度快，数据采集量大，精度高，大大提高了飞机测量的工作效率。（2）汽车制造领域在汽车制造领域，激光跟踪仪用于车身检测、汽车外形测量、汽车工装检具的检测与调整。通过激光跟踪仪采集汽车不同部位的点云数据，再进行拼接得到完整的汽车曲面点云数据，利用三维造型软件得到汽车三维模型。另外，汽车生产线需要以最高级别的自动化程度和准确性进行定期检测，以进行重复性和适产性测试。激光跟踪仪这种移动坐标测量设备适合工业现场使用，在检测工程中使汽车生产的停工期大幅缩短。（3）重型机械制造领域在重型机械制造业中，大尺寸部件的检测和逆向工程常采用激光跟踪仪。在零部件生产中，该系统可以快速精确地检验每个成品零部件的尺寸是否与设计尺寸一致，同时将零部件物理模型迅速数字化，得到的数字化文件可以用各种方法处理从而得出测量结果。在工件模具生产中，激光跟踪仪对工件模型进行扫描测量后建立数据模型，由数据模型生成可被加工中心识别的加工程序，从而加工出模具。三维管片和模具测量系统也是激光跟踪仪的典型工程应用之一，通过跟踪测量成品管片各个表面上的空间点坐标，经过坐标系转换和纠正将表面数据点拟合成平面或曲面，检验管片的尺寸与设计尺寸的偏差，便可判断成品的质量是否合格。与传统的检测方法相比，激光跟踪仪测量速度快，能在短时间内采集大量空间数据点信息，同时可以直接处理数据，给出成果报表，不仅工作效率高，而且大大节省了人力物力。（4）重工与船舶领域在造船工业领域中，激光跟踪仪常用于舰船外形尺寸检测、重要部件安装检测与逆向工程等。例如，船舶制造公司对于甲板都有着极高的要求，每一个拼接块的连接点都必须恰好能够和另外一片拼接块严丝合缝对接，且甲板外侧的外观必须与船体形状严格吻合，如此才能体现船舶的质量和性能。激光跟踪仪能够实时地对长度以及横向曲率进行测量，代替笨重的模板进行现场装配与检测，可使生产时间节约60%-70%，大大提高了船舶的生产效率。（5）能源领域在能源领域，激光跟踪仪常用于大型零部件的高精度加工、尺寸检测和辅助维护。例如，水力发电站中，新的涡轮发电机投入工作之前，必须获得精确的涡轮机转子形状，以便后续的勘测；当进行水力发电站的检测时，需要对在役涡轮机转子开展数字化测量，从而确定涡轮转子的磨损情况。在风力发电站中，对大型风电轮毂叶片外形尺寸进行高精度测量是保证风电轮叶片正常工作的关键。激光跟踪仪能够完成定轴轴径、同轴度、轮毂连接孔位置度的高精度测量，并且仪器轻便灵活、精度高、测量范围大、能够现场测量，已成为风电行业的必然选择。（6）科研领域在科研领域中，激光跟踪仪在粒子加速器的定期检测与调整、重要核心部件安装检测以及机器人制造校准中发挥了重要作用。例如，机器人在工厂机械安装、马达驱动安装、夹具重组等整个生产周期过程中必须保持规定的精度，才能称为高性能工业机器人。机器人设计尺寸与实际生产尺寸的偏差往往较大，主要是由于机械公差和部件安装误差所引起的。在校准机器人的实际应用中，一般有两个工作测量组，一组负责装配机器人，一组则负责检测校准安装部件，激光跟踪仪安置在这两个测量组之间。操作人员通过计算机控制定位，激光跟踪仪可以监测两个工作小组的测量工作。在一组操作人员利用激光跟踪仪检测机器人配件的同时，另一组工作人员负责装配经过检测的工件，装配后再利用激光跟踪仪进行校准。这样，大幅提高了机器人生产安装的工作效率，也节省了人力物力。（7）医疗领域在医疗领域中，质子医疗机在治疗时最重要的是需要准确定位患者体内癌细胞位置，通过控制治疗床移动，将患者需要治疗的部位送到有效的治疗区域内，才能够进行准确有效的治疗。因此医疗机在安装调试时，要求系统能够控制机械臂，将末端工装精确地移动到理论位置。这对测量方案提出了更高标准的要求：能够准确调整病灶中心的位置，X、Y、Z方向偏差要求小于0.1 mm；能够调整连接法兰的姿态精度，RX、RY、RZ要求小于0.1°，同时检测、分析效率要尽可能高。在质子医疗机安装调试过程中，激光跟踪仪可以提供简单便捷的应用方案。首先通过测量固定在墙体上的定位点，建立离子源坐标系，在软件中将机器坐标系定位到离子源坐标系统；通过坐标转换得出病灶中心与工装上定位孔的坐标关系，解算出定位孔的坐标。其次，将反射球放置在定位孔上，通过监视窗口功能查看当前位置偏差，实时调整工装，使偏差逐渐缩小至公差要求。该团队研发的激光跟踪仪已在卫星天线变形与位姿测量技术、飞机大型部件装配测量技术、船舶分段对接测量技术、高能加速器准直调节测量技术、工业机器人现场校准技术等领域开展了一系列应用研究，并取得了良好的社会效益。制造业中的智能装备、复杂结构制造、高精密制造和装配的兴起，对于测量系统提出了精度更高、智能化程度更高、适应性更强的要求。激光跟踪仪作为最先进的三坐标及姿态精密测量仪器之一，将为工程技术及科学研究大尺寸精密测量提供有效的解决方案。由于激光跟踪仪应用范围广、测量效率高、测量精度高，该仪器在高端制造领域扮演的角色越来越重要。激光跟踪仪的国产化，对于我国的制造业，尤其是高端制造领域，具有十分重大的意义。借势而起 稳扎稳打培育市场目前，国家政策一直在主张推进仪器的国产化，实现国产仪器与进口仪器的同台竞争。中国仪器仪表行业协会与中国和平利用军工技术协会在此方面做了大量的工作，这对国产激光跟踪仪的市场化推进是极大的政策性优势。在国防军工行业，激光跟踪仪的应用主要在导弹的测量、潜艇的测量、战斗机的装配、军舰的测量、天线的装配及外形检测，大型结构件测量检测等。由于进口的高端激光跟踪仪含有摄像头装置，这对我国国防军工行业造成了安全隐患。