超低读出噪声高速波前传感器

自适应光学波前传感的理想选择—sCMOS 相机牛津仪器 Andor sCMOS 相机作为自适应光学波前传感的优选设备，拥有高度并行的像素读出产生的高帧频，结合短曝光条件下的低噪声和高量子效率能够获得最佳信噪比图像。在本次技术说明中，我们比较了Andor sCMOS 系列中三款特别适合波前传感的相机： Marana 4.2B-6（具有CoaXpress接口） Zyla 4.2 PLUS（具有CameraLink接口） Balor 17F（具有CoaXpress接口）下表总结了每款相机的关键性能参数。表1 用于波前传感的三款 Andor sCMOS 相机的关键成像参数在第1部分中，我们将详细分析潜在的帧频性能，尤其是 ROI 模式下帧频的提升。在第2部分中，我们将比较三款相机相对“延迟”特性，这是自适应光学应用的一个重要考虑因素，因为它决定了图像在软件中的准备时间，以便作为闭环可变形镜像系统的一部分进行处理。Part 1 | sCMOS 帧频高速帧频性能对于波前传感至关重要，使用（ROI）子阵列能够实现每秒数百帧的图像采集。作为波前传感备选的成像探测器，表2显示了上述三款 sCMOS 相机在不同 ROI 阵列尺寸上的帧频。表 2 的关键成像参数（可用选项）： 卷帘快门曝光模式 重叠（100％占空比）模式 16位（全动态范围）模式 中心 ROI 成像 CoaXpress（CXP）接口（Marana 和 Balor） CameraLink（CL）接口（Zyla）表2 三款 Andor sCMOS 相机在不同 ROI 阵列尺寸上的帧频 请注意，在比较 Marana 和 Zyla（均为2048 x 2048阵列）时，尽管 Zyla 能够实现更快的帧频，但 Zyla 是使用前照式芯片，通过在每个像素上使用微透镜来实现高量子效率。Marana 使用背照式芯片，在没有微透镜的情况下可实现高达95％的量子效率。此外，如果 Zyla 的 ROI 没有在垂直方向上居中，帧频将会降低（降低到原来的2倍），而对于Marana 和 Balor，ROI 可在任何区域，帧频的降低可以忽略不计。Part 2 | “延迟”比较科学成像相机用作波前传感器的一个关键考虑因素是“延迟”。由于波前传感成像是 AO 配置闭环系统的一部分，因此软件必须快速采集图像以进行实时处理，以便它能够持续地通知变形镜系统如何在到达科学探测器的过程中对入射波前进行重塑和展平。比较波前传感器相机，我们需要清楚地了解曝光、传感器读出和任何图像传输耗时相关的相对时间。在成像的时序流程中，对于“延迟”的定义可能存在一些主观的变化。为了在当前的比较研究中实现标准化，我们将考虑从曝光开始到软件处理该曝光时间内的完整图像/ROI 的整个端到端时间。我们还将通过假设曝光时间为 10 毫秒（帧频达到100 fps）进行标准化。但是请注意，我们比较的三款相机，这 10 毫秒的曝光对应于不同的 ROI 阵列大小和相应的视野。图 1 和图 2 为 Zyla 4.2 PLUS 与 Marana 4.2B-6 进行比较的时序示意图。sCMOS 相机之间的“延迟”区别如下：Zyla 必须先将整个 ROI 阵列（10 毫秒）读出到组装图像的相机 FPGA，然后再通过 CameraLink 接口传输图像，这里又需要10 ms。由于这些过程是按序发生而不是同时进行的，因此整个端到端处理接近曝光（10 ms）+ 读出（10 ms）+ 通过 CameraLink 的数据传输（10 ms）= 30 ms。注意，Zyla图像必须首先在 FPGA上组装的原因是其复杂的传感器读出，这涉及到同时读出阵列的两半，从中间行开始，向外分别移动到顶部和底部行。Marana 具有更直接的传感器读出架构，这意味着无需将图像在相机 FPGA上组装后再传输到主机PC。相反，一旦读出像素行，它就会由 FPGA 处理并立即通过 CoaXpress（CXP）接口进行传输。这意味着图像传输与图像读出同时发生，而不是顺序发生，从而克服了“延迟”造成的影响。 Marana 的整个端到端过程近似于曝光（10 ms）+ 同时读出/数据传输（10 ms）= 20 ms。Marana 具有更直接的传感器读出架构，这意味着无需将图像在相机 FPGA上组装后再传输到主机 PC。相反，一旦读出像素行，它就会由 FPGA 处理并立即通过 CoaXpress（CXP）接口进行传输。这意味着图像传输与图像读出同时发生，而不是顺序发生，从而克服了“延迟”造成的影响。Marana 的整个端到端过程近似于曝光（10 ms）+ 同时读出/数据传输（10 ms）= 20 ms。Balor 未在所示的图中具体表示，但具有与 Marana 相似的单向传感器读出架构，区别在于 Balor 通过同时读取每组 4 行的数据来提高速度。因此，如果 Balor 定义了 ROI 阵列，其结果是曝光时间为 10 ms（相应的读数为10 ms），那么 Balor 的整个端到端过程也将近似于曝光时间（10 ms）+ 同时读出/数据传输（10 ms）= 20 ms。因此，相对于 Zyla 固有的“延迟”, Marana 和 Balor 的“延迟”减少了。然而，如第 1 节所示，Zyla 4.2 PLUS 相对于Marana 4.2B-6 可能具有更高的帧速。在为您的装置选择最合适的波前传感成像相机时，应在确切的实验要求范围内考虑这两个因素。图 1 和图 2 的关键成像参数（可用选项）： 曝光时间/读出时间 — 10毫秒（需要选择ROI） 卷帘快门曝光模式图1 Zyla4.2 PLUS：表示曝光、读出和图像传输（通过 CameraLink接口）的计时示意图图2 Marana 4.2B-6：表示曝光、同时读出/图像传输（通过Coaxress 接口）的计时示意图。Balor 的实验数据接近Marana 4.2B-6

〖导读〗目前，国际通用的波前传感器主要是四波横向剪切干涉类型的波前传感器，这款波前传感器采用的是国际名企--法国Phasics的专利技术，并在实际应用中得到广大科研工作者的一致认可！ 四波横向剪切干涉类型的波前传感器采用的是法国Phasics对传统的夏克-哈特曼波前传感器的改进的专利技术： 四波横向剪切干涉和夏克-哈特曼技术的区别：PHASICS：SID4SH区别技术四波横向剪切干涉夏克-哈特曼是对夏克-哈特曼技术的改进，PHASICS全球售出超过300个探测器。强度采用傅里叶变换方法，测量对强度变化不敏感由于需要测量焦点位置，测量对强度变化灵敏关于测量精度，波前测量不依赖于强度水平。使用方便界面直观，利用针孔进行对准安装困难，需要精密的调节台SID4 产品使用方便。取样SID4-HR达300x400测量点64x6测量点（微透镜数量）SID4-HR具有很高的分辨率。这使得测量更可靠，也更稳定。数值孔径 NA：0.5NA：0.1SID4-HR动态范围更高。空间分辨率29.6μm115μmSID4-HR具有更好的空间分辨率。重复性2nm RMSλ/200( 5nm @1053 nm)更好的重复率，更稳定。获取频率10fps7.5fps分析速度快照明SID4的技术可以消色差。系统对不同波长和带宽响应一致。无需对每个波长进行校准。夏克-哈特曼技术基于微透镜，其特性依赖于波长（由于玻璃色散）。仪器需要对每个波长校正。PHASICS更灵活：可以测试宽波段，而不需要额外校准。Phasics波前传感器与传统哈特曼波前传感器测量结果对比： Phasics公司波前传感器具有高分辨率、消色差测量 、高动态范围 、高灵敏度、设计简洁紧凑、高性价比、测量可重复性高等优良特性 ，可广泛应用于光传输变换中波前特性分析中。谁来挑战我，法国Phasics公司的波前传感器，一款您不可错过的波前传感器：为了能让广大科研工作者更加直观的了解法国Phasics公司的波前传感器，我们瞬渺团队将出席4月14-16日在南京展览中心举办的---2017年中国（南京）国际教育装备暨科教技术展览会。届时，将展出该款波前传感器，瞬渺团队的技术工程师和销售精英亲临现场，为广大科研工作者全面解析法国Phasics公司的波前传感器！瞬渺团队对于瞬渺人来说，客户的支持是对我们团队最大的认可，面对日益激烈的国内市场，瞬渺将一直秉持客户为先的团队理念，为广大科研工作者带来专业的技术和售后支持！2017年4月14-16日，瞬渺团队将亲临南京-展览中心381展位（靠近交流会一区），届时，欢迎您前来咨询！

据美国物理学家组织网1月3日报道，由于排列在矩阵上的大像素不支持较高的读出速度，因此传统的“互补金属氧化物半导体”(CMOS)影像传感器不适合荧光灯等低光亮度应用。德国弗劳恩霍夫研究所研制出的一种新型光电组件能加速这一读出过程，催生出更佳的图像质量。目前该技术已申请了专利，有望于明年正式投入生产。　　CMOS影像传感器早已成了数码摄影的主要解决方案。它们比现存的其他品种传感器更加经济，在能量消耗和处理方面也很出色。因此，手机和数码相机制造商几乎无一例外地将CMOS芯片应用在自家的产品之中。这不仅降低了数码产品对电池的需求，也使生产出更多越来越小的相机成为可能。　　然而这些光学半导体芯片已经达到了自己的极限，当消费类电子产品体积越来越小时，像素的大小也随之递减至1微米左右。但特定的应用需要超过10微米的更大像素，尤其是在X射线摄影或天文学研究等光线十分有限的领域，而较大的像素可以补偿光线的缺失。针状光电二极管(PPD)可被用于将光信号转化为电脉冲，这种光电组件对于图像处理十分关键，也可以作为CMOS芯片的组成部分。“然而当像素超过一定的尺寸，PPD就会产生速度问题。低亮度的应用需要更高的图像率，但使用PPD的读出速度明显偏低。”弗劳恩霍夫研究所微电子电路和IMS系统部门的负责人维尔纳布洛克赫德解释说。　　研究人员现在提出了有关这一问题的解决方案，他们研发出了名为“横向漂移场光电探测器”(LDPD)的新型光电组件。在这个组件中，高速移动的入射光能在读出点产生电荷载子，借助PPD则可将电子扩散至出口。这一过程相对缓慢，但它却足以满足多种应用。　　为了生产出新的组件，研究人员基于0.35微米的标准改进了当前使用的CMOS芯片的制造过程。布洛克赫德表示，附加的LDPD组件不会损害其他组件的特性，利用模拟计算，专家会对其进行管理以满足这些需求。目前，新型高速CMOS图像传感器的原型已经成形，有望于明年得到批准开始大批生产。

2023年8月14日在比利时鲁汶，imec作为纳米电子学和数字技术领域的全球研发和创新中心宣布成功集成了固定光电二极管结构到薄膜图像传感器中。通过添加固定光电栅和传输栅,薄膜成像器超过一微米波长的吸收质量终于可以被利用,以一种成本效益的方式解锁感知可见光之外光线的潜力。检测可见光范围之外的波长,例如红外光,具有明显的优势。应用包括自动驾驶汽车上的摄像头,以“看穿"烟雾或雾霭,以及用于通过面部识别解锁智能手机的摄像头。虽然可见光可以通过基于硅的成像器检测,但需要其他半导体材料来检测更长的波长,比如短波红外线(SWIR)。使用III-V材料可以克服这一检测局限。然而,制造这些吸收体的成本非常高,限制了它们的使用。相比之下,使用薄膜吸收体(如量子点)的传感器最近出现为一个有前景的替代方案。它们具有良好的吸收特性和与传统CMOS读出电路集成的潜力。尽管如此,这种红外线传感器的噪声性能较差,导致图像质量较差。早在20世纪80年代,固定光电二极管(PPD)结构就在硅CMOS图像传感器中引入。该结构引入了一个额外的晶体管栅极和一个特殊的光检测器结构,通过该结构, charges可以在积分开始前全部排空(允许在没有kTC噪声或前一帧影响的情况下复位)。因此,由于噪声更小、功耗性能更好,PPD主导了基于硅的图像传感器的消费者市场。 在硅成像之外,至今还不可能集成此结构,因为难以混合两种不同的半导体系统。现在,imec在薄膜图像传感器的读出电路中成功集成了PPD结构。 一种SWIR量子点光电检波器与一种氧化铟镓锌(IGZO)薄膜晶体管单片集成成PPD像素。 随后,该阵列被进一步处理在CMOS读出电路上以形成一个完整的薄膜SWIR图像传感器。 imec的“薄膜固定光电二极管"项目负责人Nikolas Papadopoulos 表示:“配备4T像素的原型传感器表现出显着低的读出噪声6.1e-,相比之下,传统的3T传感器超过100e-,证明了其良好的噪声性能。" 因此,红外图像的拍摄噪声、失真或干扰更小,准确性和细节更高。imec像素创新项目经理Pawel Malinowski补充说:“在imec,我们正在红外线和成像器的交汇处处于地位,这要归功于我们在薄膜光电二极管、IGZO、图像传感器和薄膜晶体管方面的综合专业知识。通过实现这一里程碑,我们克服了当前像素架构的局限性,并展示了一种将性能最佳的量子点SWIR像素与经济实用的制造方法相结合的方法。下一步包括优化这项技术在各种类型的薄膜光电二极管中的应用,以及扩大其在硅成像之外的传感器中的应用。我们期待通过与行业伙伴的合作进一步推进这些创新。“研究结果发表在2023年8月《自然电子学》杂志"具有固定光电二极管结构的薄膜图像传感器"。初步结果在2023年国际图像传感器研讨会上呈现。原文: J. Lee et al. Thin-film image sensors with a pinned photodiode structure, Nature Electronics 2023.摘要使用硅互补金属氧化物半导体技术制造的图像传感器广泛应用于各种电子设备,通常依赖固定光电二极管结构。 基于薄膜的光电二极管可以具有比硅器件更高的吸收系数和更宽的波长范围。 但是,它们在图像传感器中的使用受到高kTC噪声、暗电流和图像滞后等因素的限制。 在这里,我们展示了具有固定光电二极管结构的基于薄膜的图像传感器可以具有与硅固定光电二极管像素相当的噪声性能。 我们将一种可见近红外有机光电二极管或短波红外量子点光电二极管与薄膜晶体管和硅读出电路集成在一起。 薄膜固定光电二极管结构表现出低kTC噪声、抑制暗电流、高满量容和高电子电压转换增益,并保留了薄膜材料的优点。 基于有机吸收体的图像传感器在940 nm处的量子效率为54%,读出噪声为6.1e–。

噪声污染是主要环境污染之一，但噪声污染与空气污染、水污染不同，它属于物理性污染(或称能量污染)。一般情况下噪声污染并不致命，且与声源同时产生同时消失。噪声源分布很广，较难集中管理。由于噪声渗透到人们生产和生活的各个领域，且能够直接感觉到它的污染，不像其他物质污染那样在产生后果时才受到注意，所以噪声诉讼成为城市环境诉讼案件中最多的。 一、噪声的危害1、对人听力的影响强的噪声可以引起耳部的不适，如耳鸣、耳痛、听力损伤。在噪声长期作用下，听觉器官的听觉灵敏度显著降低，称作“听觉疲劳”，经过休息后可以恢复。若听觉疲劳进一步发展便是听力损失，分轻度耳聋、中度耳聋以至完全丧失听觉能力。据测定，超过115dB的噪声将会造成耳聋。2、诱发多种疾病噪声间接的生理效应是诱发一些疾病。噪声会使大脑皮质的兴奋和压抑失去平衡，引起头晕、头疼、脑涨、耳鸣、多梦、失眠、嗜睡、心慌、记忆力减退、注意力不集中等症状，临床上称之为“神经衰弱症” 噪声还会对心血管系统造成损害，它可使交感神经紧张，从而出现心跳加快，心律不齐，心电图波升高或缺血性改变，传导阻滞，血管痉挛，血压变化等 噪声会加速心脏衰老，增加心肌梗塞发病率。3、对视力的影响噪声可造成眼疼、视力减退、眼花等症状 噪声会使人的胃功能紊乱，出现食欲不振、恶心、肌无力、消瘦、体质减弱等症状。4、对动物的影响噪声能对动物的听觉器官、视觉器官、内脏器官及中枢神经系统造成病理性变化。噪声对动物的行为有一定的影响，可使动物失去行为控制能力，出现烦躁不安、失去常态等现象，强噪声会引起动物死亡。鸟类在噪声中会出现羽毛脱落，影响产卵率等。5、对建筑物的影响当噪声超过140dB时，对轻型建筑开始有破坏作用。如，当超声速飞机在低空掠过时，在飞机头部和尾部会产生压力和密度突变，经地面反射后形成N形冲击波，传到地面时听起来像爆炸声，这种特殊的噪声叫做轰声。在轰声的作用下，建筑物会受到不同程度的破坏，如出现门窗损伤、玻璃破碎、墙壁开裂、抹灰震落、烟囱倒塌等现象。由于轰声衰减较慢，因此传播较远，影响范围较广。此外，在建筑物附近使用空气锤、打桩或爆破，也会导致建筑物的损伤。二、噪声传感器的选择技巧1、灵敏度的选择通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。2、频率响应特性传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。3、线性范围传感器的线性范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。4、稳定性传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。5、精度精度是噪声传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。

