本实用新型公开了一种用于任意位置多点光聚焦及光斑优化的系统。扩束模块布置在激光器出射端的前方，激光器发射出光束经扩束模块平行扩束后入射到空间光调制器，空间光调制器出射端的前方依次置有聚焦透镜，聚焦透镜前方设有散射介质，散射介质位于聚焦透镜的焦平面上；激光器发射出光束依次经第一光束准直扩束模块透镜Ⅰ、第一光束准直扩束模块透镜Ⅱ平行扩束后入射到空间光调制器，空间光调制器反射光经聚焦透镜聚焦到散射介质内部的焦平面上。本实用新型突破了现有光遗传学光刺激与显微成像方案只能对单一区域进行刺激的局限，使得在大脑内部更大深度下同时进行多区域光刺激和显微成像。

【研究背景】 图1所示高斯光斑、平顶圆光斑和环形光斑作用在材料上的光强与温度场分布示意图，常规高斯光束能量分布不均匀，中心能量强边缘能量弱，使用高斯分布聚焦光斑进行激光焊接时，由于光斑中心部分吸收的激光能量高，材料容易熔化气化蒸发，从而产生飞溅、形成凹陷和空洞等缺陷。平顶光斑作用在材料上时，用于热传导的作用，还是会造成中心与边缘的温度场分布不均匀，焊接熔深呈现月牙分布。控制飞溅、凹陷和空洞等缺陷的关键因素是控制激光束的能量分布，减少中心材料温度和以及焊点中心和边缘的温度差。合理设计的环形光斑，有利于获得相对均匀性的温度场分布和相对均匀的熔深分布，减少飞溅、凹陷和空洞等焊接缺陷，是目前高端激光焊接应用的一个技术发展方向。 图1 不同光斑的光强分布和在材料上的温度场分布 【痛点问题】 现有基于摆动扫描方式和点环形模式可调光纤激光器，在一定程度上解决了激光焊接的飞溅问题，但是存在结构复杂，设备制造成本和维护成本高，而且不太适合高精密或大功率厚板的激光焊接。 【解决方案】 本成果从激光光学聚焦头的设计上，提出了申请专利技术的基于衍射光学元件和折射光学元件的环形光斑或点环产生方法，结构设计灵活方便，可适用于高精密激光焊接、高反射材料加工和高功率厚板激光焊接。 （1）基于衍射光学元件的环形光斑产生方法 为了解决能量分布不均匀以及光束敏感性的问题，本成果通过螺旋相位板产生涡旋光束来获得环形光斑进行焊接。螺旋相位板是一种具有固定折射率的透明板，其一面是平面结构，相对面具有螺旋形状结构，类似于旋转台阶，如图2所示。 图2 螺旋相位板结构 螺旋相位板其厚度随着方位角的变化而变化。高斯分布的激光束从螺旋相位板平面端面入射，光束中心与螺旋相位板中心对齐，出射的光束相位被改变，附加一个螺旋相位因子，能量分布变为环形分布，出射的光束变为涡旋光束，其中l为涡旋光束的拓扑荷数，影响涡旋光束能量较低区域的大小。螺旋相位板的台阶高度通常为微米量级，并且初始光束都是通过扩束系统扩束的，基本没有发散，因此，螺旋相位板对光束光强基本没有衰减，而只是改变光束的相位。利用螺旋相位板产生的涡旋光束解决了能量分布均匀性的问题，同时用螺旋相位板产生的涡旋光束的稳定性好，环形的能量分布特点，不容易受到外界其他因素影响，可以较为稳定地保持光斑均匀性。本成果具体产生涡旋光束的光路图如图3所示。表1给出了不同拓扑数涡旋光束的光场分布。 图3 产生涡旋光束的光路图 表1 不同拓扑数涡旋光束的光场分布 本成果设计加工了产生涡旋光束的衍射光学元件，通过组合获得了不同拓扑数的涡旋光束，图4给出实验生产的涡旋光束，相对其他方法产生的环形光斑，采用涡旋光束方式产生环形光斑的好处是，离开焦面还能保持环状光强分布。除了在激光增材制造有用外，这种光束未来在切割、焊接、打孔等方式都有应用，可以获得更好的温度场分布和更好的激光加工效果。 图4 实验生产的涡旋光束 （2）基于折射光学元件的环形光斑或点环光斑产生方法 图5为基于折射光学元件的环形光斑的产生方法，包括透射式的和全反射式的结构，后面根据不同的焊接温度场分布设计不同组合的环形光斑。 （a）三镜方案 （b）两镜方案 （c）单镜方案 图5 基于折射光学元件的环形光斑的产生方法

研究了中心控制和优化软件。结合用户的需求和比较现有软件，开发了灯组定义、相位定义、相位序列定义、相位配时模块。信号机直接以以太网连网，通讯模块负责接收信号机的各项参数，并发送指定的相应数据。进行了配时优化研究。在优化时采用固定周期的方法，相位的绿信比作为优化变量进行优化。