另外，由于进口激光跟踪仪不对我国展示源代码，不排除进口激光跟踪仪含有潜在的功能，这对我国部分商业秘密也带来了风险。如此种种安全隐患更是急需国产激光跟踪仪技术的开发与产品的应用。这是提供给国内企业的机会更是挑战。该团队也将借助他们国际领先的技术优势、可靠的数据链优势，以及强有力的价格优势和维修服务优势，不遗余力的为客户提供高质量的定制化产品和服务。结束语随着中国先进制造业和高端装备的飞速发展，以激光跟踪仪为代表的高精度、数字化、智能化的精密检测设备已经成为这些领域企业占领行业制高点的制胜法宝。一方面，激光跟踪仪在先进制造和高端装备领域的关键作用日益凸显，成为制造行业的核心仪器，国内对激光跟踪仪的需求量激增，国产化呼声高涨；另一方面，近年来西方对我国的技术限制和打压，使激光跟踪仪的采购和售后具有一定的不确定性，这将影响我国高端装备的发展，所以国家对激光跟踪仪等关键核心仪器的国产化大力支持。显而易见，未来激光跟踪仪的产业化具有极为光明的市场前景。

北京时间10月3日17时50分许，在瑞典首都斯德哥尔摩，瑞典皇家科学院宣布，将2023年诺贝尔物理学奖授予美国俄亥俄州立大学名誉教授皮埃尔阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）、匈牙利-奥地利物理学家费伦茨克劳斯（Ferenc Krausz）和瑞典隆德大学教授安妮呂利耶（Anne L’Huillier），以表彰他们在阿秒光脉冲方面所做出的贡献。2023年每项诺贝尔奖的奖金也由去年的1000万瑞典克朗，增加到1100万瑞典克朗，约合人民币720万元。“阿秒”是时间单位，即10-18秒。按照时间长短划分，从秒开始依次是毫秒(10-3秒)、微秒(10-6秒)、纳秒(10-9秒)、皮秒(10-12秒)、飞秒(10-15秒)、阿秒(10-18秒)。而“阿秒光脉冲”就是指持续时间在阿秒量级的光脉冲。如此短的脉冲持续时间也为其带来了重要的应用。对此，诺贝尔奖给出的获奖理由如下：获奖理由：三位2023年诺贝尔物理学奖获得者因其实验而获得认可，这些实验为人类探索原子和分子内部的电子世界提供了新的工具。Pierre Agostini、Ferenc Krausz和Anne L’Huillier已经证明了一种制造超短光脉冲的方法，可以用来测量电子移动或改变能量的快速过程。当人类感知到快速移动的事件时，它们会相互碰撞，就像一部由静止图像组成的电影被感知为连续的运动一样。如果我们想调查真正短暂的事件，我们需要特殊的技术。在电子的世界里，变化发生在十分之几阿秒——阿秒如此之短，以至于一秒钟内的变化与宇宙诞生以来的秒数一样多。获奖者的实验产生了短到以阿秒为单位测量的光脉冲，从而证明这些脉冲可以用来提供原子和分子内部过程的图像。1987年，Anne L’Huillier发现，当她将红外激光传输通过稀有气体时，会产生许多不同的光泛音。每个泛音是激光中每个周期具有给定周期数的光波。它们是由激光与气体中的原子相互作用引起的；它给一些电子额外的能量，然后以光的形式发射出去。Anne L’Huillier继续探索这一现象，为随后的突破奠定了基础。2001年，Pierre Agostini成功地产生并研究了一系列连续的光脉冲，其中每个脉冲只持续250阿秒。与此同时，Ferenc Krausz正在进行另一种类型的实验，这种实验可以分离出持续650阿秒的单个光脉冲。获奖者的贡献使人们能够对以前无法遵循的快速过程进行调查。诺贝尔物理学委员会主席伊娃奥尔森表示：“我们现在可以打开电子世界的大门。阿秒物理学让我们有机会了解电子控制的机制。下一步将利用它们。”。在许多不同的领域都有潜在的应用。例如，在电子学中，理解和控制电子在材料中的行为很重要。阿秒脉冲也可以用于识别不同的分子，例如在医学诊断中。魏志义：我国激光产业发展迅速，未来可期实际上我国也一直在阿秒激光领域深耕，培养了一批杰出的科研人员。当前国内研究超快激光和阿秒激光的主要代表人物是来自中国科学院物理研究所的魏志义研究员，主要研究领域为超短超强激光物理与技术，包括飞秒激光放大的新原理与新技术、阿秒激光物理与技术、光学频率梳及应用等。魏志义研究员长期致力于超短脉冲激光技术与应用研究，主要成果有：提出了高对比度放大飞秒激光的一种新方法，得到同类研究当时国际最高峰值功率的PW（1015瓦）超强激光输出，创造了新的世界纪录；发明了同步不同飞秒激光的新方案，研制成功综合性能国际领先的同步飞秒激光器；建成国内首个阿秒（10-18秒）激光装置，得到了脉冲宽度小于200阿秒的极紫外激光脉冲；发展了新的光学频率梳技术，研制成功综合性能先进的系列飞秒激光频率梳；利用新的脉冲压缩技术与国外同事一起获得了亚5fs的激光脉冲，打破了保持10年之久的超短激光脉冲世界纪录；研制成功系列二极管激光直接泵浦的新型全固态超短脉冲激光，开发成功多种飞秒激光产品并提供国内外多家用户。仪器信息网在世界光子大会上有幸采访了魏志义研究员。魏志义表示，超快激光（即超短脉冲激光）领域激光领域前沿研究主要关注如何实现越来越窄的激光脉冲宽度，窄的激光脉冲可以用于物质中分子、原子甚至电子的运动过程研究，因为运动过程决定了物质的一些规律和属性。科研人员关注的另一方面是激光功率，更高功率的激光可能用于武器、加工、医疗等领域。功率方面的研究主要包括峰值功率和平均功率，其中峰值功率研究我国处于世界前列。魏志义在采访中表示其对高频功率非常关注和感兴趣。