为了将在中国仪器市场上推出的、创新性比较突出的国内外仪器产品全面、公正、客观地展现给广大的国内用户，同时，鼓励各仪器厂商积极创新、推出满足中国用户需求的仪器新品，仪器信息网自2006年发起“优秀新品”评选活动，至今已成功举办十六届。发展至今，该奖项也成为了国内外科学仪器行业最权威的奖项之一，获奖名单被多个政府部门采信。2022年度“优秀新品”评选活动正在进行中，2022下半年入围名单已公布（详情链接）。值此之际，一起再来回顾下往届年度优秀新品奖获得者们吧！ 本期带您回顾的是2021年度“优秀新品”获奖产品：滨松 C15550-20UP ORCA-Quest qCMOS相机。2021年度共有711台仪器参与“优秀新品”奖项评选，在“技术评审委员会主席团”的监督下，经仪器信息网“专业编辑团”初审、“网络评审团”评审、“技术评审委员会”终审，确定12台仪器获奖。其中，滨松 C15550-20UP ORCA-Quest qCMOS相机脱颖而出。滨松 C15550-20UP ORCA-Quest qCMOS相机介绍：C15550-20UP是一款采用qCMOS图像传感器的科研相机，能够使用新开发的专用技术解析光电子的数量，这些特点使得其在定量成像方面有着无可比拟的效果，可应用于离子阱、量子点成像、冷原子、单分子测幅成像等多个领域。ORCA-Quest qCMOS相机特点如下：（1）极低的噪音表现ORCA-Quest qCMOS相机已针对传感器的各个方面（从结构到电子器件）进行了设计和优化，其读出噪声已经最低可达0.27个电子。（2）实现光子数解析（PNR）输出 ORCA-Quest qCMOS相机使用先进的摄像头技术对光电子进行计数，并提供0.27电子rms的超低读出噪声。随着温度和时间变化，其性能依然保持稳定，并且对每个像素值进行单独校准和实时校正。（3）采用背照式结构，具有高分辨率 ORCA-Quest qCMOS相机的传感器具有背照式结构，可实现高量子效率，并且通过沟槽式结构，每个沟槽内只放一个像素，从而来减少串扰。（4）实现大像素和高速读出 ORCA-Quest qCMOS相机不仅可以获取PC级图像，还可以获取9.4兆像素的光子数解析图像。此外，其能够以约47兆像素/秒的速度实现光子数解析成像。滨松科学仪器及学术领域负责人雷震发表获奖感言：

褚君浩，中国科学院院士，红外物理学家、半导体物理和器件专家，中国科学院上海技术物理研究所研究员，东华大学理学院院长。他是我国培养的第一个红外物理博士，从20世纪70年代末开始，他就专注于红外探测器的研究，并与汤定元、徐世秋两位科学家研究了一种全新的半导体材料，创造性地提出了测算这种材料特性的公式，该公式最终以三位中国科学家的名字命名，被称为CXT公式，成为判断红外探测器新材料、新结构的参照标准。他的专著《窄禁带半导体物理学》，被国外20多个研究机构作为相关材料和器件研究的理论依据。　　智能时代，传感器无处不在。传感器与计算机、通信被称为信息系统的三大支柱，成为衡量一个国家科技水平以及是否处在国际战略竞争制高点的一个重要标志。各种机器设备中的传感器就相当于人类的五官和神经系统，它们让机器能听、能闻、能看，从而更好地感知、学习和进化，为我们提供高精度、智能化的服务。传感器家族有哪些成员？它们能为我们提供怎样的服务？高性能传感器的市场长期被美国、日本、德国的企业占据，我国科学家如何才能在这一领域拼出一席之地？　　简单来说，传感器就是用材料经过一定的设计，做成的一个器件，取代耳朵、鼻子、舌头、眼睛、皮肤的功能。它能够看得见、听得见，能够闻得出味道，能够感知到。它可以比人类的功能更强大，所以传感器要具有高性能。传感器具有的高性能，一般要超过人类的五官，能够听得到很远的声音，能够看得见红外光。　　日常生活当中传感器非常多，最敏感的一个传感器大家可能没注意：你把手机靠近耳朵的时候，手机的屏幕就暗了，所以随便怎么碰耳朵，照样可以打电话，这就是手机传感器在起作用。手机里面传感器最多，而且都很小、很灵敏。现在传感器的发展趋势就是高精度、高灵敏、高速响应、高稳定性、高可靠性、微型化、柔性化、多功能集成化、数字化、智能化、无线通信化，另外还要绿色环保。　　没有传感器就无法数字化　　2019年，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面。嫦娥四号搭载了多种科学探测仪器，可以探测月球表面的地形地貌、月表物质的成分和月球表层的结构。嫦娥四号的着陆器上还安装了4个与月壤直接接触的温度计，可每900秒测量一次月壤的温度，这也是人类首次实现在月球背面对月壤温度进行原位测量。我们进入了一个智能化的时代，上至宇宙探索，下至日常生活，数字技术已经渗透到方方面面，农业测产、荒野探矿、太空探月都离不开传感器，传感器信息采集功能的重要性也因此越来越凸显。物联天下，传感先行，无论是“大数据”“人工智能”，还是“物联网”，其最重要的“基石”就是传感器技术。那么，传感器技术怎样进行数据的采集、存储、计算？　　智能时代的最大特点就是智能化系统的运用。智能化系统有三大支柱：动态感知、智慧识别、自动反应控制。比如机器人能够把乒乓球打到，首先是动态感知，看到这个球怎么过来；其次要分析这个球会从哪里进来，这是智慧分析；然后它采取措施，打到这个球。智能化系统最后的出路就是推动人工智能、智慧地球、数字城市的建设。这个系统最大的核心就是数字化，因为只有数字化才能定量化、精准化、规律化、智慧化，最后促进数字经济的发展。　　数字经济的“数字”从哪里来？就是靠传感器来的，所以传感器是大数据的源头。数据有两类：一类是文本大数据，另一类是物理大数据。物理大数据是靠传感器实时获得的，这类数据好多都是声、光等类型的，它们属于一个波动世界。这个波动世界里面的数据量特别大，一个波有振幅、有位相、有频率，还有偏振等等，再加上时间、空间等海量的大数据，就可以告诉我们好多信息，然后对这些信息进行分析。　　传感器和物联网是智慧地球、智慧城市两个核心技术。智慧分析就是从大数据分析出一些我们所需要的信息。现在浙江省义乌市有一座大桥里面安装了好多传感器，通过传感器看它里面振动的应力波形，不同的车辆开过去波形都会有变化。如果有一天发现应力情况异常，就会报警。　　传感器是支撑智能化最重要的“一条腿”。无线通信接收信号要靠传感器，通信卫星主要就是发射和接收，接收需要传感器，没有传感器，通信就中断了，后面的智能化更无法实现。可以说没有传感器，就没有智能时代；没有传感器，也没有信息化时代。　　我国传感器技术与国外的差距及优势　　一部智能手机中有20多个传感器，一部汽车更是有多达上百个各类传感器。无处不在的传感器，已经成为全世界最具发展潜力的高新技术产业。但是，目前全球2万多种传感器产品中，我国能生产的只有大约6000种，远远不能满足国内市场的需求。智能手机中，传感器几乎均为国外产品，每年我国各种中高端传感器进口占比高达80%，传感器芯片进口的占比甚至要达90%。我国传感器技术与国外的差距究竟在哪里？如何才能打开自己的一片天地？　　传感器国内一般来说都能制造，在一般的应用上面也都适用，但是在高端应用、精细应用方面和国外有差距，这就要发扬工匠精神赶超世界一流。　　我们也有自己的优势领域，有一本最有名的科学手册叫《LandoldtBoerstein》，这本科学手册，到现在已经有140年历史了，它每隔10年到15年要修订一次，我就是负责碲镉汞材料修订的作者负责人，因为在这个领域，我国科学家做的工作国际上认可，所以我们有这个资格来承担这项工作。　　发展传感器，我国过去有一个弊端，就是买得到自己就不做了，但是红外探测器高端的买不到，就只能自己做，我们反而做出来了。其实在有些核心的关键领域还是要自立自强。我们现在好多企业，在红外传感器方面，水平不断地在提升。另外，要发展智能化，把芯片技术感受到的传感信息，智能化地分析处理，这就是当前传感器发展的趋势。　　智能时代的“桥梁”　　2019年4月15日，法国巴黎圣母院起火，考虑到空中投水可能造成建筑及文物损毁，法方派遣无人机捕获实时图像，为消防员实现精确定点扑救提供了重要支持。这其实得益于物联网技术的普及。互联网、物联网，一字之差，但两者截然不同。如果说，互联网是人们用来进行信息传播和共享的平台，那么，物联网就是“物物相连的互联网”，所不同的是，物联网是通过传感器、红外等各种感知设备，将信息传送到接收器，再通过互联网实现远程监视、自动报警、控制、诊断和维护。如今，物联网已经广泛应用在智慧城市、智慧医疗、智慧农业等众多领域，而传感器作为智能时代的“桥梁”，在各个领域智慧建设中已不可或缺。未来，传感器在智慧城市、智慧医疗、智慧农业等领域还能起到怎样的作用？　　江苏无锡有一家公司，在公司每个区域里所有的转动部分都安装了传感器，这样在办公室里可以监控所有的电梯、马达是否正常。如果哪个地方不正常，控制室就亮黄灯了，马上就可以派人去修理。这就是智慧城市管理的一方面。　　现在抑郁症很多，还有一些小孩患抑郁症，抑郁症当然有多种识别方法，也可以做成一个小的设备，定量分析患者的抑郁程度，这都是传感器信息获取分析的可能应用。如果我们人体里面都有传感器，比如口袋里放个心脏传感器，心电图随时可以拿到，如果一个人心脏有点不舒服了，跟医生打个电话，说我现在心脏不舒服，或者发条微信给他，这个是互联网技术的应用；但如果这个传感器的信号直接送到分析中心，分析中心就能够根据GPS定位知道人在什么位置，马上通知相关机构采取措施，这就是物联网技术应用。物联网技术在人类健康上面大有用处。　　人类现在要进入智能时代，智能时代的最大特点就是智能化系统的运用，智能化系统非常重要的核心就是传感器，传感器就是我们的敏感神经。在智能时代的背景下，我们要努力打造敏感神经，通过科技创新手段不断提升信息传感水平，不断提升智慧分析水平，从而发展物联网、人工智能、智慧地球的事业，促进数字经济的发展和城市数字化转型，最终提升人们的生活水平。

量子芯片运行对温度环境要求极为苛刻，如何实时监测温度变化，了解制冷机运行状态？近日，记者从安徽省量子计算工程研究中心获悉，国产量子计算超低温温度传感器研制成功，并已投入国产量子计算机中使用。安徽省量子计算工程研究中心相关研发团队负责人张俊峰向记者介绍：“随着稀释制冷机技术的发展，国内外稀释制冷机技术越来越成熟，与之相配套的温度测量需求也不断加大。为了保证量子芯片在合适的温区运行，需要实时监测量子芯片运行的温度环境，这款传感器就像是‘量子芯片温度计’，可实时监测温度变化。”该超低温温度传感器由合肥本源量子完全自主研发，支持实时温度监测，具备较高测量精度等优势。该产品通用性很广，可以非常方便地安装到稀释制冷机上，目前已投入国产量子计算机中使用。张俊峰表示，量子芯片是量子计算机的核心器件，实时监测量子芯片运行的温度环境能够对整个量子计算机系统起到关键性作用。该国产超低温温度传感器的成功研制，使我国在极低温领域的温度测量精度达到国际先进水平，向着量子计算机完全自主可控迈出了重要一步。

福州鑫图光电有限公司发布新一代超高灵敏度sCMOS科学相机--Dhyana 400BSI，该机型在灵敏度、像素尺寸和速度三个核心指标上均实现了对现有背照式sCMOS相机的全面超越。 两年前，鑫图基于背照式sCMOS技术开发的Dhyana95科学相机在560nm处实现了量子效率高达95%QE的重大的突破，由此开启了sCMOS科学相机的背照式时代，而最新发布的Dhyana 400BSI不仅具备相同的高量子效率，还实现了背照式sCMOS相机读出噪声小于1个电子的关键性突破，这将带来无可比拟的超级信噪比优势！ 更重要的是，该相机使用了更小的6.5微米像素尺寸，这是显微成像中获得更多的细节信息的关键因素，可以让您在更多超高分辨应用领域，看到更多可能！！ Dhyana系列sCMOS科学相机已经在生命科学、化学实验室、空间物理、天文观测等前沿科学研究领域得到了广泛应用，此次Dhyana 400BSI的光电参数更是由鑫图和武汉国家光电实验室联合测试确定，在经过多年的技术和应用积累后发布的Dhyana400BSI在关键性能指标的严谨性和质量稳定上将更值得信赖！

激光干涉测量助力空天探索 在空天探索领域，空间引力波探测是当前国际研究热点，作为人类观测宇宙的新窗口，引力波将为人类探索早期黑洞合并、超新星爆发等宇宙结构形成过程提供观测手段，对探索宇宙起源与演化具有重要的意义。为了探测中低频段的空间引力波，国内外研究人员计划在相距数十万乃至数百万千米的空间轨道上建立超高灵敏度星间激光干涉系统，该方法的本质是将现有的激光干涉超精密测量技术应用到外太空去，突破地面探测臂长的限制，摆脱地面各种干扰源对精密测量的影响。其关键技术是测量相距数百万公里的两个测试质量之间的间距变化，主要包括：测试质量与卫星平台之间的间距变化、两个卫星平台之间的间距变化，前者涉及到测试质量的多个自由度精密检测，探测灵敏度需要在1 mHz~1 Hz频段达到~1 pm/Hz1/2（平动）以及~1 nrad/Hz1/2（转动）水平。揭秘空间引力波探测的原理 空间引力波探测任务需要实现对测试质量皮米量级的平动测量以及纳弧度量级的转动测量，关键技术单元包括：激光外差干涉、差分波前传感以及高精度相位测量三部分，如图1所示，通过测量两测试质量之间的平动转动，获得其间距变化信息，从而探测引力波信号。图1面向空间引力波探测的激光外差干涉多自由度超精密测量技术示意图激光外差干涉 激光外差干涉测量原理如图2所示，频率相近的两束激光（测量光频率f1，参考光频率f2）合束后，合成波（频率为f1+f2）会存在一个包络，其频率为|f1-f2|，这一包络频率也被称为外差频率。 当测试质量在沿测量光传播方向上运动状态改变、或者引力波来临时，干涉仪的测量臂光程发生变化，表现为外差干涉信号的相位波动，即图2中紫色虚线部分。以经典迈克尔逊干涉结构为例，外差干涉信号相位的一个周期变化对应位移变化半波长（光程变化一个波长），有 其中，λ为激光输出波长，L为测试质量的等效位移，φ为外差干涉信号的相位变化。图2 激光外差干涉原理示意图差分波前传感 差分波前传感是一种基于激光波前相位比较的高精度角度测量方法，测量原理如图3所示。测量光与参考光合束后入射至四象限探测器表面，两束光满足干涉条件产生外差干涉信号，照射在探测器四个象限后会分别产生四路干涉信号。当测量目标平动时，四路外差干涉信号相位发生相应波动，与采用普通光电探测器的原理相一致；当测量目标转动时，测量光的波前相对参考光发生偏离，由于四象限探测器具有一定的空间间距，导致四路外差干涉信号的相位波动并不相同，通过对比不同象限的干涉信号相位差异，可以反演得到测量目标在水平方向和竖直方向上的转动角度，有 其中，θh为水平转动角，θv为垂直转动角 ФA/B/C/D为不同象限的外差干涉信号相位变化 kh/v为比例系数，由光束参数以及四象限探测器的几何参数共同决定，实验中常用偏摆镜配合自准直仪进行标定。图3 差分波前传感和四通道拍频信号波形示意图高精度相位测量 高精度相位测量可以通过锁相放大器或者相位计来实现，其基本原理如图4所示，外差干涉信号转化为电信号后与本地时钟（或外部参考）及其正交信号混频，低通滤波后分别得到Q信号（quadrature）和I信号（in-phase），计算I/Q反正切值并作相位解包裹运算得到相位差，Q信号作为相位误差信号反馈至本地可调时钟，更新本地时钟输出频率从而保持与输入外差干涉信号频率一致，形成锁相环路。图4 相位测量基本原理[1]国内外干涉仪研究进展LISA LISA （Laser Interferometer Space Antenna）是于1992年发起的一项探测1 mHz~1 Hz频段引力波信号的科学研究计划，这是最早开始、也是目前国际上发展最成熟的空间引力波探测计划，其中一项关键技术是实现测试质量的超高灵敏度多自由度测量。 2012年，德国汉诺威大学的Marina Dehne等人设计搭建了一套用于验证测试质量干涉仪噪声源及其消除技术的激光外差干涉测量系统，分析了多个噪声源（激光频率、激光强度、激光指向漂移、温度、偏振态、移频驱动边带、杂散光等）对相位读出的影响，并研究了多种噪声消减数据处理方法，在空间引力波探测目标频段成功实现了~1 pm/Hz1/2的超精密位移测量。 图5给出了LISA激光干涉平动转动测量技术发展时间线，该计划从提出开始，经历地面模拟论证、噪声源探索、技术卫星验证、光路布局优化测试等，距今已经开展了三十余年，其中用于测试质量多自由度测量的激光外差干涉技术灵敏度已经突破1 pm/Hz1/2和1 nrad/Hz1/2。目前光学干涉平台布局处于优化设计阶段，激光外差干涉超精密测量技术是否能够实现百万公里距离的两测试质量之间的皮米级平动测量并成功探测到宇宙深处的引力波，这仍然需要时间来给出答案。图5 激光干涉平动转动测量技术发展时间线(LISA)太极&天琴 2008年，我国科学家开始探讨中国的空间引力波探测计划，并于2012年正式成立了空间引力波探测工作组，2014年提出基于“日心”轨道和“地心”轨道两个独立的探测方案，即太极计划和天琴计划[2-3]。目前两者均形成了较为完备的星间激光干涉测量方案。 同LISA一样，太极和天琴于2019年分别发射了太极一号和天琴一号技术验证卫星，所搭载的光学干涉平台如图6所示，前者采用殷钢材料制作光学干涉平台基座、后者则采用光粘的方式来提高干涉装置的热稳定性，两者都包含有前端光程参考干涉仪和测试质量测量干涉仪。测试实验最新结果表明，空间激光干涉仪可以实现毫赫兹频段皮米量级的超精密位移测量，标志着我国在空间引力波探测中用于测试质量的激光外差干涉测量技术研究正逐渐走向国际前列。图6 我国空间引力波探测技术验证卫星激光干涉平台（a）太极一号[2]（b）天琴一号[4] 其他 2021年，美国德州农工大学提出了一种一体式外差干涉仪，将分光镜波片等关键镜组胶粘成一个整体，提升干涉仪稳定性，并通过抽真空、被动控温、噪声建模消减等措施最终实现了33 pm/Hz1/2@0.1 Hz的平动测量。 2022年，清华大学谈宜东团队提出了一种用于测试质量五自由度测量的偏振复用双光束干涉仪，光路设计如图7所示，包含参考干涉仪（RHI）、双光束干涉仪（DBHI）和偏振复用干涉仪（PMHI），初步实验在10 mHz~1 Hz频段实现了优于10 pm/Hz1/2 以及20 nrad/Hz1/2的平动转动灵敏度测量。图7 偏振复用双光束激光外差干涉五自由度测量系统星辰宇宙，未来可期 “此曲只应天上有，人间难得几回闻”，如果说引力波是携带着浩瀚宇宙信息的乐曲，那么激光干涉超精密测试技术就是用来“听曲”的最灵敏的传声筒。在空间引力波探测领域，我国的激光外差干涉多自由度超精密测量技术相比于欧美LISA团队仍处于跟跑阶段，但未来有希望实现并跑甚至领跑。而且，空间引力波探测中涉及的外差干涉技术，可以对长度量进行高精度、大量程的超精密测量，可扩展应用于下一代高速、超精密二维或三维运动台的精确定位与运动控制，进而支撑我国超精密加工制造、IC 装备及尖端航空航天科技的发展，对于国民经济和工业建设有着重要的实际意义[5]。全文下载：空间引力波探测中的激光干涉多自由度测量技术.pdf参考文献：[1]Schwarze T S.Phase extraction for laser interferometry in space: phase readout schemes and optical testing[D]. Hannover: Institutionelles Repositorium der Leibniz Universität Hannover, 2018.[2] Luo Z R, Wang Y, Wu Y L, et al. The Taiji program: A concise overview[J]. Progress of Theoretical and Experimental Physics, 2021(5), 05A108.[3] Luo J, Chen L S, Duan H Z, et al. TianQin: a space-borne gravitational wave detector[J]. Classical & Quantum Gravity, 2015, 33(3): 035010.[4]Luo J, Bai Y Z, Cai L, et al. The first round result from the TianQin-1 satellite[J]. Classical and Quantum Gravity, 2020, 37(18): 185013.[5] 谈宜东, 徐欣, 张书练. 激光干涉精密测量与应用.中国激光,2021,48(15) : 1504001.作者简介 谈宜东，清华大学精密仪器系，长聘副教授，博士生导师，副系主任；基金委优秀青年科学基金获得者，英国皇家学会牛顿高级学者，教育部创新团队负责人。中国电子信息行业联合会光电产业委员会副会长、中国仪器仪表学会机械量测试仪器分会常务理事。 主要从事激光技术和精密测量应用等方面的研究工作。作为负责人承担国家自然科学基金，装发和科工局测试仪器领域关键技术攻关项目，科技部重点研发计划课题，军科委基础加强，重大科学仪器专项等项目40余项。在Nature Communications, PhotoniX, Optica, Bioelectronics and Biosensors, IEEE Transactions on Industrial Electronics等期刊发表 SCI 论文 100余篇，授权发明专利36项，在国际会议Keynote/Plenary/Invited报告40余次。先后获日内瓦国际发明展金奖，中国激光杂志社主编推荐奖，中国光学工程学会技术发明一等奖，中国电子学会技术发明一、二等奖多项。课题组介绍 清华大学精密仪器系激光技术与精密测量应用课题组，在激光器件及其物理效应、精密测量应用等方面开展了大量的工作，构成了从基础器件的设计和发明，到物理现象和效应的发现，进而在发现基础上的仪器发明，直至仪器的推广和应用这一较为完整的体系。先后研制了双折射-塞曼双频激光器及其双频激光干涉仪，实现了成果转化，成规模应用于国家02专项以及中芯国际、吉顺芯等公司进口光刻机干涉仪的替换；基于激光回馈原理的无靶镜纳米测量干涉仪，用于国家多个重点型号工程，包括：高分四号、一号以及激光聚变点火等。课题组还开展了远距离激光侦听、激光回馈调频连续波绝对测距、生化检测、pm量级灵敏度的激光干涉超精密测量技术(引力波专项)等研究。

