成果创新点 研制了基于机器视觉的光学测量系统，实现了对微观 粒子的三维追踪，该系统具有测量精度高、速度快的特点。 核心解决问题： 全息光镊光学系统：可以实现对生物粒子、纳米材料 的实时三维操纵。还加入特殊功能光阱如拉盖尔高斯光束、 贝塞尔光束。基于机器视觉的光学测量系统用于对被全息 光镊捕获的粒子的三维成像和三维位移跟踪测量。 核心优势： 将全息光镊光学系统与基于机器视觉的光

研制了基于机器视觉的光学测量系统，实现了对微观粒子的三维追踪，该系统具有测量精度高、速度快的特点。 核心解决问题： 全息光镊光学系统：可以实现对生物粒子、纳米材料的实时三维操纵。还加入特殊功能光阱如拉盖尔高斯光束、贝塞尔光束。基于机器视觉的光学测量系统用于对被全息光镊捕获的粒子的三维成像和三维位移跟踪测量。 核心优势： 将全息光镊光学系统与基于机器视觉的光学测量系统集成在一起，在进行光学捕获操纵粒子的同时，可以追踪粒子，获取粒子三维位移信息。

原理介绍： 光在与微粒的相互作用中，会将自身携带的动量传递给微粒，对微粒施加力的作用。在光镊中，处在激光中的粒子所受的力有两种：一部分是电磁场分布不均匀导致的梯度力，梯度力将微粒吸引向光阱的中心；一部分是光子与粒子相互作用导致的散射。针对不同大小的粒子，大致可以分为三类： 一、微粒的尺度远大于激光波长，可以采用几何光学近似模型，光线在微粒经过折射反射，将动量传递至微粒上； 二、微粒尺度跟激光波长相近，这种情况下可以通过电磁场麦克斯韦方程组求解； 三、微粒尺度远小于激光波长，微粒在光场中被激发为偶极子，受到偶极子与强聚焦光场的相互作用力； 相关内容： 动手调节光路，利用光镊捕捉并操控小球； 基于空间光调制器的光镊系统，通过研究不同算法从而得到加载在空间光调制器上的全息图、更加深入地研究特殊模式光束在光学微操纵中的应用、拓展光镊与其他学科交叉的应用前景以及对光场偏振态、相位、振幅的联合调制等等。 应用领域： 作为非侵入型的力学操控系统，光镊可以应用于细胞生物学、气溶胶科学、物理化学等交叉学科的基础研究，包括细胞微环境的改变、形变拉伸、微粒力学参数的测量等等。将全息光镊与图像识别结合，可以做到自动捕获粒子和分拣， 将全息光镊与光学显微镜相结合，可以量化细胞、分子的动力学特性，在细胞生物学中有巨大的研究空间； 方案介绍： 光路图：   上图为本方案全息光镊装置的光路示意图。首先激光经过扩束后，直径与空间光调制器有效区域的短边直径相等，扩束后的激光依次通过线偏振片、半波片和非偏振分光棱镜。用半波片旋转线偏光角度，使之工作在相位模式下，空间光调制器的入射角控制在在 5°以内。 经过空间光调制器反射的光经过由两个傅里叶透镜组成的缩束系统，该系统能改变光斑尺寸确保光束直径与显微物镜的入瞳直径匹配。对于外围光强较弱的高斯光束，利用此缩束系统将激光直径稍大于显微物镜入瞳直径。 经过缩束系统的激光经过 45°直角反射镜，二向色镜将激光透射进入显微物镜，同时让照明光源透过，从而使 CMOS 相机采集到样品像。空间光调制器位于第一个傅里叶透镜的焦距处，全息图与物镜入瞳是共轭像面，所以全息图经过显微物镜做傅里叶变换后在显微物镜焦平面即样品面上再现期望的光场分布。   特点： 此方案采用的开普勒式缩束系统透镜间的焦平面与样品面是共轭的，在透镜焦平面加入高通滤波器或在空间光调制器上叠加闪耀光栅后，后续光学元件按照一级像排列，从而移去零级光的影响。 加载全息图后 X-Y 位置可实时调整，快速叠加不同焦距菲涅尔相位图、闪耀光栅相位图等； 空间光调制器可供多种语言调用（labview、C、Python 等）；可编程实现不同数目、不同排列的光阱阵列；   配置标准：   序号 配置 规格 序号 配置 规格 1 激光光源 637nm 激光最大功率1w 4 显微物镜 PLN100× 油浸   NA 1.25 2 空间光调制器 1920*1080   2π 5 照明光源 波长470nm 功率760mw 3 CMOS相机 1280*1024 60FPS 6 相机筒镜 f=200mm 等系列其他配置

