基于吸收光譜技術(shù)的分析儀器研究？

21世紀(jì)是物聯(lián)網(wǎng)的時代，我們可以輕松的在無線技術(shù)下享受數(shù)據(jù)共享的便利，我們可以輕松的看到家中的用水量用電量煤氣消耗，冰箱及室內(nèi)的溫度和濕度，甚至可以進(jìn)行綜合分析統(tǒng)計，為節(jié)能時代所應(yīng)該貢獻(xiàn)我們的力量。同時，我們也可以在野外生態(tài)監(jiān)測中發(fā)揮它的優(yōu)勢，我們不僅可以避免布線的煩惱，不必?fù)?dān)心紫外對線的侵蝕，也不用考慮長線對數(shù)據(jù)信號的損失，我們可以輕松的實現(xiàn)無線互聯(lián)，通過遠(yuǎn)程3G模塊，你的野外實驗數(shù)據(jù)就如同時刻存儲在自己的筆記本中一樣，你可以在會議作報告時，寫文章時，隨時打開現(xiàn)場的監(jiān)控界面實時了解每一個關(guān)心的數(shù)據(jù)和參數(shù)。

新一代的監(jiān)測方案是將物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點數(shù)據(jù)無縫對接到以太網(wǎng)、3G網(wǎng)、2G網(wǎng)中。由于全部網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)采用服務(wù)器模式，任一網(wǎng)關(guān)支持多軟件客戶端同時訪問，支持分散點下的多網(wǎng)關(guān)服務(wù)器倍增擴(kuò)展，增進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性，適合大面積規(guī)?；M網(wǎng)應(yīng)用。實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點與互聯(lián)網(wǎng)IP直接的無縫信息傳遞；采用分散服務(wù)器模式方案，支持物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點大規(guī)模群聚化應(yīng)用；支持百千兆以太網(wǎng)、3G等各種互聯(lián)網(wǎng)信息通道，輕松。實現(xiàn)通過互聯(lián)網(wǎng)IP對物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)節(jié)點數(shù)據(jù)的直接訪問；支持無線熱點快速布置，任意組網(wǎng)。

系統(tǒng)包括：溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、光照度傳感器、土壤水份傳感器、土壤溫度傳感器及數(shù)據(jù)采集、發(fā)送等，采集、傳輸一體化設(shè)計，超低功耗；可集成多種傳感器及變送器，智能管理、智能傳輸。

技術(shù)參數(shù)：

傳輸范圍：大約100米，根據(jù)障礙物而定

重 量：138克，含電池

尺 寸：96.5×108×28mm

無線電功率：1.6mW（2dB）

無線數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：IEEE 802.15.4 2.4 GHz波段

顯著特點

◎ 簡單的、低成本的數(shù)據(jù)節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸解決方案

◎ 自動選擇*佳路徑把節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸至接收器

◎ 改善了數(shù)據(jù)節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的可靠性和冗余度

◎ 實時無線傳輸數(shù)據(jù)

◎ 緊湊的尺寸非常方便部署

◎ 面板緩存可防止數(shù)據(jù)丟失

微流控液滴技術(shù)是近年來在微流控芯片上發(fā)展起來的一種研究幾微米至幾百微米尺度范圍內(nèi)微液滴的生成、操控及應(yīng)用的新技術(shù)。微液滴常作為微反應(yīng)器，實現(xiàn)生化反應(yīng)、試劑快速混合以及微顆粒合成等，極大地強(qiáng)化了微流控芯片的低消耗、自動化和高通量等優(yōu)點。本次網(wǎng)絡(luò)課堂主要介紹了液滴微流控的發(fā)展歷程、微液滴產(chǎn)生方式、液滴微流控的應(yīng)用領(lǐng)域、液滴產(chǎn)生的實驗裝置、雙乳液滴產(chǎn)生實驗等知識。

本研究應(yīng)用了900-1700 nm的高光譜相機(jī)，可采用杭州彩譜科技有限公司產(chǎn)品FS15進(jìn)行相關(guān)研究。包含可見光（400-700nm）、近紅外（400-1000nm）和短波近紅外（900-1700nm）3種光譜區(qū)域，廣泛應(yīng)用于印刷，紡織等各種工業(yè)制品的表面顏色紋理檢測（顏色測量單像素重復(fù)性可達(dá)dE*ab<0.1），成分識別，物質(zhì)鑒別，機(jī)器視覺，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)等領(lǐng)域。