谈到国内在相关领域的前沿研究进展时，魏志义表示，我国在激光领域具有比较好的基础，与国外水平接近，虽然在整体上还有较大差距,但在部分领域有所领先。在超快脉冲激光方面，我国上世纪八九十年代与国际水平差距并不大，如西安光机所、天津大学、中山大学做得都非常不错。当前超快激光脉冲突破到阿秒量级，国内包括物理所在内的一些单位也拥有产生阿秒脉冲激光的能力，可以用来开展研究工作。在激光高频功率方面，上海光机所等单位在峰值功率研究上已达国际领先水平，并将国际水平推向了新的高度。据介绍，物理所十多年前在峰值功率方面取得了很好的研究成果，做到了当时国内最好也是国际上最高的的峰值功率。但在高频功率方面我国还是与国外有较大差距，特别是在产业方面。魏志义建议，接下来不仅要在极端指标方面，还要在可靠稳定性、高频功率方面做出突破，更好的提供给广大用户开展应用工作。魏志义也强调，我国当前在超快激光研究方面有些落后，但也在奋起直追，跟国际最高水平相比有一定差距，在高频物理方面，工业应用方面差距更大。但同时，魏志义表示这些年我国激光产业发展非常迅速，未来可期。

据中国科学院网站消息，日前，中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室(简称：瞬态室)超分辨成像团队研制成功双光子激发激光扫描实时立体显微镜，首次把基于双目视觉的立体显微方法和高分辨率双光子激发激光扫描荧光显微技术结合在一起，实现了对三维荧光样品的高速立体成像，相关研究成果发表在2016年12月刊的PLOS ONE 杂志上，并被授权国家发明专利(专利号ZL201210384895.4)。　　当代生命科学研究对光学显微技术提出了越来越高的要求——更高的空间分辨率、更大的成像深度、更快的成像速度。特别是对于生物活体显微成像来说，生物组织对光的散射使得噪声大大增强，严重影响了空间分辨率和成像深度。为了提高成像深度，双光子激发激光扫描荧光显微技术自20世纪90年代提出后被广泛应用于神经成像等领域，但是其逐点扫描的成像方式严重制约了成像速度。因为高分辨率光学显微镜的景深很小，要对样品完成三维成像，通常需要数十层乃至上百层的二维图像进行叠加重建得到，图像采集和处理一般需要数分钟甚至数十分钟，要快速实时地获取和显示三维图像非常困难。　　瞬态室超分辨成像团队在研究员姚保利和叶彤的带领下，以双目视觉原理和贝塞尔光束产生扩展焦场为基础，提出了由四个振镜组成的激光束立体扫描装置，实现了对贝塞尔光束的横向位置和倾角共三个维度的控制，突破了只有两个自由度的传统激光扫描不能实时切换视角的限制。通过对四振镜立体扫描装置的优化设计和控制，实现了对贝塞尔光束的三自由度快速扫描，可在毫秒量级进行双视角切换，从而解决了激光扫描立体显微成像系统中双光路同时成像的技术难题，首次实现了基于双视角实时激光扫描的立体显微成像和显示系统。该系统可对样品进行立体动态成像和实时双目立体观测，其三维成像速度比传统的逐点扫描方式提高了一到两个数量级。该双光子立体显微系统为活体生物的三维实时成像和显示提供了一种新的观测工具。　　“它可以让我们像观看立体电影一样实时地观测动态的三维微观世界，无需光切片，无需耗时的三维图像重构。”杨延龙如此总结这套系统的特点，他负责设计和完成了其中的立体扫描和成像显示的关键部分。“双目视觉成像是非常高效的三维信息获取方式，但是现有的体视显微镜，空间分辨率和景深互相制约，我们利用三自由度扫描的贝塞尔光束进行非线性荧光激发突破了这种限制。”　　这项研究先后在中科院“百人计划”和国家自然科学基金的支持下，从基本原理验证、关键技术突破，到原理样机完成，经历了从基础研究到应用集成的各个环节。目前，课题组正在与国内外相关科研机构开展生物医学应用的合作研究，期望尽快将该项技术应用于生物活体三维快速成像和显示领域。花粉和荧光小球样品的红蓝立体图像(可佩戴红蓝眼镜观看)

激光雷达介绍 　　激光雷达 　　LiDAR(LightLaser Deteetion and Ranging)，是激光探测及测距系统的简称。 　　用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物 。由发射机 、天线 、接收机 、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等；天线是光学望远镜；接收机采用各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法分直接探测与外差探测。 激光雷达的历史 　　自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来，利用像片制作像片平面图(X、Y)技术一直沿用至今。到了1901年荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术，使得从二维像片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成为可能。一百年以来，立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术，是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。 　　随着科学技术的发展和计算机及高新技术的广泛应用，数字立体摄影测量也逐渐发展和成熟起来，并且相应的软件和数字立体摄影测量工作站已在生产部门普及。