一篇文章看懂：什么是SENIS集成3轴磁传感器？为了测量电磁铁和永 jiu磁铁产生的从 10-6 到 102 T 的非均匀磁通密度，通常使用带霍尔探头的特斯拉计。为了同时测量磁通密度的三个正交分量，需要使用三轴霍尔探头。根据目前传统的的技术水平，三轴霍尔探头由三个霍尔板组成，这三个霍尔板分别位于一个小立方体的三个相互正交的面上。单个霍尔板的尺寸及其定位公差严重限制了可实现的空间分辨率和测量磁通密度矢量的角度精度。此外，连接霍尔装置的导线中的电磁感应也限制了这种霍尔探头的有用带宽。此外，平面霍尔效应通常会产生额外的误差。在基于量子阱的霍尔板中，平面霍尔效应很弱，但问题依然存在。 为了解决这个问题，在一个点上检测三个方向的磁性。SENIS开发了一种划时代的“集成3轴磁传感器"，使之成为可能。这就是“集成的三轴磁传感器"。 该传感器可以在所有情况下测量精确的3D矢量，例如永磁体的邻近磁场、小线圈产生的磁场和时间变化，这在过去是不可能的。图1. 传统的霍尔片3轴探头（左）和SENIS集成3轴磁传感器（右）3轴磁性探头的配置传统的霍尔片3轴探头SENIS集成3轴磁传感器磁化位置3个位置一个位置（单点）磁感应位置的错位量取决于传感器位置（约0.5mm~10mm）无错位传感器的相对角度误差通常不标注（过大）±0.1°以内温度传感器无安装在传感器芯片中探头形状约1~2种8种类型+定制自由一、 专li技术的SENIS集成3轴磁传感器二、 SENIS集成三轴磁传感器的功能除了磁传感器外，集成的3轴磁传感器还集成了偏置电路和放大器，以提高频率特性和抗噪性，甚至在宽度仅为 0.64 m 的单个芯片上集成了温度传感器，用于因温度变化而进行灵敏度校正。1.敏感区域仅为0.15mm × 0.1mm × 0.15mm2.3个方向相对角度误差在±0.1以内3.频率响应：高达25Khz（-3db）4.温度特性±100ppm/°C三、 SENIS集成三轴磁传感器放大图四．SENIS集成三轴磁传感器详细信息图2. 磁性传感器内部有5个感磁区域。通过取BZ1和BZ2的平均值，虚拟地求出By传感器位置的Bz磁场。同样地，通过取Bx1和Bx2平均值来求出By传感器位置的Bx磁场，可在同一点上收集Bx、By、Bz。五．搭配SENIS集成三轴磁传感器的霍尔探头类型：六．搭配SENIS集成三轴磁传感器的高斯计/特斯拉计汇总类型： SENIS数字特斯拉计/高斯计基于SENIS的模拟磁场传感器电子设备，其顶部添加了数字模块，具有显示器，通信端口，数字数据校正等。SENTIS提供不同类型的特斯拉计，具有不同的磁性分辨率，精度，f带宽，噪声水平和功能和处理选项（手持式，台式，机架式）3MH3特斯拉计，适用于工业和实验室应用，具有良好的精度，分辨率和f带宽3MH6台式特斯拉计，用于实验室应用，具有非常高的分辨率和精度以及良好的f带宽3MTS 手持式特斯拉计，探头支架坚固，精度高1 轴、2 轴或 3 轴 Nanoteslameter 3NTA1，用于极低磁场SENIS已通过ISO 9001和ISO 22301（业务连续性管理）认证。我们的校准实验室已通过ISO17025：2017认证。上海昊量光电作为SENIS公司在中国大陆地区主要的代理商，为您提供专业的选型以及技术服务。欢迎继续关注上海昊量光电的各大媒体平台，我们将不定期推出各种产品介绍与技术新闻。 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。

Widepix 2(1)x10-MPX3探测器由2x10/1x10的 Medipix3芯片组成。每个像素有两个集成的12bit数字转换器和两个能量鉴别阈值，两个转换器可以连接到一个单一的24bit数字转换器以增强动态范围。该探测器可以由Si或CdTe的无边缘传感器拼接组成。无边缘传感器技术允许从各个方向将所有的贴片紧密的拼合在一起。因此，相机的整个成像区域对辐射都完全敏感——图像中的贴片之间没有缝隙。此探测器坚固耐用，可满足工业用户的需求。该WidePIX 1x10-MPX3探测器为工业应用的扫描提供高速内置延时集成(TDI)。两个以太网RJ-45连接端口使得帧率高达170fps，且保证1.5 m/s的扫描速度。使用了Si和CdTe作为感光材料的Widepix 2(1)X10-MPX3可分别用于软x射线成像和硬x射线光谱。WidePIX 1x10-MPX3 参数表：感光材料Si/CdTe感光材料厚度300 μm for Si 1 mm for CdTe感光区域28 (14) x 140.8 mm像素数512 (256) x 2560像素尺寸55μm分辨率9 lp/mm读出速度170 (1x10 tiles) and 80 (2x10 tiles) frames/sTDI是，hardware based (1x10 tiles), 1.5 m/s阈值数量1 or 2最低能量探测限4 keV (Si) and 5 keV (CdTe)读出芯片Medipix3模数转换12 or 24 bits (configurable)网口2 Ethernet RJ-45尺寸210 mm x 190 mm x 42 mm (L x W x H)从上面的参数表也可以看出，与之前的Widepix2 (1)x15-MPX3相比，新的探测器有显著的以下优点：因配备了两个Ethernet RJ-45网口（之前的为三个USB2.0接口），读出速度更快，Widepix 2(1)x10-MPX3探测器可以实现170 (1x10 tiles)和80(2x10 tiles)帧/s的读出速度，而2(1)x15的读出速度为每秒50(1x15 tiles)和20(2x15 tiles) 帧。此外，双网口也保证了1.5 m/s的扫描速度，大大提升了探测器的效率。

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

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

仪器信息网讯 慕尼黑上海光博会于2024年3月20-22日在新国际博览中心（上海）盛大举行，慕尼黑上海光博会以国际化的视角呈现光电行业的全方位产品内容，专为满足中国市场的独特需求。作为亚洲激光、光学、光电行业的盛会，此次展会有近1200家企业参展，吸引了55000余位专业观众莅临现场。牛津仪器Andor科学相机部门也积极参与了本次盛会，并在展会中设立了展位（展位号：W4.4215）。展位上，牛津仪器展示了在科学相机、光谱解决方案以及显微分析检测等领域的全面解决方案，吸引了众多观众前来了解产品。展位前人潮涌动，观众们络绎不绝，对牛津仪器的产品表示出浓厚的兴趣。牛津仪器在此次展会上携带了多款独具特色的产品，其中包括Kymera 328i成像光谱仪、iKon-XL 231超大靶面 CCD 探测器、Balor 17F-12、Sona sCMOS系列、Zyla sCMOS系列等。这些产品各具特色，不仅彰显了牛津仪器在科学相机及光谱解决方案领域的卓越地位，还充分展现了其在技术创新和产品优势方面的实力。跟随小编的笔触，一同了解这些特色产品的亮点吧！01 Kymera 328i成像光谱仪自适应聚焦（专利）、四光栅塔伦 & 射频识别技术、双入双出选项、TruResTM光谱分辨率增强技术、兼容 μ-Manager 软件/显微光谱、Andor提供紫外-近红外的各类CCD，sCMOS探测器以满足不同实验需求。02 iKon-XL 231超大靶面 CCD 探测器 1680万像元数传感器 (CCD231-84)、-100 oC 热电制冷(ColdSpaceTM 技术)、2.1 e- 超低读出噪声、350,000 e- 满阱容量、标准硅基或者深耗尽型芯片、无需液氮或者其他制冷冷媒、16 位或 18 位数字化。03 Balor 17F-12低噪声sCMOS、16.9 MP - 超大视野、18.5毫秒超快单幅读出时间、采集帧频高达54fps、真空密封、无需机械快门。04 Sona sCMOS系列-精确定量活细胞成像超高灵敏度，量子效率高达95%、UltraVacTM专利真空密封、水循环制冷模式，制冷温度低至-45℃、99.7%超高测量精度，挑战精确定量神经元成像、对角线高达32mm的成像视野，捕获神经细胞或脑组织的广阔视野、具有12-bit低噪音模式。05 Zyla sCMOS系列-突破性灵敏度和清晰度新一代 sCMOS 芯片可将 QE 进一步提升10%，可提供优异的可见/近红外波长覆盖范围、Zyla高效的数据传输效率和12位高速模式相结合，通过 USB 3.0接口可提供53 fps 的帧率、Zyla 4.2 PLUS 智能算法可提供 99.8%的线性值，整个动态范围内提供定量测量精度、LightScan PLUS–将滚动快门扫描模式，应用于扫描光片显微成像和线扫描共聚焦等应用、FCS–模式 最高 可达 26,041 fps,适光关光谱。

p 中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室高速图像传感及信息处理课题组副研究员刘力源等研制出面向860GHz CMOS太赫兹图像传感器的像素器件。相关研究成果将于2017年在太赫兹领域学术期刊IEEE Transaction on Terahertz Science and Technology 上发表。/pp　　太赫兹 (Terahertz, THz) 波是指频率在0.3 THz - 3 THz 范围内，波长(1mm ~ 100mm) 介于毫米波与远红外光之间的电磁波。太赫兹波成像技术作为一种新型无损成像技术正在兴起，在生物医学、医疗诊断、安全检测、危险物品检查、隐形武器探测、材料表征和探伤等科学研究以及日用领域具有非常广阔的应用前景，业已成为各国争相研究的热点技术。在国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中科院青年创新促进会基金和中科院基金的支持下，课题组研制出一种基于标准CMOS工艺的太赫兹像素器件及其集成化低噪声信号处理电路，如图1所示。器件采用了自主设计的CMOS片上天线、太赫兹波段匹配网络和高电压响应度晶体管结构。在常温工作条件下，像素器件的太赫兹电压响应率为3.3kV/W @860GHz，噪声等效功率为106pW/Hz0.5。课题组也验证了像素器件信号处理电路，它集成了低噪声斩波式仪表放大器和高精度的SD-ADC，为实现单片集成高分辨率太赫兹图像传感器奠定了基础。图2是基于像素器件扫描成像的实验结果。基于像素器件，有望进一步实现大面阵CMOS太赫兹图像传感器，提升我国在太赫兹成像领域的国际竞争力。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/bbac28dc-c956-49ab-9abd-667953f56d61.jpg" title="1.jpg"/　/pp style="text-align: center "图1 太赫兹像素器件结构(左)芯片照片(右)/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/8884854d-8f47-4c43-9977-98688dfc232b.jpg" title="2.jpg"//pp style="text-align: center "图2 成像结果：(a) 树叶的成像 (b) 隐藏在信封内的物体成像/ppbr//p

9月12日，日本厚木-索尼半导体解决方案公司（下称“SSS”）宣布推出用于车载摄像头的新型CMOS图像传感器IMX735，像素水平实现突破，高达1742万有效像素。据悉，自动驾驶为了实现系统自主地进行驾驶操作，需要提供覆盖车辆周围360度环境的先进、高精度的检测和识别性能。因此，对于可以帮助实现这一点并支持开发出更先进的车载摄像系统的图像传感器的需求十分可观。新传感器实现的成像示例（1742万有效像素）新传感器实现的放大图像（1742万有效像素）SSS其他产品的放大图像（839万有效像素）该新型传感器具有以下几个主要特点。首先，该新型传感器的有效像素高达1742万像素，像素水平实现突破，可以高清捕捉拍摄物体，识别更远范围的物体，从而更好地支持检测路况、车辆、行人和其他物体。在驾驶过程中及早地检测到远处的物体有助于提高自动驾驶系统的安全性。扫描方向示意图其次，该传感器采用的读出方法是水平方向逐列输出的读出方式，更容易与同样采用水平扫描方法的机械扫描激光雷达同步。这意味着，搭载该产品的车载摄像头输出的信息可以更容易地与激光雷达收集到的信息融合。这将从整体上提高自动驾驶系统的检测和识别能力。同时，该产品采用自研的像素结构和特殊的曝光方式提高了饱和照度范围，同时采用HDR和LED闪烁抑制功能，也能实现106dB的宽广的动态范围。（使用动态范围优先模式时，动态范围可实现高达130dB）。这种设计还有助于减少拍摄移动物体时产生的运动伪影。该产品还可支持网络安全功能，例如通过公钥算法进行摄像头验证，确认CMOS图像传感器的真实性和进行图像验证，从而检测获取的图像是否被篡改，以及进行通信验证，检测控制通信是否被篡改。

p　　近日，中国科学院深圳先进技术研究院研究员吕建成、喻学锋与英国班戈大学教授陈险峰等合作，成功研制出首个基于黑磷的光纤化学传感器，实现对重金属离子的超灵敏检测。br//pp　　倾斜光纤光栅是一种新型的光纤器件，大角度倾斜光栅结构能够将纤芯光学基模前向耦合到光纤包层，在特定的波长形成一系列离散的谐振峰，光的耦合将随着外界媒质折射率等的变化而变化。因此，倾斜光纤光栅是非常适合作为传感应用的光子器件。黑磷是近年来广受关注的一种具有直接带隙二维半导体材料，具有独特的二维平面结构、超高的比表面积、众多的活性位点，以及从可见到红外广阔的光谱响应范围，在光学检测方面展现出巨大的应用前景。br/　　该研究中，研究团队首次将黑磷和倾斜光纤光栅相结合，揭示了黑磷纳米层独特的光学调制作用，借助于倾斜光栅这种独特的光学结构，构建成新型的超灵敏化学传感器。本研究发展了一种原位层叠的修饰技术，将黑磷纳米片高效地附着在光纤器件表面，不同厚度的黑磷纳米层展现出对光信号独特的调制性。利用这一特性，该黑磷光纤传感器能够在亚ppb浓度水平检测到重金属铅离子，具有超高的灵敏度、超低的检测限，以及广阔的浓度检测范围。黑磷新型光纤传感器的成功研发，将为化学和生物传感提供一个优越的光学检测平台，从而推动黑磷化学生物传感器的应用研究进程。br/　　相关研究成果发表于Sensors and Actuators B: Chemical。该研究得到了国家自然科学基金、欧盟“第七框架计划”等的资助。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201801/insimg/4ba34206-8377-4380-a6fe-692cf085a316.jpg" title="1.jpg" style="width: 600px height: 326px " width="600" vspace="0" hspace="0" height="326" border="0"//ppstrong图.a)：黑磷倾斜光纤光栅器件及其光学调制示意图，b)：重金属离子检测的实验步骤，c)：不同重金属离子浓度下TM模式共振的光谱图，d)：不同重金属离子浓度下光谱的共振强度图。/strong/p