气溶胶是大气中固态、半固态与液态颗粒的总称，粒径可从几纳米到数百微米，组成涵盖有机物、无机物、生物分子与生物体等多种组分，且具有扩散性强、折光性好等特点。气溶胶的物理化学性质与动态变化，对气候、空气污染、环境工程、军工制造、生物化学循环与人类生命健康具有重要意义。实现气溶胶物理化学性质与动态变化精细表征是气溶胶领域的前沿课题，要求建立悬浮单气溶胶的高端研究平台。基于气溶胶单颗粒悬浮技术的高端测量平台，深刻认识气溶胶表界面反应机制，准确判断气溶胶相变过程，时时跟踪气溶胶非平衡过程，精准测量有机气溶胶的饱和蒸气压，实现气溶胶理化性质广泛而准确的计量，构建气溶胶理化性质的标准测量方法，搭建自主化测量平台，是国家高端仪器研发与国产化亟待解决的前沿课题。 当前气溶胶的表征方法均处于单打独斗的测量状态，无法对单气溶胶进行多性质、多维度、长时间的观测，存在较大局限。2018年荣获诺贝尔奖的光镊技术，作为最前沿的量子计量技术，可以对悬浮单液滴进行长时间精准测量。通过同时测量液滴受激拉曼信号与模态，实现粒径、折射率的绝对测量，进而得到饱和蒸气压等理化性质。同时测量液滴自发拉曼，还可以观测液滴的化学组成演变。 负责人通过在光镊技术近十几年的实践与应用，实现了高精度测量，粒径误差小于1nm，折射率误差小于0.0002，并且能够以天为单位，长时间稳定测量。本项目的目标是基于光镊技术的成长与积淀，建立气溶胶理化性质的标准测量装置与测量方法，优化当前原理样机的光学与工程设计，提升装置的稳定性，实现气溶胶光镊悬浮单颗粒测量技术的工程化与商业化。此外，作为拓展性目标，通过测试，采用国产元器件，推进高端仪器的国产化。 光镊测量装置具有广阔的市场前景。不仅为研究气溶胶的理化性质和环境影响提供了新手段，也可以为发动机研发，生物化学战剂效果提供新启示，还可用于检测和分析环境、药物、食品等液体样品中的微粒物质，为相关行业提供质量控制提供新标准。根据国际权威机构的预测，全球气溶胶监测市场年均增长率为8.2%。该方法具有明显的技术优势和应用潜力，可满足不同领域对气溶胶监测的需求。 本成果已在国内外多个知名期刊发表论文，并已开展相关专利布局，基于拉曼与细颗粒物测量已拥有国家专利2项。另有3项国家专利的申请正在准备中。本成果的升级与完善已得到国家自然基金委国家重大科研仪器研制项目资助，并已与多个科研机构和企业建立合作关系，取得了良好的效果和反馈。

本发明提出一种消不良光的全息变焦系统。该系统包括激光器、滤波器I、准直透镜、LCOS、固体透镜、滤波器II、液体透镜、接收屏。其中滤波器I、准直透镜用于将激光器发出的激光扩束形成准直平面光，固体透镜位于LCOS的后面，滤波器II位于固体透镜的焦平面位置，液体透镜位于接收屏和滤波器II之间。该系统不仅可以消除全息系统中的不良光，而且可以实现变焦的功能。