本发明公开了一种能够帮助船舶驾驶员核算船舶浮态、稳性和强度，优化船舶航行纵倾，实时模拟船舶装载过程的船舶专业装载计算系统，即船舶装载仪。本发明包括船舶性能数据的计算，船舶性能校核，船舶纵倾优化和船舶装载过程实时模拟四个子计算系统。通过选择不同的子计算系统及其它们之间的相互配合，输入相应的船舶参数，可以得到船舶安全、经济航行的基本数据条件。本发明还提供了利用上述软件进行船舶浮态调整，稳性和强度核算、纵倾优化和实时模拟船舶装载过程的方法。本发明能够确保船舶装载和航行安全，简化船舶装载作业和节约能源，从而

随着信息技术的发展，平板电脑已经得到了普及，但是平板电脑的性能尤其是触摸屏幕的性能仍待改 进。新装置：具有自主知识产权的光点追踪智能板

本实用新型公开了一种聚焦光斑快速收敛的光束整形调制片。所述光束整形调制片为滤光片，其光强透过率分布中心对称，其径向的每一处光强透过率采用振幅调制函数计算获得，将调制片放置在光路中对光束进行滤波整形获得快速收敛的聚焦光斑。本实用新型利用振幅调制片以较小的成本和技术难度改变聚焦光斑的收敛性质，降低衍射光斑的旁斑强度，在生物成像，激光光学等诸多领域有着巨大的应用价值和潜力。

火电厂烟气脱硫系统是典型的多变量、非线性和大迟延被控对象。本系统综合利用基于小波分析的动态数据校正技术、基于扩增状态空间模型的多变量约束区间预测控制技术和不可测扰动补偿技术，通过控制氧化风机转速、循环泵转速和吸收剂流量，确保脱硫塔出口SO2浓度满足排放限值，同时把浆液pH控制在最优的范围内。 现场应用结果表明，该系统可以在确保SO2达标排放的同时降低运行成本，使吸收剂耗量减少10%左右。