在春夏秋冬四个季节中，夏季可以说是最适合进行户外运动的季节。不过毒辣的阳光和较高的温度也让进行户外活动的人们随时有着脱水中暑的危险。为了解决这个问题，Sandia National Laboratories近日研制成功了一款手腕式传感器，能告诉人们什么时候该补充水份了。　　该传感器的背面分布有一系列微型探针，能够在与手腕皮肤接触时轻微刺入皮肤内部来检测细胞间的含水量。当含水量低于预设的警戒值时，该传感器就会发出警告，提醒用户喝水的时间到了。从功能上来看，该传感器在体育和军事领域都有着广阔的应用前景，此外还可以用于医疗行业，比如监测病人的脱水状况。目前Sandia National Laboratories正在努力实现脱水腕式传感器的商业化应用，说不定未来几年内就会出现能够提醒用户喝水的智能手表了。

近日，国家重大科研仪器设备研制项目“低温高密核物质测量谱仪（CEE）”项目级关键技术—“TPC多通道读出电子学”和CEE-TPC分系统转工程阶段评审会采用线上线下相结合的模式在近代物理所召开。 　　CEE项目首席科学家许怒研究员，CEE项目总工程师孙志宇研究员，副总工程师余玉洪研究员，中科院高能所李金研究员，中国科学技术大学安琪教授、赵雷教授和杨俊峰副教授，清华大学王义教授、肖志刚教授以及承担研制任务的核电子学、核探测器研究室的项目组成员参加了此次会议。 图1：会议现场 　　会议期间，项目组成员分别作了“TPC多通道读出电子学关键技术攻关”、“CEE-TPC工程阶段探测器以及电子学方案设计”报告。高计数率、大型时间投影室TPC作为CEE核心探测器之一，用来鉴别带电粒子并测量带电粒子的三维径迹，由于总通道达到一万路以上规模，因此对电子学通道密度及数据带宽提出了更高要求。 　　项目组根据任务需求，在国内首次引入国际先进的ASIC芯片“SAMPA”，成功研制出新型高密度、低噪声读出电子学系统，有效解决了大型谱仪对电子学高集成度、高速、低功耗的要求。同时取得了以下阶段性结果：电子学系统输入MIP电荷1.4fC时，能量分辨率优于10%；与TPC探测器联合对接后，利用宇宙射线测得读出平面的位置分辨约为462um（σxz=461.6μm），满足了CEE项目的指标要求，也为下一阶段的工作奠定了坚实基础。 　　会上，评审专家组认为TPC分系统很好地完成了电子学关键技术攻关以及工程样机方案设计的工作，顺利通过评审，并批准转入工程研制阶段。图2：电子学系统在MIP电荷输入时，输出能量分辨测试结果 图3：位置分辨（残差）测试结果：462um

风速是天气监测中重要因素之一，用来测量风速的传感器被称为风速传感器，如我们常见的杯式风速传感器，超声波风速传感器，但有一种风速传感器虽不常见但应用广泛，这就是管道风速变送器。以前通风管道风压、风速、风量测定方法一、测定位置和测定点(一)测定位置的选择通风管道内风速及风量的测定，是通过测量压力换算得到。测得管道中气体的真实压力值，除了正确使用测压仪器外，合理选择测量断面、减少气流扰动对测量结果的影响很大。测量断面应尽量选择在气流平稳的直管段上。测量断面设在弯头、三通等异形部件前面(相对气流流动方向)时，距这些部件的距离应大于2倍管道直径。当测量断面设在上述部件后面时，距这些部件的距离应大于4～5倍管道直径。当测试现场难于满足要求时，为减少误差可适当增加测点。但是，测量断面位置距异形部件的最小距离至少是管道直径的1.5倍。测定动压时如发现任何一个测点出现零值或负值，表明气流不稳定，该断面不宜作为测定断面。如果气流方向偏出风管中心线15°以上，该断面也不宜作测量断面(检查方法：毕托管端部正对气流方向，慢慢摆动毕托管，使动压值大，这时毕托管与风管外壁垂线的夹角即为气流方向与风管中心线的偏离角)。选择测量断面，还应考虑测定操作的方便和安全。(二)测试孔和测定点由于速度分布的不均匀性，压力分布也是不均匀的。因此，必须在同一断面上多点测量，然后求出该断面的平均值。1圆形风道在同一断面设置两个彼此垂直的测孔，并将管道断面分成一定数量的等面积同心环，对于圆形风道，测点越多，测量精度越高。2矩形风道可将风道断面划分为若干等面积的小矩形，测点布置在每个小矩形的中心，小矩形每边的长度为200mm左右，圆风管测点与管壁距离系数(以管径为基数)。二、风道内压力的测定(一)原理测量风道中气体的压力应在气流比较平稳的管段进行。测试中需测定气体的静压、动压和全压。测气体全压的孔口应迎着风道中气流的方向，测静压的孔口应垂直于气流的方向。用U形压力计测全压和静压时，另一端应与大气相通(用倾斜微压计在正压管段测压时，管的一端应与大气相通，在负压管段测压时，容器开口端应与大气相通)。因此压力计上读出的压力，实际上是风道内气体压力与大气压力之间的压差(即气体相对压力)。大气压力一般用大气压力表测定。由于全压等于动压与静压的代数和，可只测其中两个值，另一值通过计算求得。(二)测定仪器气体压力(静压、动压和全压)的测量通常是用插入风道中的测压管将压力信号取出，在与之连接的压力计上读出，常用的仪器有毕托管和压力计。1 毕托管(1)标准毕托管它是一个弯成90°的双层同心圆管，其开口端同内管相通，用来测定全压；在靠近管头的外壁上开有一圈小孔，用来测定静压，按标准尺寸加工的毕托管校正系数近似等于1。标准毕托管测孔很小，易被风道内粉尘堵塞，因此这种毕托管只适用于比较清洁的管道中测定。(2)S型毕托管它是由两根相同的金属管并联组成，测量时有方向相反的两个开口，测定时，面向气流的开口测得的相当于全压，背向气流的开口测得的相当于静压。由于测头对气流的影响，测得的压力与实际值有较大误差，特别是静压。因此，S型毕托管在使用前须用标准毕托管进行校正，S型毕托管的动压校正系数一般在0.82～0.85之间。S型毕托管测孔较大，不易被风道内粉尘堵塞，这种毕托管在含尘污染源监测中得到广泛应用。2.压力计(1)U形压力计由U形玻璃管制成，其中测压液体视被测压力范围选用水、酒精或汞，U形压力计不适于测量微小压力。压力值由液柱高差读得换算，p值按下式计算：p=ρgh (Pa) (2.8－1)式中p—压力，Pa；h—液柱差，mm；ρ—液体密度，g/cm3；g—重力加速度，m/s2。(2)倾斜式微压计测压时，将微压计容器开口与测定系统中压力较高的一端相连，斜管与系统中压力较低的一端相连，作用于两个液面上的压力差，使液柱沿斜管上升，压力p按下式计算：p=KL(Pa)(2.8－2)式中L—斜管内液柱长度，mm；K—斜管系数，由仪器斜角刻度读得。测压液体密度，常用密度为0.1g/cm3的乙醇。当采用其他密度的液体时，需进行密度修正。(三)测定方法1.试前，将仪器调整水平，检查液柱有无气泡，并将液面调至零点，然后根据测定内容用橡皮管将测压管与压力计连接。毕托管与U形压力计测量烟气全压、静压、动压的连接方法。2测压时，毕托管的管嘴要对准气流流动方向，其偏差不大于5°，每次测定反复三次，取平均值。三、管道内风速测定常用的测定管道内风速的方法分为间接式和直读式两类。(一)间接式先测得管内某点动压pd，可以计算出该点的流速v。用各点测得的动压取均方根，可以计算出该截面的平均流速vp。式中pd—动压值，pdi断面上各测点动压值，Pa；vp—平均流速是断面上各测点流速的平均值。此法虽较繁琐，由于精度高，在通风系统测试中得到广泛应用。(二)直读式常用的直读式测速仪是热球式热电风速仪，这种仪器的传感器是一球形测头，其中为镍铬丝弹簧圈，用低熔点的玻璃将其包成球状。弹簧圈内有一对镍铬—康铜热电偶，用以测量球体的温升程度。测头用电加热。由于测头的加热量集中在球部，只需较小的加热电流(约30mA)就能达到要求的温升。测头的温升会受到周围空气流速的影响，根据温升的大小，即可测出气流的速度。仪器的测量部分采用电子放大线路和运算放大器，并用数字显示测量结果。测量的范围为0.05～19.0m/s(必要时可扩大至40m/s)。仪器中还设有P－N结温度测头，可以在测量风速的同时，测定气流的温度。这种仪器适用于气流稳定输送清洁空气，流速小于4m/s的场合。管道风速传感器测量风速、风量我们可以通过风速（V）算出风量（L）的大小，如1小时内通过风量的计算公式为L=F*V*3600秒，公式中：F——风口通风面积（m2），V——测得的风口平均风速（m/s）。通过配置软件设置风更方便我们的使用，将地址及波特率设置好，将管道截面积添加好之后，软件会自动计算出风速值和风量值。广泛应用在油烟管道、通风管道、暖通空调进出风口等地方来测量风速和风量。