光伏发电实训装置HL-SNY03太阳能光伏并网发电教学实验台  一、系统实训应用范围：  主要提供于职高、大学、研究生、企业技工以太阳能发电为主课题的研究和培训。  二、技术参数  2.1、太阳能电池板  太阳能电池板采用阵列组装形式，主要采用4块（或更多）小型太阳能电池板组建，可实现太阳能电池板的并接方式和串接方式，进而提供大电流或大电压的两种太阳能电池板组网方式。  最大输出功率：100W*4块  开路电压：35V（并联）  短路电流：4*3.25A（并联）  2.2、照度计  量程：0-225Lx、200-2250Lx、2000-22500Lx和20K-225KLx（225000Lx）自动切换量程。  2.3、环境监测模块技术指标  含有照度计、温度表、湿度表，单片机时钟系统，实现时间的显示  2.4、17寸工控一体机，带触摸功能  CPU:Intel1037U1.8GHz22nm双核处理器TDP17W超低功耗处理器  主板:IntelM11工控固态节能主板  内存:1GDDR31333超高速内存,支持1333/1066MHz内存,最大可支持8GB。  硬盘:24GSSD固态硬盘  显卡:集成IntelHDGraphics核心显卡,提供VGA、LVDS、双HDMI显示输出,LVDS支持双通道24bit,支持单独显示、双显复制、双显扩展。  声卡:集成ALC6626声道高保真音频控制器  网卡:集成1个RTL千兆网卡,支持网络唤醒、PXE功能。  电源:外置电源（100V至220V宽幅电压，全球通用）  显示屏:13寸LED工控屏分辨率：1024*600  触摸屏:台湾军工Touchkit4线触摸屏，透光率高；性能稳定，触摸灵敏  整机接口:4*USB2.0接口,其中两个可支持USB3.0(需定制)，  1*HDMI接口:1*VGA接口,1*RJ-45网络接口,1*Lineout（绿色）,1*Mic（红色)  2*COM串口,1*12VDC_JACK输入接口  系统状态：  太阳能控制器（带报警功能）：  输入电压、电流、功率的数据显示及动态曲线显示  输出电压、电流、功率的数据显示及动态曲线显示  蓄电池：电压数据显示及动态曲线显示  2.5并网逆变器：  并网逆变器具有DC－DC和DC－AC两级能量变换的结构。DC－DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点；DC－AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。  系统面板设有用来测量DC、AC相关参数的多个测试端口，可测量DC-DC电压电流变化和DC-AC逆变过程中的电压电流及曲线变化和波形对比。  6级功率搜索功能  在自动调整的过程中，会看到LOW灯不停的闪烁，功率会由0作为起点，向最大功率点加大输出功率，重启最多为6次，然后进入功率锁定状态，锁定时ST灯长亮。  在进行6级功率搜索程序时，所需的时间为10分钟。  直接连接到太阳能电池板（不需要连接电池）  AC标准电压范围：90V～140V/180V～260VAC  AC频率范围：55Hz～63Hz/45Hz～53Hz  并网输出功率：300W  输出电流总谐波失真：THDIAC<5%  相位差：<1%  孤岛效应保护：VAC;fAC  输出短路保护：限流  显示方式：LED  待机功耗：<2W  夜间功耗：<1W  环境温度范围：-25℃～60℃  环境湿度：0～99%(IndoorTypeDesign)  高性能自动功率点追踪（MPPT）  强大的MPPT算法，以优化来自太阳能电池板的功率收集，可精确地捕捉及锁定最大输出功率点，使发电量大幅提高到大于25%以上。  MPPT追踪图  电力输出:（逆向电力传输）  高效的电力逆向传输技术，专利技术之一，逆变器在并网输出模式时电力以反方向电力传输，自动检测电路中的负载并优先进行使用，用不完的电力才向电网逆方向传输供应到其他地方使用，电力传输率可达99.9%。在光伏发电应用系统中使输出效率更高。  三、教学及研究实训项目  2、1、光伏能量变换实验  实验1、光伏阵列单元组成原理。  实验2、太阳能光电池能量转换组合原理。  实验3、阵列电子最大功率跟踪器原理。  实验4、阵列汇流与防雷接地原理。  实验5、阵列结构件、防腐安装原理。  实验6、最大功率跟踪器与光伏转换提效实验。  实验7、在不同天气和日照强度下光波对光伏转换效率的影响实验。  实验8、在不同季节太阳运轨变换下对光伏能量转换的影响实验。  实验9、在不同季节环境温度变换下对光伏能量转换的影响实验。  实验10、阵列低、中、高通过开关组合后能量变换实验。  实验11、光感仪和风速传感仪各自作用实效实验。  2、2、同步逆变电源实验  实验1、逆变电源单元组成原理。  实验2、逆变电源MPPT的最大功率跟踪控制方法的实验。  实验3、逆变电源输出功率与光伏能量变换的实验。  实验4、MPPT与电子跟踪器有效结合和分离控制方面的比较实验。  实验5、晴天，多云，阴雨天情况下逆变电源输出交流电的波形、谐波含有率、功率因素的比较实验。  实验6、逆变器并入的电网供电中断，逆变器应在2s内停止向电网供电，同时发出警示信号的防孤岛效应保护试验。  实验7、逆变电源直流输入欠电压控制实验。  实验8、输入电压为额定值，负荷满载时距离设备水平位置1m处，的噪声测试实验。  2、3、光伏并网发电系统软件实验  实验1、在上位软件里查看单站监控项目：  ◆直流电压VDC、直流电流A、输入功率KW  ◆交流电压VDC、交流电流A、输出功率KW  ◆日发电量KWh、日运行时数hmin、总发电量KWh、总运行时数h、Co2减排量Kg  ◆系统运行状态正常/不正常  ◆系统运行温度正常/不正常  ◆系统监控PC机状态正常/不正常  ◆系统功率测试曲线  实验2、在上位软件里查看单站电量记录项目：  ◆设备编号1号机:  日发电度数、日运行时数hmin、总发电量度数、总运行时数h  实验3、在上位软件里查看单站故障记录项目：  ◆设备编号1号机:  直流过压、直流欠压、直流过流  交流过压、交流欠压、交流过流  系统过载、频率异常、孤岛保护、ADC异常（快速检测并网电压，电流）、IPM故障、过流保护、过温保护、温度异常、DSP异常（数字信号处理器，将模拟信号转为数字信号）