但是摄影测量的工作流程基本上没有太大的变化，如航空摄影-摄影处理-地面测量(空中三角测量)-立体测量-制图(DLG、DTM、GIS及其他)的模式基本没有大的变化。这种生产模式的周期太长，以致于不适应当前信息社会的需要，也不能满足&ldquo 数字地球&rdquo 对测绘的要求。 　　LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术的发展，源自1970年，美国航天局（NASA）的研发。因全球定位系统（Global PositioningSystem、GPS）及惯性导航系统（InertialInertiNavigation System、INS）的发展，使精确的即时定位及姿态付诸实现。德国Stuttgart大学于1988到1993年间将激光扫描技术与即时定位定姿系统结合，形成空载激光扫描仪（Ackermann-19）。之后，空载激光扫瞄仪随即发展相当快速，约从1995年开始商业化，目前已有10多家厂商生产空载激光扫瞄仪，可选择的型号超过30种（Baltsavias-1999）。研发空载激光扫瞄仪的原始目的是观测多重反射（multiple echoes）的观测值，测出地表及树顶的高度模型。由于其高度自动化及精确的观测成果用空载激光扫瞄仪为主要的DTM生产工具。 　　激光扫描方法不仅是军内获取三维地理信息的主要途径，而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面，为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料，并取得了显著的经济效益，展示出良好的应用前景。低机载LIDAR地面三维数据获取方法与传统的测量方法相比，具有生产数据外业成本低及后处理成本的优点。目前，广大用户急需低成本、高密集、快速度、高精度的数字高程数据或数字表面数据，机载LIDAR技术正好满足这个需求，因而它成为各种测量应用中深受欢迎的一个高新技术。 　　快速获取高精度的数字高程数据或数字表面数据是机载LIDAR技术在许多领域的广泛应用的前提，因此，开展机载LIDAR数据精度的研究具有非常重要的理论价值和现实意义。在这一背景下，国内外学者对提高机载LIDAR数据精度做了大量研究。 　　由于飞行作业是激光雷达航测成图的第一道工序，它为后续内业数据处理提供直接起算数据。按照测量误差原理和制定&ldquo 规范&rdquo 的基本原则，都要求前一工序的成果所包含的误差，对后一工序的影响应为最小。因此，通过研究机载激光雷达作业流程，优化设计作业方案来提高数据质量，是非常有意义的。 LiDAR的基本原理 　　LIDAR是一种集激光，全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的系统，用于获得数据并生成精确的DEM。这三种技术的结合，可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑。它又分为目前日臻成熟的用于获得地面数字高程模型(DEM)的地形LIDAR系统和已经成熟应用的用于获得水下DEM的水文LIDAR系统，这两种系统的共同特点都是利用激光进行探测和测量，这也正是LIDAR一词的英文原译，即：LIght Detection And Ranging - LIDAR。 　　激光本身具有非常精确的测距能力，其测距精度可达几个厘米，而LIDAR系统的精确度除了激光本身因素，还取决于激光、GPS及惯性测量单元(IMU)三者同步等内在因素。随着商用GPS及IMU的发展，通过LIDAR从移动平台上（如在飞机上）获得高精度的数据已经成为可能并被广泛应用。 　　LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播，所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的，传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度，激光扫描角度，从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向，就可以准确地计算出每一个地面光斑的座标X，Y，Z。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例而言，一个频率为每秒一万次脉冲的系统，接收器将会在一分钟内记录六十万个点。一般而言，LIDAR系统的地面光斑间距在2-4m不等。 激光雷达的妙用 　　激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统，其原理和构造与激光测距仪极为相似。科学家把利用激光脉冲进行探测的称为脉冲激光雷达，把利用连续波激光束进行探测的称为连续波激光雷达。激光雷达的作用是能精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。经过多年努力，科学家们已研制出火控激光雷达、侦测激光雷达、导弹制导激光雷达、靶场测量激光雷达、导航激光雷达等。 　　