传感器(Sensor)是一种常见的却又很重要的器件，它是感受规定的被测量的各种量并按一定规律将其转换为有用信号的器件或装置。对于传感器来说，按照输入的状态，输入可以分成静态量和动态量。我们可以根据在各个值的稳定状态下，输出量和输入量的关系得到传感器的静态特性。传感器的静态特性的主要指标有线性度、迟滞、重复性、灵敏度和准确度等。传感器的动态特性则指的是对于输入量随着时间变化的响应特性。动态特性通常采用传递函数等自动控制的模型来描述。通常，传感器接收到的信号都有微弱的低频信号，外界的干扰有的时候的幅度能够超过被测量的信号，因此消除串入的噪声就成为了一项关键的传感器技术。　　物理传感器　　物理传感器是检测物理量的传感器。它是利用某些物理效应，把被测量的物理量转化成为便于处理的能量形式的信号的装置。其输出的信号和输入的信号有确定的关系。主要的物理传感器有光电式传感器、压电传感器、压阻式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等。作为例子，让我们看看比较常用的光电式传感器。这种传感器把光信号转换成为电信号，它直接检测来自物体的辐射信息，也可以转换其他物理量成为光信号。其主要的原理是光电效应：当光照射到物质上的时候，物质上的电效应发生改变，这里的电效应包括电子发射、电导率和电位电流等。显然，能够容易产生这样效应的器件成为光电式传感器的主要部件，比如说光敏电阻。这样，我们知道了光电传感器的主要工作流程就是接受相应的光的照射，通过类似光敏电阻这样的器件把光能转化成为电能，然后通过放大和去噪声的处理，就得到了所需要的输出的电信号。这里的输出电信号和原始的光信号有一定的关系，通常是接近线性的关系，这样计算原始的光信号就不是很复杂了。其它的物理传感器的原理都可以类比于光电式传感器。　　物理传感器的应用范围是非常广泛的，我们仅仅就生物医学的角度来看看物理传感器的应用情况，之后不难推测物理传感器在其他的方面也有重要的应用。　　比如血压测量是医学测量中的最为常规的一种。我们通常的血压测量都是间接测量，通过体表检测出来的血流和压力之间的关系，从而测出脉管里的血压值。测量血压所需要的传感器通常都包括一个弹性膜片，它将压力信号转变成为膜片的变形，然后再根据膜片的应变或位移转换成为相应的电信号。在电信号的峰值处我们可以检测出来收缩压，在通过反相器和峰值检测器后，种传感器外形我们可以得到舒张压，通过积分器就可以得到平均压。　　让我们再看看呼吸测量技术。呼吸测量是临床诊断肺功能的重要依据，在外科手术和病人监护中都是必不可少的。比如在使用用于测量呼吸频率的热敏电阻式传感器时，把传感器的电阻安装在一个夹子前端的外侧，把夹子夹在鼻翼上，当呼吸气流从热敏电阻表面流过时，就可以通过热敏电阻来测量呼吸的频率以及热气的状态。　　再比如最常见的体表温度测量过程，虽然看起来很容易，但是却有着复杂的测量机理。体表温度是由局部的血流量、下层组织的导热情况和表皮的散热情况等多种因素决定的，因此测量皮肤温度要考虑到多方面的影响。热电偶式传感器被较多的应用到温度的测量中，通常有杆状热电偶传感器和薄膜热电偶传感器。由于热电偶的尺寸非常小，精度比较高的可做到微米的级别，所以能够比较精确地测量出某一点处的温度，加上后期的分析统计，能够得出比较全面的分析结果。这是传统的水银温度计所不能比拟的，也展示了应用新的技术给科学发展带来的广阔前景。　　从以上的介绍可以看出，仅仅在生物医学方面，物理传感器就有着多种多样的应用。传感器的发展方向是多功能、有图像的、有智能的传感器。传感器测量作为数据获得的重要手段，是工业生产乃至家庭生活所必不可少的器件，而物理传感器又是最普通的传感器家族，灵活运用物理传感器必然能够创造出更多的产品，更好的效益。　　光纤传感器　　近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能，绝缘、无感应的电气性能，耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方(如高温区)，或者对人有害的地区(如核辐射区)，起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。　　光纤传感器是最近几年出现的新技术，可以用来测量多种物理量，比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了独特的能力。目前光纤传感器已经有70多种，大致上分成光纤自身传感器和利用光纤的传感器。　　所谓光纤自身的传感器，就是光纤自身直接接收外界的被测量。外接的被测量物理量能够引起测量臂的长度、折射率、直径的变化，从而使得光纤内传输的光在振幅、相位、频率、偏振等方面发生变化。测量臂传输的光与参考臂的参考光互相干涉(比较)，使输出的光的相位(或振幅)发生变化，根据这个变化就可检测出被测量的变化。光纤中传输的相位受外界影响的灵敏度很高，利用干涉技术能够检测出10的负4次方弧度的微小相位变化所对应的物理量。利用光纤的绕性和低损耗，能够将很长的光纤盘成直径很小的光纤圈，以增加利用长度，获得更高的灵敏度。　　光纤声传感器就是一种利用光纤自身的传感器。当光纤受到一点很微小的外力作用时，就会产生微弯曲，而其传光能力发生很大的变化。声音是一种机械波，它对光纤的作用就是使光纤受力并产生弯曲，通过弯曲就能够得到声音的强弱。光纤陀螺也是光纤自身传感器的一种，与激光陀螺相比，光纤陀螺灵敏度高，体积小，成本低，可以用于飞机、舰船、导弹等的高性能惯性导航系统。如图就是光纤传感器涡轮流量计的原理。　　另外一个大类的光纤传感器是利用光纤的传感器。其结构大致如下：传感器位于光纤端部，光纤只是光的传输线，将被测量的物理量变换成为光的振幅，相位或者振幅的变化。在这种传感器系统中，传统的传感器和光纤相结合。光纤的导入使得实现探针化的遥测提供了可能性。这种光纤传输的传感器适用范围广，使用简便，但是精度比第一类传感器稍低。　　光纤在传感器家族中是后期之秀，它凭借着光纤的优异性能而得到广泛的应用，是在生产实践中值得注意的一种传感器。　　仿生传感器　　仿生传感器，是一种采用新的检测原理的新型传感器，它采用固定化的细胞、酶或者其他生物活性物质与换能器相配合组成传感器。这种传感器是近年来生物医学和电子学、工程学相互渗透而发展起来的一种新型的信息技术。这种传感器的特点是机能高、寿命长。在仿生传感器中，比较常用的是生体模拟的传感器。　　仿生传感器按照使用的介质可以分为：酶传感器、微生物传感器、细胞器传感器、组织传感器等。在图中我们可以看到，仿生传感器和生物学理论的方方面面都有密切的联系，是生物学理论发展的直接成果。在生体模拟的传感器中，尿素传感器是最近开发出来的一种传感器。下面就以尿素传感器为例子介绍仿生传感器的应用。　　尿素传感器，主要是由生体膜及其离子通道两部分构成。生体膜能够感受外部刺激影响，离子通道能够接收生体膜的信息，并进行放大和传送。当膜内的感受部位受到外部刺激物质的影响时，膜的透过性将产生变化，使大量的离子流入细胞内，形成信息的传送。其中起重要作用的是生体膜的组成成分膜蛋白质，它能产生保形网络变化，使膜的透过性发生变化，进行信息的传送及放大。生体膜的离子通道，由氨基酸的聚合体构成，可以用有机化学中容易合成的聚氨酸的聚合物(L一谷氨酸，PLG)为替代物质，它比酶的化学稳定性好。PLG是水溶性的，本不适合电机的修饰，但PLG和聚合物可以合成嵌段共聚物，形成传感器使用的感应膜。　　生体膜的离子通道的原理基本上与生体膜一样，在电极上将嵌段共聚膜固定后，如果加感应PLG保性网络变化的物质，就会使膜的透过性发生变化，从而产生电流的变化，由电流的变化，便可以进行对刺激性物质的检测。　　尿素传感器经试验证明是稳定性好的一种生体模拟传感器，检测下限为10的负3次方的数量级，还可以检测刺激性物质，但是暂时还不适合生体的计测。　　目前，虽然已经发展成功了许多仿生传感器，但仿生传感器的稳定性、再现性和可批量生产性明显不足，所以仿生传感技术尚处于幼年期，因此，以后除继续开发出新系列的仿生传感器和完善现有的系列之外，生物活性膜的固定化技术和仿生传感器的固态化值得进一步研究。　　在不久的将来，模拟生体功能的嗅觉、味觉、听觉、触觉仿生传感器将出现，有可能超过人类五官的敏感能力，完善目前机器人的视觉、味觉、触觉和对目的物进行操作的能力。我们能够看到仿生传感器应用的广泛前景，但这些都需要生物技术的进一步发展，我们拭目以待这一天的到来。　　红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这种技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：(1)辐射计，用于辐射和光谱测量 (2)搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪 (3)热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图象 (4)红外测距和通信系统 (5)混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。　　红外系统的核心是红外探测器，按照探测的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大类。下面以热探测器为例子来分析探测器的原理。　　热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。　　电磁传感器　　磁传感器是最古老的传感器，指南针是磁传感器的最早的一种应用。但是作为现代的传感器，为了便于信号处理，需要磁传感器能将磁信号转化成为电信号输出。应用最早的是根据电磁感应原理制造的磁电式的传感器。这种磁电式传感器曾在工业控制领域作出了杰出的贡献，但是到今天已经被以高性能磁敏感材料为主的新型磁传感器所替代。　　在今天所用的电磁效应的传感器中，磁旋转传感器是重要的一种。磁旋转传感器主要由半导体磁阻元件、永久磁铁、固定器、外壳等几个部分组成。典型结构是将一对磁阻元件安装在一个永磁体的刺激上，元件的输入输出端子接到固定器上，然后安装在金属盒中，再用工程塑料密封，形成密闭结构，这个结构就具有良好的可靠性。磁旋转传感器有许多半导体磁阻元件无法比拟一款电磁传感器的外形的优点。除了具备很高的灵敏度和很大的输出信号外，而且有很强的转速检测范围，这是由于电子技术发展的结果。另外，这种传感器还能够应用在很大的温度范围中，有很长的工作寿命、抗灰尘、水和油污的能力强，因此耐受各种环境条件及外部噪声。所以，这种传感器在工业应用中受到广泛的重视。　　磁旋转传感器在工厂自动化系统中有广泛的应用，因为这种传感器有着令人满意的特性，同时不需要维护。其主要应用在机床伺服电机的转动检测、工厂自动化的机器人臂的定位、液压冲程的检测、工厂自动化相关设备的位置检测、旋转编码器的检测单元和各种旋转的检测单元等。　　现代的磁旋转传感器主要包括有四相传感器和单相传感器。在工作过程中，四相差动旋转传感器用一对检测单元实现差动检测，另一对实现倒差动检测。这样，四相传感器的检测能力是单元件的四倍。而二元件的单相旋转传感器也有自己的优点，也就是小巧可靠的特点，并且输出信号大，能检测低速运动，抗环境影响和抗噪声能力强，成本低。因此单相传感器也将有很好的市场。　　磁旋转传感器在家用电器中也有大的应用潜力。在盒式录音机的换向机构中，可用磁阻元件来检测磁带的终点。家用录像机中大多数有变速与高速重放功能，这也可用磁旋转传感器检测主轴速度并进行控制，获得高画面的质量。洗衣机中的电机的正反转和高低速旋转功能都可以通过伺服旋转传感器来实现检测和控制。　　这种开关可以感应到进入自己检验区域的金属物体，控制自己内部电路的开或关。开关自己产生磁场，当有金属物体进入到磁场会引起磁场的变化。这种变化通过开关内部电路可以变成电信号。　　更加突出电磁传感器是一门应用很广的高新技术，国内、国外都投入了一定的科研力量在进行研究，这种传感器的应用正在渗透入国民经济、国防建设和人们日常生活的各个领域，随着信息社会的到来，其地位和作用必将。　　磁光效应传感器　　现代电测技术日趋成熟，由于具有精度高、便于微机相连实现自动实时处理等优点，已经广泛应用在电气量和非电气量的测量中。然而电测法容易受到干扰，在交流测量时，频响不够宽及对耐压、绝缘方面有一定要求，在激光技术迅速发展的今天，已经能够解决上述的问题。　　磁光效应传感器就是利用激光技术发展而成的高性能传感器。激光，是本世纪六十年代初迅速发展起来的又一新技术，它的出现标志着人们掌握和利用光波进入了一个新的阶段。由于以往普通光源单色度低，故很多重要的应用受到限制，而激光的出现，使无线电技术和光学技术突飞猛进、相互渗透、相互补充。现在，利用激光已经制成了许多传感器，解决了许多以前不能解决的技术难题，使它适用于煤矿、石油、天然气贮存等危险、易燃的场所。　　比如说用激光制成的光导纤维传感器，能测量原油喷射、石油大罐龟裂的情况参数。在实测地点，不必电源供电，这对于安全防爆措施要求很严格的石油化工设备群尤为适用，也可用来在大型钢铁厂的某些环节实现光学方法的遥测化学技术。　　磁光效应传感器的原理主要是利用光的偏振状态来实现传感器的功能。当一束偏振光通过介质时，若在光束传播方向存在着一个外磁场，那么光通过偏振面将旋转一个角度，这就是磁光效应。也就是可以通过旋转的角度来测量外加的磁场。在特定的试验装置下，偏转的角度和输出的光强成正比，通过输出光照射激光二极管LD，就可以获得数字化的光强，用来测量特定的物理量。　　自六十年代末开始，RC Lecraw提出有关磁光效应的研究报告后，引起大家的重视。日本，苏联等国家均开展了研究，国内也有学者进行探索。磁光效应的传感器具有优良的电绝缘性能和抗干扰、频响宽、响应快、安全防爆等特性，因此对一些特殊场合电磁参数的测量，有独特的功效，尤其在电力系统中高压大电流的测量方面、更显示它潜在的优势。同时通过开发处理系统的软件和硬件，也可以实现电焊机和机器人控制系统的自动实时测量。在磁光效应传感器的使用中，最重要的是选择磁光介质和激光器，不同的器件在灵敏度、工作范围方面都有不同的能力。随着近几十年来的高性能激光器和新型的磁光介质的出现，磁光效应传感器的性能越来越强，应用也越来越广泛。　　磁光效应传感器做为一种特定用途的传感器，能够在特定的环境中发挥自己的功能，也是一种非常重要的工业传感器。　　压力传感器　　压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。　　我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应 当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。　　压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低)，所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。　　在现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。　　压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。　　压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别压电传感器的外形是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器心乂　　也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。　　压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。　　除了压电传感器之外，还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器，利用应变效应的应变式传感器等，这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料，在不同的场合能够发挥它们独特的用途。　　相关控制系统　　继电器控制　　继电器是我们生活中常用的一种控制设备，通俗的意义上来说就是开关，在条件满足的情况下关闭或者开启。继电器的开关特性在很多的控制系统尤其是离散的控制系统中得到广泛的应用。从另一个角度来说，由于为某一个用途设计使用的电子电路，最终或多或少都需要和某一些机械设备相交互，所以继电器也起到电子设备和机械设备的接口作用。　　最常见的继电器要数热继电器，通常使用的热继电器适用于交流50Hz、60Hz、额定电压至660V、额定电流至80A的电路中，供交流电动机的过载保护用。它具有差动机构和温度补偿环节，可与特定的交流接触器插接安装。　　时间继电器也是很常用的一种继电器，它的作用是作延时元件，通常它可在交流50Hz、60Hz、电压至380V、直流至220V的控制电路中作延时元件，按预定的时间接通或分断电路。可广泛应用于电力拖动系统，自动程序控制系统及在各种生产工艺过程的自动控制系统中起时间控制作用。　　在控制中常用的中间继电器通常用作继电控制，信号传输和隔离放大等用途。此外还有电流继电器用来限制电流、电压继电器用来控制电压、静态电压继电器、相序电压继电器、相序电压差继电器、频率继电器、功率方向继电器、差动继电器、接地继电器、电动机保护继电器等等。正是有了这些不同类型的继电器，我们才有可能对不同的物理量作出控制，完成一个完整的控制系统。　　除了传统的继电器之外，继电器的技术还应用在其他的方面，比如说电机智能保护器是根据三相交流电动机的工作原理，分析导致电动机损坏的主要原因研制的，它是一种设计独特，工作可靠的多功能保护器，在故障出现时，能及时切断电源，便于实现电机的检修与维护，该产品具有缺相保护，短路、过载保护功能，适用于各类交流电动机，开关柜，配电箱等电器设备的安全保护和限电控制，是各类电器设备设计安装的优选配套产品。该技术安装尺寸、接线方式、电流调整与同型号的双金属片式热继电器相同。是直接代替双金属片式热继电器的更新换代的先进电子产品。继电器技术发展到现在，已经和计算机技术结合起来，产生了可编程控制器的技术。可编程控制器简称作PLC。它是将微电脑技术直接用于自动控制的先进装置。它具有可靠性高，抗干扰性强，功能齐全，体积小，灵活可扩，软件直接、简单，维护方便，外形美观等优点 以往继电器控制的电梯有几百个触点控制电梯的运行。　　而PLC控制器内部有几百个固态继电器，几十个定时器/计数器，具备停电记忆功能，输入输出采用光电隔离，控制系统故障仅为继电器控制方式的10%。正因为如此，国家有关部门已明文规定从97年起新产电梯不得使用继电器控制电梯，改用PLC微电脑控制电梯。　　可以看出，继电器技术在日常生活中无所不在，而且和电脑的紧密结合更加增强了它的活力，使得继电器为我们的生活更好地服务。　　液压传动控制系统　　液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。　　从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。　　液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。　　液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置，主要包括液压缸和液压马达。液压马达是与液压泵做相反的工作的装置，也就是把液压的能量转换称为机械能，从而对外做功。　　液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求。正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵法、电动操纵阀等。　　除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。　　根据液压传动的结构及其特点，在液压系统的设计中，首先要进行系统分析，然后拟定系统的原理图，其中这个原理图是用液压机械符号来表示的。之后通过计算选择液压器件，进而再完成系统的设计和调试。这个过程中，原理图的绘制是最关键的。它决定了一个设计系统的优劣。　　液压传动的应用性是很强的，比如装卸堆码机液压系统，它作为一种仓储机械，在现代化的仓库里利用它实现纺织品包、油桶、木桶等货物的装卸机械化工作。也可以应用在万能外圆磨床液压系统等生产实践中。这些系统的特点是功率比较大，生产的效率比较高，平稳性比较好。　　液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够在更多的场合中发挥作用，也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。

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

尽管我国物联网已初步形成完整的产业体系，并赢得一定的国际话语权，但作为物联网产业的关键领域，我国的传感器产业仍处于中低端水平。在近日举行的第四届国际(乐清)物联网传感器技术与应用高峰论坛上，工信部电子元器件行业发展研究中心总工程师郭源生表示，目前传感器产业面临六大问题：缺乏自主研发产品 企业规模小而散 投资少、装备差、产业化能力不够 缺乏人才，且没有龙头企业的带动示范 产品进入门槛低 体制机制有待完善。　　“我国发展传感器产业应抓住产业结构调整的机遇，用全新的理念和技术加快培育产业集群，形成敏感材料、元器件、仪器仪表、系统集成技术完整的产业链。”郭源生建议，应面向国内外市场，打造和形成技术自主研发、产品不断创新、机制灵活多样、联合兼并重组、市场竞争优势突出的行业环境，树立一批具有国际品牌形象的企业。　　对于传感器行业未来的发展，郭源生建议，要尽快在国内打造中国“传感谷”，通过产业集聚，在5年时间内，形成一个有500余家公司和科研院所组成的结构合理、产业链完整、产业优势与品牌特色突出、具有国际化市场对接能力和知名度的国际化传感器产业园区。实现年销售额2000亿元以上，并以年增长率大于 20%的速度增长。　　目前，正泰科技创新创业园暨正泰(乐清)传感科技产业园已在本届高峰论坛上正式启动。“产业园将努力打造成浙江乃至全国一流的智能传感特色小镇，形成优质化的传感器产业集群。”正泰集团董事长南存辉说。

NASA的詹姆斯-韦伯太空望远镜的镜子与科学仪器对准的第六个阶段已经结束，这为它们能够创造出最准确和最集中的图像做好了准备。在中红外仪器(MIRI)继续冷却的同时，光学团队已经成功地将天文台的其他机载仪器跟韦伯的镜子对准。由于之前的对准工作非常得精确，以至于团队得出结论--在第七也是最后一个阶段之前没有必要对副镜进行额外的调整，这将涉及到MIRI在完全冷却之后。Ball Aerospace韦伯波前感应和控制科学家Chanda Walker说道：“作为一般规则，调试过程从粗调开始，然后进入细调。然而早期的副镜粗调非常成功，以至于第六阶段第一次迭代中的细调是不必要的。这一成就要归功于多年的规划和波前传感团队之间伟大的团队合作。”在整个对准过程的大部分时间里，韦伯的18个六角形镜面和副镜面都只对准了近红外相机(NIRCam)仪器。在完成这一最新步骤后，天文台现在跟精细制导传感器(FGS)、近红外无缝隙光谱仪(NIRISS)和近红外光谱仪(NIRSpec)及NIRCam对准。一旦MIRI在未来几周内完全冷却到其低温工作温度，它将进行第二次多仪器对准，进而在需要时对仪器和镜子展开最后的调整。当望远镜完全对准并能向每个仪器提供聚焦的光线时，团队将举行一次关键的决策会议以确认詹姆斯-韦伯空间望远镜对准工作的结束。然后，团队将从对准工作过渡到调试每个仪器进行科学操作，预计将在今年夏天开始。

人们对电子设备的便携性、多功能性和集成性的期待推动了可穿戴电子设备的快速发展。最近，摩擦电纳米发电机(TENGs)在能力收集、人机交互、医疗监测和自供电传感等方面引起了关注。遗憾的是，这类交互设备多由分隔的传感器和显示单元组成，因而总是需要一些笨重的设备或有线连接来将输出信号转换为人类易读出的形式。色彩提供了简单的传输信息的方法，其可调的颜色属性有望与传感器集成，为交互式信号的可视化开辟了新途径。金属卤化物钙钛矿具有特殊的光物理性质，为未来的可穿戴电子产品提供了新机会。然而，构建自供能、应变传感和显示等多功能特性一体化的光致发光传感系统是巨大的挑战。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所轻量化实验室研究员李清文与项目研究员张其冲等，提出了高效窄光致发光金属卤化物固体的水合成策略，进一步将其应用于自供电的可穿戴式光致发光传感器。科研人员利用这一策略，仅使用水作为溶剂便制备了盐壳金属卤化物固体(具有高效和狭窄的绿色排放，PLQY为87.3%)。其中，KBr盐提供了一个富溴的环境来钝化钙钛矿的表面缺陷，且作为基质来提高其稳定性。该绿色环保的制备策略可用于制备无色水性油墨和柔性光致发光薄膜。另外，该固态化合物可作为聚乙烯醇(PVA)的填料，用于TENG中的高性能正摩擦材料，所制备的TENG的输出性能是原始TENG的2.3倍。研究进一步构建了电压响应范围为0-100kPa、响应时间为125ms的可穿戴光致发光传感器，以检测人体的各种运动。研究显示，运用简单的水蒸发结晶策略即可制备高发射窄半高峰宽的金属卤化物固体，巧妙地引入溴化钾盐使得难溶于水的溴化铅完全溶解在水中，不仅赋予了材料高量子产率，而且提升了产物光和热稳定性。得益于水蒸发结晶策略，前驱体水溶液可制备成水性墨水，通过与水性聚合物混合可以制备出柔性荧光薄膜，并可以通过喷墨打印技术打印相关的图案。作为概念验证，研究还构建了电压响应范围为0-100kPa，响应时间为125ms的可穿戴光致发光压力传感器，未来有望构建同时具有显示-传感一体化自供电集成器件，检测人体的各种运动。该研究为高发射的金属卤化物固体的合理设计提供了指导，并为扩展其在多功能可穿戴荧光传感器中的应用提供了参考。相关研究成果以Robust Salt-Shelled Metal Halide for Highly Efficient Photoluminescence and Wearable Real-Time Human Motion Perception为题，发表在Nano Energy上。研究工作得到中科院和江苏省青年基金项目的支持。该研究由苏州纳米所、华东理工大学、新加坡南洋理工大学、上海交通大学的科研人员合作完成。图1.固态盐壳金属卤化物的制备图2.固态金属卤化物的稳定性及其柔性应用图3.固态金属卤化物在传感领域的应用