成果与项目的背景及主要用途： 本成果可以帮助企业降低生产成本，提高经济效益和市场竞争能力。其技术 途径是通过系统优化，降低企业的用能及原材料消耗，进而降低成本。可以起到 节能、减排、增效、降耗的综合效果。 本成果以化工原理、化工热力学、化工系统工程的原理和方法为基础，以计 算机模拟、过程集成为技术手段，着眼于整个系统的优化，可以显著降低企业的 能量消耗和物料消耗，降低生产成本。其特点是使用成熟设备的优化组合及优化 操作，通过加工过程的合理化及能量发生、利用、回收、输送的合理化达到节能、 降耗、增效、减排的目的，技术成熟可靠。 大多数节能工作着眼于局部。例如，低温热回收只着眼于低温热怎样回收， 本成果则通过系统优化设法将低温热降到最低，然后再考虑其回收；根据能量守 恒定律，低温热的降低，必然带来外部能量供应的降低，因而，可以显著降低外 部能来能量消耗，同时，将低温热回收系统的负荷降到最低。再如，精馏系统的 20天津大学科技成果选编 21 能量优化，单纯考虑精馏塔系统节能是一个局部优化，但是，从整个装置的角度 考虑精馏塔系统的能量优化则是一个整体优化，整体优化的节能效果会更显著。 随着过程系统工程和热力学分析两大理论的发展及其相互结合与渗透，产生 了过程系统节能的理论和方法，把节能工作推上了一个新的高度。 主要包括： 1. 化工装置潜力分析与瓶颈诊断 2. 工艺系统优化 3. 化工能量系统分析与集成优化 4 Total Site 能量系统优化 该技术成果适用于各类过程工业过程，包括石油化工、煤化工、精细化工、 食品化工、制药过程、钢铁、电力等，技术成熟可靠，没有风险，投资回收期可 控制在 1 年以内，也可根据工厂要求控制在 3 年以内。 技术原理与工艺流程简介： （1） 化工装置潜力分析与瓶颈诊断 采用数学及计算机技术对现场采集的数据进行分析，修正模型参数，建立与 现场操作数据基本吻合的机理模型，寻求对工艺及设备的深刻理解，诊断系统及 设备的潜力和瓶颈。 通过计算机模拟与标定计算，诊断装置与设备的潜力及存在的瓶颈因素，通 过少量的改造或操作优化，实现装置扩产或节能。 （2） 工艺系统优化 反应系统：采用夹点技术，有效利用反应热。对于吸热反应，则实现有效供 热。 精馏系统：优化精馏塔序列及回流比、采出量，采用夹点技术实现精馏塔内 部及外部能量系统的集成优化，以及多效精馏、热泵精馏、隔壁精馏等技术的优 化运用。 换热网络优化：通过夹点技术分析节能潜力，优化换热网络。对冷系统和热 系统采用。 设备强化：采用计算机模拟技术优化工艺操作及设备选型，通过选用高效分天津大学科技成果选编 离、换热、蒸汽回收装置实现设备强化。设备强化同时带来最小换热温差的变化， 进而，通过夹点技术，实现设备强化后的反应系统、精馏系统及换热网络的再优 化。部分装置的优化效果可达 40%以上。本技术若用于工艺包效果会更好。 （3） 化工能量系统分析与集成优化 含换热网络优化和蒸汽动力系统优化二项内容。通过夹点分析和换热网络优 化技术，实现对用热及用冷过程的优化，对新过程，一般可节能 2040%，对已 有过程，一般可节能 1030%。蒸汽动力系统优化含锅炉系统，蒸汽储能，热电 联产，燃料系统等的优化，节能效果在 1030%范围。 （4） Total Site 能量系统优化 以夹点技术为核心，从各装置的工艺优化入手，首先实现能量需求侧的优化， 然后对各装置进行夹点分析和换热网络优化，使能量回收达到最优，然后考虑各 装置之间的能量优化，最后是公用工程系统的能量优化。最终，做到全系统的能 量优化。Total Site 能量系统优化是工厂能量优化的最佳解决方案，可显著提高 系统能效。 技术水平及专利与获奖情况： 该技术具有近 30 年的研究历史，数千套装置的工业实践，是美国国家能源 署首推的过程工业节能减排先进技术。 本项目组自 2008 年与英国曼彻斯特大学过程集成中心（CPI）展开合作，在 近 20 年过程模拟优化研究基础上，消化吸收 CPI 的过程集成技术，经过 10 余个 工厂，近 30 套不同工业装置（涉及石油化工、煤化工、精细化工、食品工业、 制药工业、电力等过程）的工业实践，积累了丰富经验。 优化过的典型工业过程有： 20 万吨/年二甲醚装置优化 60 万吨/年煤制甲醇过程优化 10 万吨/年水玻璃生产过程优化 10 万吨/年白炭黑生产过程优化 2 万吨/年大豆制油过程优化 2 万吨/年大豆蛋白生产过程优化 22天津大学科技成果选编 120 万方/天天然气处理过程优化 150 万吨/年常减压装置优化 20 万吨/年催化裂化装置优化 4 万吨/年气分及 MTBE 装置优化 2 万吨/年 HFC125 装置优化 应用前景分析及效益预测： 系统优化的目标是降低能耗和企业的生产成本，同时，带来节能减排的社会 效益。 节能减排势在必行，系统优化是帮助企业提高技术水平，实现节能减排的有 效技术途径。 应用领域：石油化工、煤化工、精细化工、食品、制药、电力等行业 合作方式及条件：面议

成果介绍火电厂烟气脱硫系统是典型的多变量、非线性和大迟延被控对象。本系统综合利用基于小波分析的动态数据校正技术、基于扩增状态空间模型的多变量约束区间预测控制技术和不可测扰动补偿技术，通过控制氧化风机转速、循环泵转速和吸收剂流量，确保脱硫塔出口SO2浓度满足排放限值，同时把浆液pH控制在最优的范围内。技术创新点及参数现场应用结果表明，该系统可以在确保SO2达标排放的同时降低运行成本，使吸收剂耗量减少10[[[[%]]]]左右。

广泛应用于汽车等行业中的高速重载螺旋锥齿轮，由于其设计、制造与检测技术特别复杂，国内外对其动态性能的研究还不够充分。由于螺旋锥齿轮齿形复杂，经热处理与研磨后，齿面误差很大（达几十微米），是影响振动噪音的一个重要因素。本研究项目重点考虑到齿面形状与制造误差、以及齿面弹性变形等的影响，把齿面加载接触分析与周向振动模型结合起来，研究由轮齿的时变啮合刚度、轴系类刚度、齿面制造误差、安装误差而引起的齿轮内部激振机制，进而归纳为能预报齿轮振动大小的振动激振力的指标值。在设计阶段，可以应用本研究成果，为设计出低振动噪音的最佳齿面（最佳机床设定参数）提供理论基础。在制造过程中，能够对其振动激振力进行及时智能预报，并利用齿面测量仪对齿面精度进行控制，可以制造出低振动噪音的螺旋锥齿轮。 该成果功能： 可以进行理论齿面与有误差齿面的TCA与LTCA、齿面闪温分布、齿面接触线载荷分布、齿面接触应力分布、任一接触瞬时的齿根弯曲应力分布、振动激振力大小指标值。 适合于成形法、螺旋成形法与展成法加工的锥齿轮,也适合于渐开线齿轮。   该成果已经应用于日本与国内多家螺旋锥齿轮公司、渐开线齿轮公司与齿面测量仪公司。