直升机障碍物规避激光雷达 　　目前，激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避、化学／生物战剂探测和水下目标探测等方面已进入实用阶段，其它军事应用研究亦日趋成熟。 　　直升机在进行低空巡逻飞行时，极易与地面小山或建筑物相撞。为此，研制能规避地面障碍物的直升机机载雷达是人们梦寐以求的愿望。目前，这种雷达已在美国、德国和法国获得了成功。 　　美国研制的直升机超低空飞行障碍规避系统，使用固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器可检测直升机前很宽的空域，地面障碍物信息实时显示在机载平视显示器或头盔显示器上，为安全飞行起了很大的保障作用。 　　德国戴姆勒.奔驰宇航公司研制成功的Hel??las障碍探测激光雷达更高一筹，它是一种固体1．54微米成像激光雷达，视场为32度× 32度，能探测300―500米距离内直径1厘米粗的电线，将装在新型EC―135和EC―155直升机上。 　　法国达索电子公司和英国马可尼公司联合研制的吊舱载CLARA激光雷达具有多种功能，采用CO2激光器。不但能探测标杆和电缆之类的障碍，还具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示等功能，适用于飞机和直升机。 　　化学战剂探测激光雷达 　　传统的化学战剂探测装置由士兵肩负，一边探测一边前进，探测速度慢，且士兵容易中毒。 　　俄罗斯研制成功的KDKhr―1N远距离地面激光毒气报警系统，可以实时地远距离探测化学毒剂攻击，确定毒剂气溶胶云的斜距、中心厚度、离地高度、中心角坐标以及毒剂相关参数，并可通过无线电通道或有线线路向部队自动控制系统发出报警信号，比传统探测前进了一大步。 　　德国研制成功的VTB―1型遥测化学战剂传感器技术更加先进，它使用两台9― 11微米、可在40个频率上调节的连续波CO2激光器，利用微分吸收光谱学原理遥测化学战剂，既安全又准确。 　　机载海洋激光雷达 　　传统的水中目标探测装置是声纳。根据声波的发射和接收方式，声纳可分为主动式和被动式，可对水中目标进行警戒、搜索、定性和跟踪。但它体积很大，重量一般在600公斤以上，有的甚至达几十吨重。而激光雷达是利用机载蓝绿激光器发射和接收设备，通过发射大功率窄脉冲激光，探测海面下目标并进行分类，既简便，精度又高。 　　迄今，机载海洋激光雷达已发展了三代产品。20世纪90年代研制成功的第三代系统以第二代系统为基础，增加了GPS定位和定高功能，系统与自动导航仪接口，实现了航线和高度的自动控制。 　　成像激光雷达可水下探物 　　美国诺斯罗普公司为美国国防高级研究计划局研制的ALARMS机载水雷探测系统，具有自动、实时检测功能和三维定位能力，定位分辨率高，可以24小时工作，采用卵形扫描方式探测水下可疑目标。 美国卡曼航天公司研制成功的机载水下成像激光雷达，最大特点是可对水下目标成像。由于成像激光雷达的每个激光脉冲覆盖面积大，因此其搜索效率远远高于非成像激光雷达。另外，成像激光雷达可以显示水下目标的形状等特征，更加便于识别目标，这已是成像激光雷达的一大优势。 History and Vision History Velodyne's expertise with laser distance measurement started by participating in the 2005 Grand Challenge sponsored by the Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA).A race for autonomous vehicles across the Mojave desert, DARPA's goal was to stimulate autonomous vehicle technology development for both military and commercial applications. Velodyne founders Dave and Bruce Hall entered the competition as Team DAD (Digital Audio Drive), traveling 6.2 miles in the first event and 25 miles in the second. The team developed technology for visualizing the environment, first using a dual video camera approach and later developing the laser-based system that laid the foundation for Velodyne's current products. The first Velodyne LIDAR scanner was about 30 inches in diameter and weighed close to 100 lbs. Choosing to commercialize the LIDAR scanner instead of competing in subsequent challenge events, Velodyne was able to dramatically reduce the sensor's size