      電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行一直受輸電線路絕緣子污穢閃絡(luò)問題的影響。污閃問題嚴(yán)重時，會引起大面積、長時間的停電，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在污閃事故發(fā)生之前，對絕緣子絕緣狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測及評估具有重要意義。陶瓷絕緣子作為應(yīng)用的絕緣子，在電力系統(tǒng)中使用較廣，其污穢檢測主要采用傳統(tǒng)檢測方法，如等值鹽密法、泄漏電流法、表面污層電導(dǎo)法等。但這些方法耗時長、效率低，應(yīng)用具有一定的局限性。陶瓷絕緣子表面存在釉質(zhì)，在采集其高光譜圖像時會出現(xiàn)反光現(xiàn)象，對譜線信息有較大影響。因此，文中首先通過直方圖均衡化處理去除反光干擾；然后采集不同污穢等級的陶瓷片樣本的高光譜圖像，對其進(jìn)行預(yù)處理，去除噪聲干擾；接著通過連續(xù)投影算法(successive projections algorithm，SPA)對樣本譜線進(jìn)行特征提取；基于SVM模型根據(jù)特征譜線建立污穢檢測模型，對待測樣本進(jìn)行污穢等級劃分，實現(xiàn)陶瓷絕緣子非接觸式污穢等級檢測。

結(jié)論如下：

(1) 陶瓷絕緣子表面污穢等級不同時，其高光譜譜線在幅值上存在明顯差異，這種幅值差異能夠作為污穢等級判定的標(biāo)準(zhǔn)；

(2) 直方圖均衡化處理能夠有效弱化陶瓷絕緣子自身材質(zhì)原因所造成的反光現(xiàn)象，提高陶瓷絕緣子高光譜數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；

(3) 文中方法能夠?qū)崿F(xiàn)陶瓷絕緣片人工污穢樣本的污穢等級檢測，準(zhǔn)確率可達(dá)95%，為實現(xiàn)陶瓷絕緣子污穢等級檢測提供了技術(shù)參考。

貝塞爾光束從其被發(fā)現(xiàn)開始，由于其比光學(xué)中典型的高斯光束具有特殊的優(yōu)勢，擁有獨特的無衍射和自恢復(fù)特性，引起了科學(xué)界極大的興趣。這些特性也就意味著光束在被物體部分阻擋后可進(jìn)行自我重建。由于這些獨特性，貝塞爾光束在光學(xué)鑷子、顯微鏡、光譜學(xué)和通信應(yīng)用方面有很大的潛力。然而由于其依賴于空間光元件，并且在滿足定制光束參數(shù)的需要方面受到限制，因此在實際的科學(xué)實驗中要產(chǎn)生貝塞爾光束是十分具有挑戰(zhàn)性的。如今，借助于Nanoscribe的雙光子聚合技術(shù)可直接在光纖上打印新型光子結(jié)構(gòu)，使其產(chǎn)生零階和渦流貝塞爾光束。

在光纖上打印微納光子結(jié)構(gòu)
以產(chǎn)生零階和渦旋貝塞爾光束

貝塞爾光束的特殊性使其成為各種光學(xué)應(yīng)用（例如通信、光誘捕和成像等）最 佳選擇。如果你看到貝塞爾光束的橫截面，你會發(fā)現(xiàn)一組同心圓或圓環(huán)，與典型的高斯光束相比，光束的最內(nèi)圈可以在更長的延伸范圍內(nèi)保持聚焦。即使貝塞爾光束被一個物體部分阻擋，光束在穿過該物體后能夠進(jìn)行自我重建。然而，要將圓形光束轉(zhuǎn)化為若干環(huán)形，需要特殊的光學(xué)器件，如錐狀折射材料axicon或全息光束整形方法。為了克服這些方法所需的空間光元件的限制，基于光纖的貝塞爾光束發(fā)生器應(yīng)運而生。但是，當(dāng)涉及到調(diào)整光束參數(shù)時，這些基于光纖的解決方案卻是有限的，并且只提供零階貝塞爾光束的生成。來自沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學(xué)的科學(xué)家們開發(fā)了一種新的方法來制造一個由堆疊的微光元件組成的光子結(jié)構(gòu)。他們將該結(jié)構(gòu)直接3D打印在光纖面上，以實現(xiàn)從光纖生成零階和渦流貝塞爾光束。 

基于光纖的貝塞爾光束發(fā)生器的設(shè)計由三個元素組成，用于對齊單模光纖輸出的高斯樣光束，并將其轉(zhuǎn)化為貝塞爾光束。這些微光學(xué)元件是使用Nanoscribe的2PP打印技術(shù)在光纖面上一次性3D打印出來的。圖片來自于：KAUST

新型解決方案-光纖上打印3D結(jié)構(gòu)

科學(xué)家們使用雙光子聚合高分辨率三維打印技術(shù)，為從光纖中直接產(chǎn)生零階和高階貝塞爾光束，并與光纖的核心對齊提供了有效的解決方案并。同時，Nanoscribe的IP-Dip光刻膠提供了生產(chǎn)光子晶體光纖設(shè)計所需的高空間分辨率，以便操縱光束。全新微納加工方案使得打印的微光學(xué)元件具有較低的表面粗糙度。三維打印的微光學(xué)元件顯示了光束轉(zhuǎn)換的高效率和低傳輸損耗。