传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。随着科技的发展，人类对各种测量的精度要求越来越高，要测量的数据也越来越多，于是各种各样的测量工具和传感器应运而生。　　随着科技水平不断提高，传感器应用领域逐渐广泛，目前在汽车业、自动化工厂、物联网等方面都有应用。　　80年代初中国进入测力传感器的研发和生产阶段，已经完全可以自主研发并生产了。由一开始的单点式称重传感器、S型拉压力传感器、轮辐式测力传感器、柱式称重传感器等到现在可以非标定制一些特别外形测力传感器。但无论是从传感器的精度还是寿命等来讲，都落后于欧美等国家，就连我们的邻国日本，他们测力传感器的技术起码也是领先我们15年左右。特别是最近几年，欧美一些老牌测力厂家研发出了一批微型压力传感器、小型称重传感器、小尺寸测力传感器等微型/小型/小尺寸/小体积/小量程的高精度测力传感器。这使得我国传感器在技术水平上进一步被抛在了后面。　　据分析，我国传感器行业发展落后，国内传感器需求尤其是高端需求严重依赖进口，国产化缺口巨大，目前传感器进口占比80%，传感器芯片进口占比达90%.国产化需求迫切。　　目前民营或合资企业的产品占据了中低端市场，传统技术和装备手段可以满足绝大多数产品的制造要求，市场发展状态良好。除个别厂家在个别品种方面将国外生产的芯片拿到国内封装出相关产品、占据市场较大份额外，其他高端产品均是国外厂商在垄断。　　随着物联网等新兴产业的兴起，产业成为世界各国在高新技术发展中争夺的一个重要领域。近年来我国传感器产业快速增长，应用模式也日渐成熟。但由于产业档次偏低、技术创新能力较差，国内传感器产业呈现低端过剩、中高端被国外垄断的市场格局。传感器技术发展滞后已掣肘国内战略性新兴产业的顺利推进。　　国有企业发展处于平稳增长状态，总体上跟不上国外最新技术发展的步伐，除少数厂家外，总体差距有扩大的趋势。这是因为传感器技术发展快，工艺和制造设备更新快，许多新设备国内厂商无法制造等原因造成的。并且设备的单台价格少则几十万美元，多则数百万美元，绝大多数厂家靠自身积累很难购买新型设备，致使在许多新技术、新工艺方面无法跟上国外企业飞速发展的步伐。

如果说振动控制仪是振动试验系统的大脑，那么加速度传感器就是人体的感官部分。本文主要介绍电荷型加速度传感器的原理和使用方法。※振动领域常用传感器加速度：压电型（电荷输出型或电压输出型IEPE）、动电型等。速度：激光测定器等。位移：LVDT（Linear Variable　Differential　Transformer）、Laser等。频率响应特性：加速度传感器 速度传感器 位移传感器（原因：相位关系），所以振动试验机系统多采用加速度传感器。※电荷输出型加速度传感器构造：原理：Q（电荷量） = C（电容） × V（电压）压力（F=mA）作用，压敏材料上产生电荷，对应电荷，输出电压变化。常见电荷型加速度传感器：※加速度传感器质量要求必须保证测定物质量的1/10以下。※加速度传感器频率使用范围避开传感器的共振点，使用直线形区域。在低频区域（1-5Hz）尤其要注意，由于频率响应特性的缘故，测得的加速度会有一定的偏差，对反馈控制有较大影响。也许这就是振动台厂家的设备产品目录中设备频率使用范围都是从5Hz开始标注的缘故吧。另外还要注意环境对传感器灵敏度的影响，比如，温度、湿度、电磁干扰等，别篇叙述。※加速度传感器的固定要求①用手测 ②磁铁（2点吸附） ③磁铁（平面吸附） ④垫片胶水粘贴 ⑤胶水粘贴 ⑥螺丝固定上图中，可以看出采用螺丝固定是最好的，但是由于实际情况，一般振动试验，能提供螺丝固定的螺孔基本上没有，所以通常采用胶水（502胶水等）粘贴或垫片（绝缘地线）胶水粘贴传感器。※加速度传感器的使用方法※加速度传感器的重要参数灵敏度、最大测定加速度、电容等。例：加速度传感器型号：2353B、灵敏度：0.209pC/（m/s²）传感器电容： 890pF，加速度500m/s²振动时，输出的电压是多少？（传感器低噪声电缆的电容已忽略。）Q=0.209×500=104.5[pC]V=Q/C=104.5/890=0.11742[V]= 11.742[mV]※前置功放（电荷放大器）将加速度传感器的电荷输出电压（mV级别）转换，通过增幅放大到±V级的电压信号，输出给振动控制仪。电压输出型（IEPE or ICP）加速度传感器也经常应用，稳定可靠，直接电压输出。内部含有微电子电路，受温度和湿度的影响比较大，一般使用上限在+125℃左右，建议在常温下采用。在三综合试验中，尤其需要特别注意试验条件的温度。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