and weight while also improving performance. Velodyne's HDL-64E sensor was the primary means of terrain map construction and obstacle detection for all the top DARPA Urban Challenge teams. Vision Velodyne's ultimate vision for its LIDAR technology is simple: to save lives. We see the day where this sensor technology is deployed on every vehicle in the world. While traditional LIDAR sensors have relied on fixed electronics and rotating mirrors to deliver a 3-D terrain map, the rotation of an entire array of multiple fixed lasers has proven to be a quantum leap forward in sensing technology. This accomplishment has been termed a "disruptive event" by car safety research groups, who see the technology as a reason to rethink all that we know about vehicle sensors and the safety systems they enable. Until the day when we help eliminate automobile-relatedcasualties, Velodyne plans to market its unique LIDAR technology wherever sophisticated 3-D environment understanding is required: robotics, map capture, surveying, autonomous navigation, automotive safety ystems, and industrial applications. 激光雷达介绍 　　激光雷达 　　LiDAR(LightLaser Deteetion and Ranging)，是激光探测及测距系统的简称。 　　用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物 。由发射机 、天线 、接收机 、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等；天线是光学望远镜；接收机采用各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法分直接探测与外差探测。 激光雷达的历史 　　自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来，利用像片制作像片平面图(X、Y)技术一直沿用至今。到了1901年荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术，使得从二维像片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成为可能。一百年以来，立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术，是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。 　　随着科学技术的发展和计算机及高新技术的广泛应用，数字立体摄影测量也逐渐发展和成熟起来，并且相应的软件和数字立体摄影测量工作站已在生产部门普及。但是摄影测量的工作流程基本上没有太大的变化，如航空摄影-摄影处理-地面测量(空中三角测量)-立体测量-制图(DLG、DTM、GIS及其他)的模式基本没有大的变化。这种生产模式的周期太长，以致于不适应当前信息社会的需要，也不能满足&ldquo 数字地球&rdquo 对测绘的要求。 　　LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术的发展，源自1970年，美国航天局（NASA）的研发。因全球定位系统（Global PositioningSystem、GPS）及惯性导航系统（InertialInertiNavigation System、INS）的发展，使精确的即时定位及姿态付诸实现。德国Stuttgart大学于1988到1993年间将激光扫描技术与即时定位定姿系统结合，形成空载激光扫描仪（Ackermann-19）。之后，空载激光扫瞄仪随即发展相当快速，约从1995年开始商业化，目前已有10多家厂商生产空载激光扫瞄仪，可选择的型号超过30种（Baltsavias-1999）。研发空载激光扫瞄仪的原始目的是观测多重反射（multiple echoes）的观测值，测出地表及树顶的高度模型。