基于2PP原理三維打印技術(shù)能夠打印先進(jìn)的任意形狀的復(fù)雜3D微光學(xué)元件，如貝塞爾光束發(fā)生器。該基于光纖的光子結(jié)構(gòu)由三個微光學(xué)元件組成，它們相互對準(zhǔn)并與底層光纖面相連接，并可實現(xiàn)單個元件的無縫集成。2PP技術(shù)可實現(xiàn)按需定制光學(xué)參數(shù)來調(diào)整光子結(jié)構(gòu)設(shè)計。因此，這種復(fù)合光子結(jié)構(gòu)的快速原型設(shè)計使得在根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行改變設(shè)計時，可以實現(xiàn)快速的設(shè)計迭代周期。得益于2PP三維打印技術(shù)的靈活性，定制打印的貝塞爾光束發(fā)生器可以應(yīng)用于內(nèi)窺鏡，光學(xué)相干斷層掃描、基于光纖的光學(xué)捕集和微操縱等領(lǐng)域。

SEM特寫圖顯示了基于光纖的3D打印貝塞爾光束發(fā)生器，該結(jié)構(gòu)帶有螺旋相位板的光子晶體設(shè)計和帶有支撐結(jié)構(gòu)的微透鏡。靈感來自于KAUST的設(shè)計。由Nanoscribe制作

A2PL技術(shù)實現(xiàn)納米精度三維對準(zhǔn)

在光纖上打印光子結(jié)構(gòu)來生成貝塞爾光束需要打印精確對準(zhǔn)光纖光軸的微光學(xué)元件。新一代的Quantum X對準(zhǔn)系統(tǒng)可以比其他Nanoscribe基于2PP技術(shù)的3D打印系統(tǒng)在達(dá)到更高形狀精度的同時，更快、更簡便、更精確地完成這項任務(wù)。這是因為Quantum X align是基于最 先進(jìn)的平臺，并具有專 利的對準(zhǔn)雙光子光刻技術(shù)A2PL?。因此，優(yōu)化的硬件和軟件使得在光纖上以亞微米的精度打印復(fù)雜的3D微光學(xué)元件成為了可能。

項目團(tuán)隊

阿卜杜拉國王科技大學(xué)-生物和環(huán)境科學(xué)工程系

阿卜杜拉國王科技大學(xué)-計算機(jī)，電氣和數(shù)學(xué)科學(xué)與工程系 

原文文獻(xiàn)

3D-printed fiber-based zeroth- and high-order Bessel beam generator       

https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-9-6-645&id=476826

熒光顯微鏡主要應(yīng)用在生物領(lǐng)域及醫(yī)學(xué)研究中，能得到細(xì)胞或組織內(nèi)部微細(xì)結(jié)構(gòu)的熒光圖像，在亞細(xì)胞水平上觀察諸如Ca2+ 、PH值，膜電位等生理信號及細(xì)胞形態(tài)的變化，是形態(tài)學(xué)，分子生物學(xué)，神經(jīng)科學(xué)，藥理學(xué)，遺傳學(xué)等領(lǐng)域中新一代強(qiáng)有力的研究工具。

以共聚焦技術(shù)為原理的共聚焦顯微鏡，是用于對各種精密器件及材料表面進(jìn)行微納米級測量的檢測儀器。

材料科學(xué)的目標(biāo)是研究材料表面結(jié)構(gòu)對于其表面特性的影響。因此，高分辨率分析表面形貌對確定表面粗糙度、反光特性、摩擦學(xué)性能及表面質(zhì)量等相關(guān)參數(shù)具有重要意義。共焦技術(shù)能夠測量各種表面反射特性的材料并獲得有效的測量數(shù)據(jù)。

VT6000共聚焦顯微鏡基于共聚焦顯微技術(shù)，結(jié)合精密Z向掃描模塊、3D 建模算法等，可以對器件表面進(jìn)行非接觸式掃描并建立表面3D圖像，實現(xiàn)器件表面形貌3D測量。在材料生產(chǎn)檢測領(lǐng)域中能對各種產(chǎn)品、部件和材料表面的面形輪廓、表面缺陷、磨損情況、腐蝕情況、平面度、粗糙度、波紋度、孔隙間隙、臺階高度、彎曲變形情況、加工情況等表面形貌特征進(jìn)行測量和分析。

應(yīng)用

1.MEMS

微米和亞微米級部件的尺寸測量，各種工藝（顯影，刻蝕，金屬化，CVD， PVD，CMP等）后表面形貌觀察，缺陷分析。

2.精密機(jī)械部件，電子器件

微米和亞微米級部件的尺寸測量，各種表面處理工藝，焊接工藝后的表面形 貌觀察，缺陷分析，顆粒分析。

3.半導(dǎo)體/ LCD

各種工藝（顯影，刻蝕，金屬化，CVD，PVD，CMP等）后表面形貌觀察， 缺陷分析 非接觸型的線寬，臺階深度等測量。

4.摩擦學(xué)，腐蝕等表面工程

磨痕的體積測量，粗糙度測量，表面形貌，腐蝕以及亞微米表面工程后的表面形貌。