5月18日，“基础科研条件与重大科学仪器设备研发” 重点专项项目申报指南发布。为落实“十四五”期间国家科技创新有关部署安排，国家重点研发计划启动实施“基础科研条件与重大科学仪器设备研发” 重点专项。根据重点专项实施方案的部署，现发布 2021 年度项目申报指南。本重点专项的总体目标是加强我国基础科研条件保障能力建设，着力提升科研试剂、实验动物、科学数据等科研手段以及方法工具自主研发与创新能力；围绕国家基础研究与科技创新重大战略需求，以关键核心部件国产化为突破口，重点支持高端科学仪器工程化研制与应用开发，研制可靠、耐用、好用、用户愿意用的高端科学仪器，切实提升我国科学仪器自主创新能力和装备水平，促进产业升级发展，支撑创新驱动发展战略实施。2021 年度指南部署围绕科学仪器、科研试剂、实验动物和科学数据等四个方向进行布局，拟支持 39 个项目，拟安排国拨经费概算 5.39 亿元。此外，拟支持 16 个青年科学家项目，拟安排国拨经费概算 4800 万元，每个项目 300 万元。科学仪器方向各项目自筹经费与国拨经费比例不低于 1:1。项目统一按指南二级标题（如 1.1）的研究方向申报。同一指南方向下，原则上只支持 1 项，仅在申报项目评审结果相近、技术路线明显不同时，可同时支持 2 项，并建立动态调整机制，根据中期评估结果，再择优继续支持。除特殊说明外，所有项目均应整体申报，须覆盖全部研究内容和考核指标。项目执行期原则上为 3~5 年。一般项目下设的课题数不超过 5 个，项目参与单位数不超过 10 家。项目设 1 名负责人，每个课题设 1 名负责人。科研试剂和科学仪器两部分指南方向（除 5.1 外）须由科研机构与从事相关领域生产并具有销售能力的企业联合申报，建立产、学、研、用相结合的创新团队。青年科学家项目（项目名称后有标注）支持青年科研人员承担国家科研任务。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 1983 年 1 月 1 日以后出生，女性应为 1981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。专项实施过程中，涉及实验动物和动物实验，应遵守国家实验动物管理的法律、法规、技术标准和有关规定，使用合格的实验动物，在合格设施内进行动物实验，保证实验过程合法，实验结果真实、有效，并通过实验动物福利和伦理审查。涉及高等级病原微生物实验活动的，必须符合国家病原微生物实验室有关要求，并具备从事相关研究的经验和保障条件。涉及人体被试和人类遗传资源的科学研究，须遵守我国《中华人民共和国人类遗传资源管理条例》《涉及人的生物医学研究伦理审查办法》《人胚胎干细胞研究伦理指导原则》等法律、法规、伦理准则和相关技术规范。本专项 2021 年度项目申报指南如下。1 高端通用科学仪器工程化及应用开发1.1辉光放电质谱仪研究内容：针对高纯材料、高温合金、绝缘固体样品等材料中主成分、微量和痕量元素检测需求，以及针对材料剥层分析、材料元素深度分布检测、涂层材料表面分析等需求，突破直流辉光放电离子源、绝缘固体第二阴极系统、高分辨电磁双聚焦质量分析器、法拉第杯与电子倍增管双检测器等关键技术，开发具有自主知识产权、质量稳定可靠、核心部件国产化的辉光放电质谱仪产品，开发相关软件和数据库，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，实现在半导体、高纯稀土、高温合金等材料科学研究领域的应用。考核指标：质量分析范围（4~250）amu；质量分析稳定性≤25ppm/8h；分辨率 LR300/MR4000/HR10000；平均背景≤0.5cps； 灵敏度≥ 1×109cps ； 丰度灵敏度≤ 20ppb ； 主成分重复性≤ 3%RSD；微量成分重复性≤5%RSD；痕量成分重复性≤10%RSD。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试，平均故障间隔时间≥3000 小时，技术就绪度不低于 8 级；至少应用于 2 个领域或行业。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用，满足用户使用要求。1.2 第三代基因测序仪研究内容：针对 DNA 基因测序的无扩增、长读长直接测序、大容量生物特征信息获取等检测需求，突破DNA 精确长读长直接测序、极微弱光或极微弱电信号测量等关键技术，开发具有自主知识产权、质量稳定可靠、核心部件国产化的第三代基因测序仪，开发相关软件和数据库，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，实现在基因工程、病毒检测、生物安全检测、体外诊断等领域的应用。考核指标：序列平均读长≥15kb；最长读长≥500kb；DNA直接测序最高准确率≥95%；采样率≥1kHz；单个通道测序速度≥400nt/s；可溯源量值定值和质量评价方法≥3 种；基因组比对一致性≥99%；组装连续度 NG50≥1M 碱基；结构变异检测精度与检出率≥90%（片段长度≥50bp）。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试，平均故障间隔时间≥3000 小时，技术就绪度不低于 8 级；至少应用于 2 个领域或行业。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用，满足用户使用要求。1.3超高分辨活细胞成像显微镜研究内容：针对实时观察活细胞精细结构动态变化的检测需求，突破超高分辨活细胞成像显微、精密光机电控制、图像实时处理和成像标定等关键技术，开发具有自主知识产权、质量稳定可靠、核心部件国产化的超高分辨活细胞成像显微镜产品，开发相关软件和数据库，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，实现在细胞学、微生物学、生物物理学和药理学等领域的应用。考核指标：视场≥10µm×10µm；横向分辨率≤150nm；纵向分辨率≤350nm；时间分辨率≥15 帧/秒（2D 成像）；时间分辨率≥8 帧/秒（3D 成像）。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试，平均故障间隔时间≥3000 小时，技术就绪度不低于 8 级； 至少应用于 2 个领域或行业。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用，满足用户使用要求。1.4核磁共振波谱仪研究内容：针对化学分析、生物分子结构、代谢混合物组分等检测需求，突破超高场稳态磁体设计与制造、高精度磁共振谱仪控制、高效射频激发与接收等关键技术，开发具有自主知识产权、质量稳定可靠、核心部件国产化的核磁共振波谱仪产品，开发相关软件和数据库，开展工程化开发、应用示范和产业化推广， 实现在化学化工、生命医学、食品制药和环境能源等领域的应用。考核指标：磁场强度≥14T；室温孔径≥50mm；磁场稳定度≤9Hz/h；磁场均匀度≤0.05ppm；支持多核素频谱分析范围1H、13C、15N、31P、129Xe 等；射频带宽 50~650MHz 以上；波谱频率分辨率≤0.003Hz；射频发射通道数≥2 通道；液氦补充时间≥150 天。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试，平均故障间隔时间≥3000 小时，技术就绪度不低于 8 级；至少应用于 2 个领域或行业。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量， 具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用，满足用户使用要求。1.5宽频带取样示波器研究内容：针对 5G 移动通信、光纤通信设备和高速网络设备的宽带模拟电路和高速数字电路开发与检测需求，突破 85GHz 采样器、超低抖动时钟产生与触发、高速时钟恢复、高精度波形采集与恢复、信号完整性分析等关键技术，开发具有自主知识产权、质量稳定可靠、核心部件国产化的宽频带取样示波器，开发相关软件和数据库，开展工程化开发、应用示范和产业化推广， 实现在光纤通信、5G 移动通信、雷达、卫星通信与卫星导航等领域的应用。考核指标：电采样模块：通道数量 2；测试带宽≥85GHz；采样率≥150kSa/s；抖动≤80fs；采样分辨率 16bit；光采样模块： 波长范围 800~1600nm；光接收灵敏度优于-7dBm；测试带宽≥ 65GHz；采样率≥150kSa/s；抖动≤250fs；采样分辨率 16bit。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试，平均故障间隔时间≥3000 小时，技术就绪度不低于 8 级；至少应用于 2 个领域或行业。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用，满足用户使用要求。1.6高灵敏手性物质离子迁移谱与质谱联用仪研究内容：针对生物样品分析、临床诊断和药物开发等领域对手性分子同分异构体快速识别、高灵敏高准确定量分析的需求， 突破离子迁移过程模型仿真与控制、手性物质高选择性试剂制备、手性气相离子高效选择性存储、高分辨手性气相离子构型差异分析与质量分析等关键技术，开发具有自主知识产权、质量稳定可靠、核心部件国产化的高灵敏手性物质离子迁移谱与质谱联用仪， 开发相关软件和数据库，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，实现在生命科学、临床医学和药物学等领域的应用。考核指标：手性分子纯度检测范围 0.1%~99.9%，离子迁移谱分辨率≥300；手性物质分析检出限≤10-10摩尔/升；质谱质量分辨率≥100000；手性分子分析时间≤10 分钟/样品；建立手性物质数据库 1 套。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试， 平均故障间隔时间≥3000 小时，技术就绪度不低于 8 级；至少应用于 2 个领域或行业。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用， 满足用户使用要求。1.7复杂微结构三维光学显微测量仪研究内容：针对光电探测器、MEMS 微系统、半导体集成电路等微小型器件和光学器件表面和亚表面缺陷检测需求，突破高倾斜光滑微结构、深 V 结构、混合材料层叠微结构、层叠结构亚表面等复杂微结构三维几何形状表征、三维几何参数精密测量、亚表面缺陷检测等关键技术，开发具有自主知识产权、质量稳定可靠、核心部件国产化的复杂微结构三维光学显微测量仪，开发相关软件和数据库，开展工程化开发、应用示范和产业化推广， 实现在超光滑光学表面损伤、半导体集成电路、光电集成电路等领域的应用。考核指标：显微视场≥100μm×100μm；水平方向表面显微分辨率≤250nm；水平方向亚表面显微分辨率≤400nm；垂直方向 分辨率≤20nm；光滑微结构测倾斜角度≥50°；单一材料台阶高 度测量误差≤5%；多层材料台阶高度测量误差≤10%；亚表面缺陷检测深度≥110μm；缺陷检出灵敏度≤200nm；深度定位精度≤2μm；高能损伤缺陷判定准确率≥80%。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试，平均故障间隔时间≥3000 小时，技术就绪度不低于 8 级；至少应用于 2 个领域或行业。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用，满足用户使用要求。2 核心关键部件开发与应用原则上，每个项目下设课题数不超过 4 个，项目参与单位总数不超过 4 个，实施年限不超过 3 年。2.1快速可调谐激光器研究内容：开发波长调谐范围大、调谐速度快的可调谐激光器，突破大范围无跳模腔体设计、高速微腔调制制备、高速数字化激光模块驱动电路设计和模式补偿算法、波长非线性修正等关键技术，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，形成具有自主知识产权、质量稳定可靠的部件产品，实现在光学相干层析检测、高精密光谱分析和共焦测量等仪器中的应用。考核指标：中心波长 1060nm 和 1310nm；输出功率≥15mW；波长调谐范围≥110nm；重复频率≥100kHz；相干长度≥15mm。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试，平均故障间隔时间≥5000 小时，技术就绪度达到 9 级；至少应用于 2 类仪器。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用，满足用户使用要求。2.2热场发射电子源研究目标：开发热场发射电子源，突破单晶钨制备、尖端取向和形状控制、氧化锆处理、电子枪结构设计、灯丝对中控制等关键技术，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，形成具有自主知识产权、质量稳定可靠的部件产品，实现在扫描电子显微镜、透射电子显微镜等仪器中的应用。考核指标：微尖曲率半径范围 1.2µm~0.4µm（可控），误差≤±0.05µm；阴极温度 1750K~1800K；栅极电压-200~-600V（可调）；角电流密度 200µA/sr；引出电压 3~6kV（可调）；最大电子束流≥150nA；电流稳定度≤1%。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试，平均故障间隔时间≥5000 小时，技术就绪度达到 9 级；至少应用于 2 类仪器。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用，满足用户使用要求。2.3侧窗型光电倍增管研究内容：开发高性能多碱阴极侧窗型光电倍增管，突破宽光谱及高灵敏度反射式多碱光电阴极制备、高增益电子倍增极结构设计、高二次电子发射材料制备、低暗计数率等关键技术，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，形成具有自主知识产权、质量稳定可靠的部件产品，实现在光谱分析、电子显微分析和X 射线分析等仪器中的应用。考核指标：探测面积≥8mm×24mm；阴极光谱响应范围≥165nm~900nm；阴极积分灵敏度≥250μA/lm；增益≥1×107；暗计数率≤1000cps；暗电流≤10nA(1000V)；上升时间2.4磁共振成像低温探头研究内容：开发磁共振成像低温探头，突破高密度射频阵列、超低温制冷系统、低噪声前置放大等关键技术，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，形成具有自主知识产权、质量稳定可靠的部件产品，实现在高场磁共振成像仪、波谱分析仪等仪器的应用。考核指标：通道数≥2；扫描孔径≥2cm；射频探头匹配≤-15dB；探头温度≤30K；前置放大器噪声系数≤1dB；灵敏度提高（低温/常温）≥4 倍。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试，平均故障间隔时间≥5000 小时，技术就绪度达到 9 级； 至少应用于 2 类仪器。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用， 满足用户使用要求。2.5X 射线能谱探测器研究内容：开发 X 射线能谱探测器，突破大面积硅漂移探测、电荷前置放大、数字多道分析、漏电流噪声抑制、真空封装等关键技术；开展工程化开发、应用示范和产业化推广；形成具有自主知识产权、质量稳定可靠的部件产品，实现在X 射线能谱仪、电子显微能谱分析仪等仪器以及同步辐射大科学装置的应用。考核指标：探测器尺寸≥30mm2；能量分辨率≤127eV(MnK)；探测元素范围Be~Am；最大输出计数率≥300kcps(最大输入计数率 1000kcps)；窗口材料铍、氮化硅(≤100nm)或无窗。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试，平均故障间隔时间≥5000 小时，技术就绪度达到 9 级；至少应用于 2 类仪器。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用，满足用户使用要求。2.6高精度哈特曼—夏克波前传感器研究目标：开发高精度哈特曼—夏克波前传感器，突破高质量微透镜阵列制备、微透镜阵列与探测器高精度耦合、超高精度误差标定、快速高精度波前重构等关键技术，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，形成具有自主知识产权、质量稳定可靠的部件产品，实现在光束质量分析、自适应光学系统和三维测量等仪器中的应用。考核指标：空间分辨率≥128×128；倾斜测量范围≥±3°；倾斜测量精度≤1μrad；相对波前测量精度（RMS）≤λ/150；绝对波前测量精度（RMS）≤λ/100；重复性精度（RMS）≤λ/200； 工作波长范围 400~1100nm；频率≥7Hz。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试，平均故障间隔时间≥5000 小时，技术就绪度达到 9 级；至少应用于 2 类仪器。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用，满足用户使用要求。2.7高通量生物样品真空传递装置研究内容：开发高通量生物样品真空传递装置，突破小样品精细操作、真空低温精密运动、低温样品镀膜等关键技术，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，形成具有自主知识产权、质量稳定可靠的部件产品，实现在透射电镜和扫描电镜等仪器中的应用。考核指标：最低存储温度≤-160℃；真空度≤5×10-4Pa；运动精度≤100μm；样品存储数量≥12grids；镀膜真空度≤4Pa；镀膜样品台温度≤-160℃。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地 测试，平均故障间隔时间≥5000 小时，技术就绪度达到 9 级；至少应用于 2 类仪器。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用，满足用户使用要求。2.8深地声学探测器研究内容：开发具有耐高温、耐高压、高性能和高稳定性的声学探测器，突破耐高温高压材料调控、小体积低频宽带结构以及界面粘接机理和工艺等关键技术，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，形成具有自主知识产权、质量稳定可靠的部件产品，实现在三维远程声波探测仪、深地超声成像测井仪等仪器中的应用。考核指标：单极换能器（长度伸缩）：工作频带 5~20kHz，最高耐温≥260℃，最高耐压≥200MPa；偶极换能器（弯曲振动）：工作频带 1~4.5kHz，最高耐温≥230℃，最高耐压≥172MPa；多极接收器：工作频带 1~20kHz，最高耐温≥230℃，最高耐压≥ 172MPa；超声换能器：工作频带 250~700kHz，最高耐温≥205℃， 最高耐压≥172MPa。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试，平均故障间隔时间≥5000 小时，技术就绪度达到 9 级；至少应用于 2 类仪器。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用，满足用户使用要求。2.9太赫兹超导混频器研究内容：开发太赫兹超导混频器，突破超导混频器芯片设计与制备、超导混频器与低温低噪声放大器集成、一维相干探测接收机阵列集成等关键技术，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，形成具有自主知识产权、质量稳定可靠的部件产品，实现在太赫兹频谱仪、太赫兹安检仪和射电天文接收机等仪器中的应用。考核指标：探测器中心频率 0.1~0.3THz；中频带宽≥5GHz；噪声温度≤7 倍量子噪声；动态范围≥30dB；像素≥1×10。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试，平均故障间隔时间≥ 5000 小时，技术就绪度达到 9 级；至少应用于 2 类仪器。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权； 形成批量生产能力，经用户试用，满足用户使用要求。2.10分离打拿极电子倍增器研究内容：开发分离打拿极电子倍增器，突破检测器高纯打拿极合金及膜层制备、高精度封装、空气中安全存储、脉冲和模拟双模式检测等关键技术，开发具有自主知识产权、质量稳定可靠的部件产品，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，实现在磁质谱仪、四极杆质谱仪上的应用。考核指标：增益≥105（模拟工作状态下），增益≥107(脉冲计数方式下)；暗电流≤1pA；暗计数率≤50cps；单离子脉冲宽度/ 半高宽≤7ns。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试，平均故障间隔时间≥5000 小时，技术就绪度达到 9 级；至少应用于2 类仪器。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量， 具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用，满足用户使用要求。2.11宽频带同轴探针研究目标：开发宽频带同轴探针，突破弹性件热处理与表面处理工艺、精密微组装、微小零件加工等关键技术，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，形成具有自主知识产权、质量稳定可靠的部件产品，实现在微波集成电路在片测试仪、片上天线测试仪、三维封装天线测试仪等仪器中的应用。考核指标：2.92mm 连接器探针：工作频率DC~40GHz，插入损耗≤1.5dB；2.4mm 连接器探针：工作频率DC~50GHz，插入损耗≤1.5dB；1.85mm 连接器探针：工作频率DC~67GHz，插入损耗≤2.0dB。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试， 平均故障间隔时间≥5000 小时，技术就绪度达到 9 级；至少应用于 2 类仪器。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量， 具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用，满足用户使用要求。2.12 精密大带宽锁相放大器研究目标：开发精密大带宽锁相放大器，突破大带宽数字调制、高分辨率数模转换和高精度相位解调等关键技术，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，形成具有自主知识产权、质量稳定可靠的部件产品，实现在微弱信号探测、光谱测量及分析、电子束测量及能谱分析等仪器中的应用。考核指标：频率范围 0~50MHz；输入电压噪声≤5nV/√Hz；动态储备≥120dB；满量程输入灵敏度≤1nV；A/D≥14bit；相位分辨率≤1μdeg；频率分辨率≤0.7μHz。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试，平均故障间隔时间≥5000 小时，技术就绪度达到 9 级；至少应用于 2 类仪器。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权；形成批量生产能力， 经用户试用，满足用户使用要求。2.13相位型液晶空间光调制器研究目标：开发相位型液晶空间光调制器，突破大相位调制深度、高帧率驱动、高抗激光损伤等关键技术，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，形成具有自主知识产权、质量稳定可靠的部件产品，实现在光束整形仪、波分复用仪、单色仪、超快激光加工机、激光打标机等仪器设备中的应用。考核指标：像元数≥1920×1080；相位范围≥2π（1064nm）；相位灰阶≥8bit；填充因子≥92%；衍射效率≥80%；刷新频率≥ 100Hz；最大输入光功率密度≥50W/cm2。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试，平均故障间隔时间≥5000 小时，技术就绪度达到 9 级；至少应用于 2 类仪器。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用，满足用户使用要求。2.14 X 射线椭球聚焦镜研究目标：开发 X 射线椭球聚焦镜，突破 X 射线椭球聚焦镜制作、性能检测、高精度装校等关键技术，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，形成具有自主知识产权、质量稳定可靠的部件产品，实现在 X 射线衍射仪、X 射线散射仪和X 射线成像仪等仪器中的应用。考核指标：工作能段 1~8keV；聚焦斑点≤100μm；口径≥15mm；聚焦镜长度≥30mm；镜面表面粗糙度≤0.5nm（rms）；反射率≥70%。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试， 平均故障间隔时间≥5000 小时，技术就绪度达到 9 级；至少应用于 2 类仪器。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用，满足用户使用要求。2.15双频短相干激光光源研究目标：开发双频短相干激光光源，突破激光线宽调制、高稳定低频差调制、高精度光程匹配与高效率耦合等关键技术， 开展工程化开发、应用示范和产业化推广，形成具有自主知识产权、质量稳定可靠的部件产品，实现在任意曲面测量、大口径干涉测量和平面干涉测量等仪器中的应用。考核指标：中心波长 633nm；相干长度≤300µm；功率≥1mW（单模光纤输出）；双频频差 5Hz 和 10Hz；频差不稳定度≤1%；光程匹配范围≥100mm。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试，平均故障间隔时间≥5000 小时，技术就绪度达到 9 级； 至少应用于 2 类仪器。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用， 满足用户使用要求。2.16高稳定度高压电源研究目标：开发高稳定度高压电源，突破高电压长时间稳定控制、低纹波噪声抑制和低温度漂移控制等关键技术，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，形成具有自主知识产权、质量稳定可靠的部件产品，实现在电子显微镜、离子显微镜等科学仪器中的应用。考核指标：加速电压-20V~-35kV（可调），纹波≤20mV，稳定性≤10ppm/15 分钟；抑制级电压-200V~-1kV（可调），纹波≤ 15mV，稳定性≤10ppm/15 分钟；引出级电压：1kV~6kV（可调），纹波≤15mV，稳定性≤10ppm/15 分钟；灯丝电源电流 0~3A（可调）、电压 0~5V（可调），电流稳定性≤0.5mA/1 小时。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试，平均故障间隔时间≥5000 小时，技术就绪度达到 9 级；至少应用于 2 类仪器。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用，满足用户使用要求。2.17 多通道可变分辨率数据采集卡研究内容：开发高速数据采集卡，突破高密度多通道隔离设计、多通道同步采集和噪声抑制等关键技术，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，形成具有自主知识产权、质量稳定可靠的部件产品，实现在超声检测仪、电子显微镜、扫描探针显微镜等仪器中的应用。考核指标：采集通道单端 16 路/差分 8 路，每通道采样率和分辨率可设置；采样率 50kSa/s，分辨率 24bits，噪声电平 3.4μVrms；采样率 500kSa/s，分辨率 24bits，噪声电平 4.3μVrms；采样率1MSa/s，分辨率 22bits，噪声电平 13μVrms；采样率 5MSa/s，分辨率 20bits，噪声电平 31μVrms；采样率 10MSa/s，分辨率 18bits， 噪声电平 92μVrms；采样率 15MSa/s，分辨率 16bits，噪声电平401μVrms。项目完成时通过可靠性测试和第三方异地测试，平均故障间隔时间≥5000 小时，技术就绪度达到 9 级；至少应用于 2 类仪器。明确发明专利、标准和软件著作权等知识产权数量，具有自主知识产权；形成批量生产能力，经用户试用，满足用户使用要求。3 高端化学试剂研制3.1高端金属与配体试剂制备关键技术研发研究内容：开展广泛应用于偶联、氧化、还原、加成、聚合反应的金属试剂（钌、铑、钯、铱、铂、铜、镍、铬、锰、铁、钴、锂及其各种价态的金属试剂）的制备方法和批量生产技术研究，研发具有自主知识产权的金属试剂；发展并建立具有重要应用价值的配体，特别是手性配体（含磷、氮、氧、硫配位原子的手性配体、手性烯烃配体和卡宾配体）的高效合成方法和批量制备技术，以及研发基于研究基于上述配体的新型高效金属催化剂， 开展其在化学、化工、医药以及新材料中的应用示范研究。考核指标：建立高端金属试剂、配体试剂自主知识产权体系，申请专利 20 项以上，实现重要金属试剂、催化剂以及配体的批量制备能力，包括 1）建立 50 个以上高纯（≥99%）金属试剂百克级规模的制备技术和质量控制标准；2）建立 100 个以上高纯手性配体和手性催化剂（纯度≥99%，≥99%ee）的克级规模的 制备技术和质量控制标准，形成 5 项以上企业或行业标准，并研发 15 个以上具有自主知识产权的手性配体和手性催化剂。3.2有机氟试剂研制研究内容：利用我国储量丰富的氟资源（萤石），研发新型亲电/亲核氟化、氟烷基化、氟烯基化、氟烷杂基化、[18F]同位素标记氟化试剂，开发具有我国自主知识产权的氟化学试剂，发展经济可行性好的合成工艺，实现原创试剂的批量化制备，并建立高纯氢氟酸的制备方法，把资源优势转化为技术优势，并利用原创性试剂，有力促进催化科学、含氟新材料和药物等方面的创新研究。考核指标：建立系列氟化学试剂的合成方法，形成 40 个以上具有自主知识产权的氟化、氟烷基化、氟烯基化、氟烷杂基化试剂（纯度≥99%）的批量制备技术并实现商品化，研发的试剂 列入国内外知名试剂销售商的产品目录，实现在国内外销售，催生 15~20 项原创性氟化、氟烷基化、氟烯基化、氟烷杂基化新技术；突破 8~10 项基于氟化试剂的[18F]标记探针(丰度≥90%，纯度≥99%)的合成技术；建立氟化学试剂从原料、合成、工艺到产品全流程自主知识产权体系，申请专利 15 项以上，实现高纯氢氟酸和若干重要氟化学试剂的批量制备能力，并制定质量控制标准。4 应用于重大疾病诊断的生物医学试剂创制与应用4.1近红外活体荧光成像诊断试剂体系研究开发研究内容：针对恶性肿瘤、心脑血管等重大疾病的早期精准诊断挑战，根据特异性标志分子、病理微环境特性等，发展高特异性抗体及抗体导向的响应近红外荧光成像试剂，建立高组织穿透深度、高时空分辨率、高灵敏的诊断技术方法，揭示重大疾病的发生发展机制；开发系列诊疗一体化近红外荧光成像试剂，实现在“可视化”药物筛选与评价、光热与光动力治疗、免疫治疗、荧光指导的手术导航等领域的应用；建立红外二区荧光成像试剂的安全性评价方法和标准化、规模化制备方法与流程，推进临床转化。考核指标：建立近红外荧光成像材料的可控制备技术，研发4~6种高性能近红外成像材料（含有机分子、稀土材料、量子点、荧光蛋白等）并实现百克级量产，发光波长达1000~1700纳米， 荧光量子效率20%；研发5~8种重大疾病靶向的特异性抗体，并实现与荧光材料的耦联，发展高性能近红外荧光成像试剂，实现生物组织穿透深度1.8cm；对4.2先进高场磁共振设备高分辨影像试剂研究开发研究内容：拟针对现有磁共振诊断试剂在高场下灵敏度低的难题，研发具有原始创新性的先进高场磁共振影像试剂，发展在体、实时、无创成像的新技术；为国产高端磁共振设备提供具有完全自主知识产权的高分辨率影像试剂，实现高场磁共振影像在生物医学应用的新突破，满足重大疾病微小病灶早期成像以及疾病区域血管等精细组织成像的重大需求；建立评估高场磁共振诊断试剂的生物安全性评价机制，建立试剂量产质控体系和标准品， 推进其向临床转化。考核指标：研发3~5种高性能磁性纳米材料并实现公斤级量产，在7T以上的高场条件下，试剂的横向弛豫率与纵向弛豫率比值（r2/r1）≤2；试剂在水相中保持稳定分散时间不少于1年。作为高场磁共振影像试剂，其在磁共振成像应用中应达到接近组织病理学检测水平的诊断灵敏度，实现接近组织病理学检测水平的诊断灵敏度，对5 同位素试剂典型同位素试剂研发与科研试剂评价技术标准研究研究内容：建立稳定可控的同位素试剂制备流程，开展制备方法标准化和程序化研究，进行产品重现性和稳定性的测试，研究高丰度无机同位素试剂制备和丰度测量技术；研究以13C、2H 同位素标记为代表的系列有机同位素标记物的共性制备、纯化和测量技术，开发2H 和13C 标记同位素标记物；研究基于13C、15N 稳定同位素标记的新型大分子同位素标记物；研制基于核反应堆和回旋加速器的放射性同位素试剂及溶液标准物质；研制高纯试剂、同位素试剂、生化试剂等的质量评价技术体系，包括质量评价共性技术方法、评价用质控物质，和评价规程规范。考核指标：制备无机同位素试剂 8 种，每种至少 1 克，总量不低于 50 克，丰度≥90%，纯度≥99%；开发食品环境检测用2H、13C 取代同位素标记物17~20 种，各1 克，丰度≥98%，纯度≥98%，或不低于进口产品；核设施安全运行监测用 8 种放射性同位素质控物质，不确定度优于 1.5%，单种放射性同位素产能 3.7E11 Bq/ 年，γ放射性不纯度13C、15N 稳定同位素标记大分子同位素标记物 2 种；建立同位素试剂检测方法 12~15 种； 高纯试剂、同位素试剂、生化试剂等共性关键指标评价技术方法20 种、评价用参考物质 30 种、规程规范 8~10 项，建立科研试剂质量评价技术体系 1 套，开展重点领域科研试剂质量评价示范应用 10~15 次。6 人类疾病动物模型创制研究6.1人类重大传染病基因修饰动物模型研发研究内容：针对 SARS-CoV-2、SARS、MERS、H7N9、Zika等病毒感染造成的人类重大传染病，研究以小鼠和大鼠等动物为主要实验载体的基因编辑动物模型的创新技术体系，研发一批适用于对某类（些）疾病发生机制进行多维度解析和新药研发与安全性评价等领域有重要应用价值的系列化基因编辑动物模型。开展基因编辑动物模型表型分析与评价技术平台建设的研究，以及病理学图谱的研究。开发相应疾病动物模型数据库和动物资源库， 为阐明相关疾病发病机制、验证新的药物靶标和新药开发与疫苗评价等提供基础条件。考核指标：建立完整的以小鼠和大鼠等动物为主要实验载体的基因编辑动物模型创新技术。完成 10~15 种符合人类重大传染病临床特征的新型基因修饰动物模型。建立和完善与这些疾病相关的动物生理生化、组织功能、动物行为学及免疫学检测技术和表型分析方法，以及动物模型技术指标体系和评价技术平台。完成描述和绘制新建人类重大传染病动物模型的动态演变规律和靶器官细胞分子演化图谱，以及不同阶段典型的病理学图谱，揭示其生理和病理意义。建立相关疾病动物模型数据库和生物学数据库。完成新建疾病动物模型相关的专利申报，并实现创建的新型疾病动物模型与现有国家实验动物资源库的整合。6.2心血管、代谢性疾病等基因修饰动物模型研发研究内容：针对人类心血管（冠心病、心肌梗死、心力衰竭、高血压、心肌缺血/再灌注损伤等）、代谢性（肥胖、糖尿病、非 酒精性脂肪肝病等）疾病等严重危害人民健康的重大疾病，研究以小鼠和大鼠等动物为主要实验载体的基因编辑动物模型的创新技术体系，研发一批适用于对某类（些）疾病发生机制进行多维度解析和新药研发等领域有重要应用价值的系列化基因编辑动物模型。建立动物模型制备技术体系，开展基因编辑动物模型表型分析与评价技术平台建设的研究。利用所研发的疾病动物模型， 深入研究主要心血管和代谢性疾病的发生机制，开发关键治疗靶点。建立相关疾病动物模型不同阶段典型的病理学图谱，揭示其生理和病理意义。开发相关疾病动物模型数据库、样本资源库和生物数据库。考核指标：建立多位点、多易感动物基因的疾病动物模型和完整的动物模型制备技术体系，完成以小鼠和大鼠等动物为主要实验载体的 50 种人类心血管和代谢性疾病等基因编辑动物模型。完成不少于 50 种疾病动物模型评价流程、技术指标体系及评价技术平台，以及不同阶段典型的病理学图谱，揭示其生理和病理意义。利用新建疾病动物模型研究 30 种以上主要心血管和代谢性疾病的发生机制，发现 20 个以上关键药物靶点。建立疾病动物模型数据库和模型资源库，以及相关疾病动物模型的生物数据库。完成新建疾病动物模型相关的专利申报，实现创建的新型疾病动物模型与现有国家实验动物资源库的整合。6.3基于特色实验动物的人类疾病动物模型创建及关键技术研究研究内容：在已建立的长爪沙鼠、东方田鼠、裸鼹鼠、高原鼠兔、树鼩、非人灵长类等动物的标准化种群基础上，选择已有较好研究基础和重要应用潜质的动物开展人类疾病动物模型的研究。重点支持利用基因编辑、物理干预、化学诱导等技术，研究病因性阿尔茨海默症、帕金森病、代谢性紊乱、辐射损伤、脑缺血、血吸虫病等动物模型。解决利用这些特色动物创制人类疾病动物模型的关键技术难点，建立疾病动物模型评价体系，系统描述和绘制疾病动物模型病理学图谱，开发疾病动物模型数据库。考核指标：根据选定的研究目标、研究技术和特色实验动物种类，完成 4~6 种人类疾病动物模型的制备，建立完善的动物模型的创制技术和评价技术体系。完成相关疾病动物模型不同阶段典型的病理学图谱。完成新建疾病动物模型相关的专利申报或新种鉴定，实现新建疾病动物模型与现有国家实验动物资源库的整合。有关说明：本方向拟支持不超过 6 个项目。7 国家实验动物资源库服务质量提升国家实验动物资源库服务科技创新能力提升关键技术研究与示范研究内容：以国家实验动物资源库已有资源和已建立标准化种群的实验动物新品种新品系为主要对象，开展遗传选育、资源保藏、生物净化、品种品系鉴定等技术，以及相关生物学特性深度挖掘、数字化描述和数据汇交等方面的研究；开展实验动物新资源创建关键核心技术研究，利用具有较好前期研究基础和重要应用潜质的资源动物，采用动物种群生物学和种群基因组学技术培育实验动物新品种新品系。研发符合标准要求的规模化生产关键技术，形成具有一定规模的保藏与供应的实验动物资源平台， 提升国家实验动物资源平台技术能力和资源共享服务水平。考核指标：建立完善的 SPF 级实验动物的遗传育种、资源保藏和生物净化等技术体系、实验动物新品种新品系的鉴定技术体系和技术平台。完成培育不少于 10 种实验动物新品种新品系， 并建立SPF 实验动物种群。完成不少于 20 个实验动物品种品系生物学特性的数字化描述，建立不少于 5000 个生物学特性指标的数据库。国家实验动物资源库与其他资源保藏机构共同构成的资源平台，所保藏与共享服务的实验动物资源种类覆盖我国常用实验动物品种品系 80%以上，供种满足率达到 70%以上。实现不少于 5 种具有自主知识产权的实验动物新品种新品系与现有国家实验动物资源库的整合。8 实验动物质量评价实验动物质量评价关键技术研究（青年科学家项目） 研究内容：参照国际先进的实验动物质量标准，研究实验动物微生物和寄生虫的病原/抗体检测方法；研究常用实验动物 SNP等遗传质量检测技术；建立针对病原微生物和寄生虫的特异、敏感、稳定的病原/抗体检测方法和相关技术规范；研制假病毒库， 建立实验动物免疫后中和抗体评价方法和技术规范；建立达到国际先进水平、适于自动化操作的封闭群和近交系实验动物 SNP 等遗传检测方法体系。所有新建检测方法技术指标（敏感性和特异性等）符合相关标准或技术指南要求。考核指标：由申报单位自主设定。实验动物病原快速检测新技术研究（青年科学家项目） 研究内容：开展实验动物人兽共患病、烈性传染病、新发和再发传染病的分子病原学检测技术，以及高通量筛查与鉴别、基因芯片和快检技术等新技术和新方法研究；建立高通量筛查与鉴别、基因芯片和快检方法及技术规范。所有检测方法技术指标（敏感性和特异性等）符合相关标准或技术指南要求。考核指标：由申报单位自主设定。9 科学数据分析挖掘应用关键技术与软件系统9.1 生物大数据管理和分析关键技术与系统研究内容：面向生物大数据管理、深度挖掘和转化应用等核心技术方面的短板，研发生物大数据汇交质控、发布更新等全生命周期的智能化管理系统；研究基于海量大数据的基因组序列精准定位、生物信息库多源融合及跨库检索等关键方法；建立生物大数据与文献信息关联融合机制，研发海量生物文献关键信息提取及其与数据共享互联的关键技术；优化现有基因组变异演化分析等生物信息学方法，建立对基因组重要功能位点突变的快速自动化监测和基于基因型网络推演重大疾病感染途径及传播路径的实时智能追踪系统；建立人工智能网络模型，开展肿瘤和心脑血管等疾病演变模式分析，实现疾病精准诊断、个体化治疗和健康管理等重大临床需求。考核指标：形成具有PB 级数据处理能力的生物大数据智能化管理系统等应用软件 5 项以上、基于海量大数据的基因组序列精准定位等分析挖掘的关键算法 5 项以上；形成生物信息库多源融合及具有上亿条记录处理能力的跨库检索等关键方法 2 项以上；研发 2~3 种肿瘤和心脑血管疾病全景式演变模式的人工智能分析模型；在国家生物类科学数据中心开展战略生物资源、人类遗传资源方面的应用，部署 100 种以上生物信息软件和流程，关联 100 个以上生物信息数据库，集成不少于 50PB 的组学原始数据等各类生物学数据；形成生物数据管理和分析的专利或软件著作权。9.2 微生物科学数据管理与挖掘关键技术与应用研究内容：研究以微生物科学数据为重点的微生物数字信息管理、汇聚、共享和安全保障的数据治理技术体系，研究微生物菌、毒种标本、样本的图像、图谱、序列等信息数据的高效识别与实时处理技术，建立符合国际标准的新型智能管理软件系统； 研发针对海量微生物相关科学数据的加密与脱敏软件工具；研究微生物表型、基因型、免疫性、形态图谱等数字资源整合与挖掘技术，研发智慧化微生物数据挖掘和分析模型、软件系统；研究面向海量异构微生物资源信息数据的垂直检索、关联整合与可视化技术，结合知识图谱和智能识别技术，实现基于科学数据在食品安全、口岸安全等领域的智慧化多点信息监控和应用示范。考核指标：建立一套符合国际标准的覆盖细菌、真菌、病毒的二十种以上微生物数据的智能化整合挖掘软件系统；建立微生物资源数据治理体系、数据安全分析体系和数据安全保障技术体系，形成 3~5 项微生物科学数据安全与管理标准，开发基于区块链技术的微生物数据隐私计算技术平台，支撑千万级数据的实时分析；整合新建超过 50 亿条微生物科学数据与文献数据的知识图谱，在国门生物安全、食品安全等方向建立应用示范，在金砖、一带一路沿线等不少于 30 个国家进行推广应用；围绕微生物科学数据的智能管理与挖掘应用形成一系列专利与软件著作权。9.3 生态系统大数据智能管理与挖掘关键技术及应用研究内容：面向我国生态文明建设国家战略，依托我国不同类型生态系统野外观测研究台站，研发耦合人工、自动等多源、高频观测数据的多层次的生态系统大数据管理软件系统；建立标准化生态台站监测数据质量控制和数据产品开发体系，研发基于工作流的生态数据产品软件工具；整合联网观测、地面调查、卫星遥感、文献等多源异构生态数据，研究多源生态数据时空挖掘、融合和数据同化技术，发展耦合人工智能和生态过程模型的生态系统质量评估模型与预测技术体系，研发生态系统大数据挖掘与预测软件系统；提高我国生态系统观测研究台站自主的数据处理分析挖掘能力，支撑我国生态文明建设。考核指标：建立一套覆盖农田、森林、草地、湖泊等多种生态系统类型的长期生态监测数据的智能化管理系统软件，在不少于 10 个野外台站以及中亚一带一路沿线国家野外站推广示范应用；整合形成超过 30 个以上野外台站的长序列生态类监测数据产品，建立标准化的生态监测数据质控软件工具和产品开发工具， 生态系统大数据分析挖掘和预测系统 1 套，在科学数据中心部署应用，并在国家生态系统质量评估中开展示范；形成生态系统大数据挖掘与管理方面的软件著作权和专利。9.4 场景驱动的海洋科学大数据挖掘分析关键技术与应用研究内容：针对海洋观测、监测、调查、统计等数据的多源多维异构特征，研究海洋科学大数据存储管理、融合分析、关联挖掘等关键技术，构建大数据在线存储分析引擎；突破多源海洋环境数据的多尺度多要素同化技术，建立自主化高分辨率海洋数值模式，研制多区域、高精度、长时序的海洋环境信息产品；构建集传统统计分析方法和大数据方法于一体的海洋经济与资源环境协调发展分析和预测模型，面向空间资源开发利用、生态环境修复等典型应用场景建立知识图谱；研发集算力—数据—模型— 知识于一体的海洋科学大数据融合分析软件，在沿海地区经济布局优化、产业提质增效、资源集约利用等领域开展示范应用，提升海洋科学数据增值服务能力。考核指标：海洋大数据在线存储分析引擎 1 套，支持超大规模数据的并发在线交互计算分析能力，集成多源要素融合、特征提取、关联分析、可视分析、统计分析、机器学习等方法算法不少于 6 种，典型分析计算响应时间不超过 5 秒；自主化海洋环境大数据超分辨率融合分析模型 1 套，中国海区 1/12°和海区 1/30° 海洋环境要素信息产品各 1 套，海洋资源和生态环境综合数据集各 1 套；建立基于大数据的海洋经济与资源环境融合分析和预测指标体系及模型各 1 套，形成海洋典型应用场景通用知识图谱构建框架，建立海洋空间规划应用、海域海岛管控与开发利用等知识图谱不少于 2 套；海洋科学大数据融合分析软件 1 套，在沿海地区开展示范应用；有关软件系统在科学数据中心得到部署应用， 形成保护相关技术方法、模型和软件的知识产权。9.5 卫生健康科学大数据智能分析与挖掘关键技术与应用研究内容：面向人民生命健康，研发多源卫生健康科学大数据汇聚管理、多维特征刻画、深度整合、大规模智能语义搜索和可视化关键技术，研究多病种及人群特征数据智能筛选、抽取和建模方法，研发集成疾病危险因素分析、病例跨时空分析、疾病风险预测等多种智能挖掘算法和功能的协同分析系统和系列工具；研究卫生健康科学大数据跨域、跨机构共享机制及隐私感知与计算、关联识别、自动分类和智能自适应脱敏算法以及卫生健康科学大数据安全态势感知与监测预警关键技术；研究医学影像辅助判读、临床病历智能提取和标注、多病种知识图谱自动构建关键技术，在疾病风险预测、临床辅助决策、药物不良反应监测、健康管理等领域开展应用示范。考核指标：研发一套面向PB 级卫生健康科学大数据的智能语义搜索、高效融合、特征抽取、深度挖掘的一体化、智能化数据管理和协同分析平台，具备万级用户并发访问能力；研发大数据应用所急需的具备高扩展性、高性能的智能人群分层、特征识别、疾病风险因素挖掘分析等工具软件不少于 10 个；研发可与国际主流产品可比的卫生健康科学大数据跨域共享和隐私保护、安全多方计算、安全感知预警等工具软件不少于 10 个；研发医学影像辅助判读、临床电子病历智能化提取和标注等软件工具不少于 10 个；研发融合多源异构卫生健康大数据的知识图谱自动构建工具 1 套，并建立融合不少于 20 个病种的具有高可更新性、可迁移性的知识图谱，有效支撑医学语义搜索、智能问答以及临床决策。研发的软件工具可独立发布部署，形成系列相关专利和软件著作权，并在国家科学数据中心应用部署，在临床、教育、科研等机构推广应用，应用示范单位不少于 20 家。9.6 面向国家科学数据中心的基础软件栈及系统研究内容：面向国家科学数据中心实现科学数据的发现、获取、分析、利用等需求，研发自主的科学数据中心基础软件栈及系统；面向科学数据全局可发现和可信共享需求，研究科学数据标识、建模方法和互操作、可信存证技术，支持数据确权和流转追溯；研究面向分析的科学数据加工处理流水线技术，研发面向领域的大数据处理流水线管理调度系统；研发面向多学科跨领域数据的融合管理系统和搜索引擎，支持结构化/非结构化数据的融合存储与查询；面向大数据集成分析需求，研发安全隔离的交互式云分析服务引擎，形成面向领域应用多编程语言、多算法环境、多适配版本的大数据分析环境，为科研人员提供在线编程和在线工作流交互分析服务。考核指标：构建科学数据与分析软件共享社区，在科学数据的标识、可信存证、跨中心互操作等方面形成一套自主的关键技术与软件体系。标识系统支持国家标准与国际主流科学数据标识的双标识注册解析与服务，系统存证的吞吐能力10 万TPS；数据处理系统具备完整、可追溯的数据汇聚、清洗功能，具备跨中心调度能力，处理性能优于 1000 万行/秒；融合管理系统支持 100 亿级实体和关系、1000 亿级非结构化数据对象的融合存储，提供标准的统一查询语言，科学数据搜索引擎可检索的科学数据集不少于 500 万个，覆盖生物、生态、农业等领域，实体数据量不低于 1PB；软件体系在不少于 5 个国家科学数据中心进行示范应用；在核心技术方向申请专利或软件著作权。10 科学数据自主应用软件科学数据自主应用软件研发（青年科学家项目）研究内容：针对大规模文本、图像、图谱、序列、遥感影像、数值等具有典型特征且在多个领域广泛普适的科学数据类型，面向海量科学数据分析的应用场景，发展数据分析和挖掘技术，开展智能分析挖掘方法的研究，研发具有自主知识产权的软件或软件系统，并在科学数据中心示范应用。考核指标：由申报单位自主设定。