由于其高度自动化及精确的观测成果用空载激光扫瞄仪为主要的DTM生产工具。 　　激光扫描方法不仅是军内获取三维地理信息的主要途径，而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面，为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料，并取得了显著的经济效益，展示出良好的应用前景。低机载LIDAR地面三维数据获取方法与传统的测量方法相比，具有生产数据外业成本低及后处理成本的优点。目前，广大用户急需低成本、高密集、快速度、高精度的数字高程数据或数字表面数据，机载LIDAR技术正好满足这个需求，因而它成为各种测量应用中深受欢迎的一个高新技术。 　　快速获取高精度的数字高程数据或数字表面数据是机载LIDAR技术在许多领域的广泛应用的前提，因此，开展机载LIDAR数据精度的研究具有非常重要的理论价值和现实意义。在这一背景下，国内外学者对提高机载LIDAR数据精度做了大量研究。 　　由于飞行作业是激光雷达航测成图的第一道工序，它为后续内业数据处理提供直接起算数据。按照测量误差原理和制定&ldquo 规范&rdquo 的基本原则，都要求前一工序的成果所包含的误差，对后一工序的影响应为最小。因此，通过研究机载激光雷达作业流程，优化设计作业方案来提高数据质量，是非常有意义的。 LiDAR的基本原理 　　LIDAR是一种集激光，全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的系统，用于获得数据并生成精确的DEM。这三种技术的结合，可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑。它又分为目前日臻成熟的用于获得地面数字高程模型(DEM)的地形LIDAR系统和已经成熟应用的用于获得水下DEM的水文LIDAR系统，这两种系统的共同特点都是利用激光进行探测和测量，这也正是LIDAR一词的英文原译，即：LIght Detection And Ranging - LIDAR。 　　激光本身具有非常精确的测距能力，其测距精度可达几个厘米，而LIDAR系统的精确度除了激光本身因素，还取决于激光、GPS及惯性测量单元(IMU)三者同步等内在因素。随着商用GPS及IMU的发展，通过LIDAR从移动平台上（如在飞机上）获得高精度的数据已经成为可能并被广泛应用。 　　LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播，所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的，传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度，激光扫描角度，从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向，就可以准确地计算出每一个地面光斑的座标X，Y，Z。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例而言，一个频率为每秒一万次脉冲的系统，接收器将会在一分钟内记录六十万个点。一般而言，LIDAR系统的地面光斑间距在2-4m不等。 激光雷达的妙用 　　激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统，其原理和构造与激光测距仪极为相似。科学家把利用激光脉冲进行探测的称为脉冲激光雷达，把利用连续波激光束进行探测的称为连续波激光雷达。激光雷达的作用是能精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。经过多年努力，科学家们已研制出火控激光雷达、侦测激光雷达、导弹制导激光雷达、靶场测量激光雷达、导航激光雷达等。 　　直升机障碍物规避激光雷达 　　目前，激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避、化学／生物战剂探测和水下目标探测等方面已进入实用阶段，其它军事应用研究亦日趋成熟。 　　直升机在进行低空巡逻飞行时，极易与地面小山或建筑物相撞。为此，研制能规避地面障碍物的直升机机载雷达是人们梦寐以求的愿望。目前，这种雷达已在美国、德国和法国获得了成功。 　　美国研制的直升机超低空飞行障碍规避系统，使用固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器可检测直升机前很宽的空域，地面障碍物信息实时显示在机载平视显示器或头盔显示器上，为安全飞行起了很大的保障作用。 　　德国戴姆勒.奔驰宇航公司研制成功的Hel??las障碍探测激光雷达更高一筹，它是一种固体1．54微米成像激光雷达，视场为32度× 32度，能探测300―500米距离内直径1厘米粗的电线，将装在新型EC―135和EC―155直升机上。 　　法国达索电子公司和英国马可尼公司联合研制的吊舱载CLARA激光雷达具有多种功能，采用CO2激光器。不但能探测标杆和电缆之类的障碍，还具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示等功能，适用于飞机和直升机。 　　化学战剂探测激光雷达 　　传统的化学战剂探测装置由士兵肩负，一边探测一边前进，探测速度慢，且士兵容易中毒。 　　俄罗斯研制成功的KDKhr―1N远距离地面激光毒气报警系统，可以实时地远距离探测化学毒剂攻击，确定毒剂气溶胶云的斜距、中心厚度、离地高度、中心角坐标以及毒剂相关参数，并可通过无线电通道或有线线路向部队自动控制系统发出报警信号，比传统探测前进了一大步。 　　德国研制成功的VTB―1型遥测化学战剂传感器技术更加先进，它使用两台9― 11微米、可在40个频率上调节的连续波CO2激光器，利用微分吸收光谱学原理遥测化学战剂，既安全又准确。 　　机载海洋激光雷达 　　传统的水中目标探测装置是声纳。根据声波的发射和接收方式，声纳可分为主动式和被动式，可对水中目标进行警戒、搜索、定性和跟踪。但它体积很大，重量一般在600公斤以上，有的甚至达几十吨重。而激光雷达是利用机载蓝绿激光器发射和接收设备，通过发射大功率窄脉冲激光，探测海面下目标并进行分类，既简便，精度又高。 　　迄今，机载海洋激光雷达已发展了三代

记者从位于武汉的中国地震局地震研究所获悉，全球最大流动卫星激光测距仪近日研制成功。 　　该仪器长10米、宽2.5米、高3.9米，其望远镜口径达到1米，居世界同类仪器之首，采用半挂车运载，具有白天观测能力。 　　项目负责人、中国地震局地震研究所研究员郭唐永介绍，该测距仪的研制为国家重大科学工程“中国大陆构造环境监测网络”支持的项目，它可用于观测3.6万公里远的地球同步卫星，测距精度达毫米级。去年底曾在湖北咸宁进行首次流动观测(如图)，并成功观测到地球同步卫星。 　　其观测原理为：仪器通过对卫星发射激光，并根据激光反射回来的时间，来测算卫星运行的高度和轨迹。

1914年建造在密尔沃基,由著名设计师马歇尔和福克斯设计的新古典主义建筑,74英尺高,442吨10幢希腊格林式建筑,屋顶飞檐处皆有雄伟的花岗岩修饰. 西北相互人寿保险公司(Northwestern Mutual Life building in Milwaukee)（美国）以3000万美元修复此建筑.而修复此建筑的关键在于对其飞檐的历史保存.在对此建筑物做任何动作之前,首先必须获得建筑的所有尺寸数据,包括飞檐的竣工文件.此任务就交给了当地的SightLine, LLC,负责收集和测量飞檐到建筑中心的数据测量任务. 为了缩小创新与传统的差距, SightLine 利用法如激光扫描仪FARO laser scanner 完美的将经典之美数据测量并保存下来。&ldquo 法如扫描仪的测量范围，无论从距离，还是从精度，使我们能够完美的完成任务&rdquo SightLine 总裁 Penny Anstey 说. 法如扫描仪通过高速旋转反射镜，反射接收激光束，以获得360度数据点云，利用编码器测量反射镜的转速和扫描仪自身的旋转，来确定各个点的X,Y,Z坐标点，建立数模。 SightLine 仅用了4天时间就完成了对檐口的数据采集。 法如激光扫描仪150米的测距，完全能够满足 SightLine 在该项目中的需求，而且误差小于1/10英寸。整个测量不需借助任何脚手架或者悬挂物，&ldquo 几乎所有的数据都是在地面进行采集，而且数据采集之快，范围之详细，精度之高，承包商认为这就是一个奇迹&rdquo Penny Anstey 感慨地说。 SightLine 通过标靶将测量空间分成几部分，克服了由于有遮挡而无法采集数据的问题，进行测量。 并通过法如软件将从不同地点采集的数据进行拼接。 这种将点云数据可视化的原理和X光技术有些类似。承包商一度认为激光扫描仪能够穿透墙壁获得数据。 数据 Sightline 选定3D点云数据，通过不同方位的点云，建立CAD建筑图纸，并绘制了16组2D檐口和建筑物的平面图纸。扫描结果显示，原设计图纸与实际建筑并不符合。一个完整的飞檐明显比其它的要长，而这一点平时肉眼是很难看出来的。承包商一发现此差异，立刻要求提供更多的建筑物信息。SightLine提供了海拔研究论文和一些建筑装饰元素的细节部分（如窗口弯角）。更多的偏差被发现。虽然现有的设计图纸作为标杆被存储，此次扫描发现了很多错误的地方。 SightLine 收集了大量的扫描数据，根据实际情况更新了现存信息。并利用软件管理数据，获得了更多信息。 收益 &ldquo 我们感觉激光扫描仪的潜力巨大，不但节省大量的事情，减少人为错误，而且提高了数据的安全性&rdquo Penny Anstey说。收集数据快，便于数据采集和测量精度高均是影响SightLine公司选择激光扫描仪测量，还是选择传统测量的主要权衡因素。 &ldquo 采用传统手工测量，此工程需要几个月才能完成，其间还要借助脚手架，悬架等辅助工具，&rdquo Penny Anstey说，&ldquo 暂且不提可能工人在工作中会有些遗漏，还要重回现场，收集数，但就是测量精度，说又能说测量的数据准确呢？&rdquo 关于 SightLine公司 SightLine 公司是专门提供3D测量数据的服务公司。他们专业提供清晰而准确的建筑结构数据。 欲知本产品信息：点击进入法如科技 FARO Technologies,Inc. 地址：上海市桂林路396号3号楼1楼 邮编：200233 Tel： 86-21-61917600 Fax：86-21-64948670 网址：www.faroasia.com/china e-mail: chinainfo@faro.com