浊度传感器4296浊度传感器4296是一款紧凑型全集成传感器，用于测量水中的光学反向散射。旨在与使用AiCaP CANbus的SeaGuard或SmartGuard数据记录仪一起搭配使用或作为使用RS-232的独立传感器。优势：与SeaGuard和SmartGuard轻松集成的智能传感器；直接读出工程数据，多点出厂校准；输入现场特定参考数据以接收以mg/l 为单位的绝对值；坚固耐用，维护需求低；输出格式包括AiCaP CANbus，RS-232；可选3种深度范围-300、3000和6000 米。浊度是一种描述导致光被悬浮颗粒散射的水的光学特性。高颗粒浓度导致高浊度。通过建立浊度与当地的悬浮物质之间的关系，这类测量可用于评估悬浮物质的浓度。浊度传感器4296测量红外光的反向散射。使用高效发光二极管将调制光发送到水中。反向散射光由灵敏的光电二极管拾取，然后该信号经过调节、线性化并转换为工程单位数据 (FTU) 。除了浊度，传感器还测量水温。Aanderaa新型光学浊度传感器4296光学浊度传感器基于Optode技术进行生产，该技术已在100多篇科学出版物中为要求苛刻的客户证明了长期稳定的氧气测量。其他品牌的浊度传感器通常未经过校准，但Aanderaa的浊度传感器经过了多点校准，可确保准确性、可追溯性和可替换性。无论水有多浑浊，并行的传感器读数均能保持相同。该传感器可作为开放协议传感器通过串行接口使用，也可用作SeaGuard/SmartGuard多参数平台的一部分。Aanderaa在制造浊度传感器方面有着悠久的传统，从1990年初的第一批3612传感器到今天的新型4296传感器。我们很高兴将该款新传感器推向市场。欢迎4296的到来!