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跨尺度微纳表面结构高精度测量关键技术及系统
本成果创新性发明了白光干涉原子力探针扫描跨尺度微纳表面结构高精度测量技术及系统。
本项目依托华中科技大学仪器学科在表面形貌与结构精密测量领域的传统特色优势和长期积累的科研基础，在国家重大科学仪器设备开发专项、国家自然科学基金仪器研制专项、国家863重点项目课题、国家自然科学基金面上项目等支持下，针对相关制造领域微米尺度、纳米尺度、跨尺度微纳表面结构精密测量问题开展了系列研究。本成果技术主要包括以下方面：
1）提出了白光干涉原子力探针扫描跨尺度微纳表面结构测量原理和方法，共光路融合白光显微干涉与原子力探针传感，突破跨尺度微纳传感瓶颈，解决大动态范围微纳结构测量难题，实现nm-μm-mm跨尺度微纳表面结构高效测量；
2）提出了白光干涉原子力探针扫描跨尺度测量的可溯源标定和坐标统一方法，突破了白光干涉与原子力探针跨尺度微纳传感的坐标统一瓶颈和漂移难题，实现了微纳表面结构跨尺度测量的可溯源和稳定高精度；
3）提出了白光干涉质量评价模型和三维图像噪声区域辨识与重建方法，及二维扫描工作台平面度误差阿贝补偿与二维运动同步计量方法，解决噪声问题与宏微驱动二维工作台运动误差对测量精度的影响问题，为跨尺度微纳表面结构高精度测量提供支撑。
图1 微纳结构多模式跨尺度测量仪器实物图
图2 白光干涉原子力探针扫描跨尺度微纳表面结构测量原理示意图
【技术优势】
本成果项目研制了具有我国自主知识产权的白光干涉原子力探针扫描测量仪等系列微纳表面结构测量仪器，并通过了国家计量院组织的仪器性能和软件的检定测试，纳米尺度原子力垂直测量范围超出国际商用仪器10倍以上，水平动态范围达国际领先水平。
【技术指标】
本成果项目提出了白光干涉原子力探针扫描跨尺度微纳表面结构测量原理和方法，建立跨尺度传感方法，实现nm-μm-mm跨尺度微纳表面结构高效测量。同时，发明的白光干涉原子力探针扫描测量方法与现有商用原子力显微镜相比，垂直测量范围提高10倍，分辨率优于0.01nm。
华中科技大学
2023-05-15
变频调速系统中的电力电子变换器低成本容错技术
本技术针对冗余容错技术体积、重量、成本高的缺点，提出了一系列低成本容错技术，当功率器件发生故障时，通过熔断器将故障桥臂隔离，同时切换到匹配的容错模式，实现电力电子变换器的有效容错。
一、项目分类
关键核心技术突破
二、成果简介
变频调速系统作为主要的电能动力设备，是工业生产、交通运输、新能源、国防装备等领域的关键设备之一。其中，电力电子变换器是电池、电网等能量源与驱动电机之间必不可少的能量传输纽带，是变频调速系统最核心的组成部件。
痛点问题：电力电子变换器中使用了大量的功率器件，承担了稳定电压、控制电流开通和关断等影响系统性能和功能的关键作用，这些功率器件由于电压、电流、机械安装等应力和高温、潮湿等外部环境作用下，本身易损坏易老化，其安全隐患极易引起整个系统崩溃，造成严重后果。
本技术针对冗余容错技术体积、重量、成本高的缺点，提出了一系列低成本容错技术，当功率器件发生故障时，通过熔断器将故障桥臂隔离，同时切换到匹配的容错模式，实现电力电子变换器的有效容错。
华中科技大学
2022-07-26
基于分布式光纤传感技术的管道完整性测试系统
一、项目分类
关键核心技术突破
二、成果简介
管道运输由于内部腐蚀、外部环境、管材和施工等原因，易发生管道失效甚至引发爆炸事故，严重威胁国家经济和人民财产安全。现有管道安全检测技术主要是针对已铺设管道加装传感器定期巡检排查，无法做到管道在线自检且实施成本极高。因此，亟需构建一套管道安全完整性监测终端系统，实时在线监测管道运营状态，实现全天候、分布式、高灵敏度、长距离的油气管道健康监测。
本技术研发的光纤分布式声波传感系统（DAS）可以连续记录长距离光纤沿线的声波信号，是一款世界领先的分布式声波传感系统。由于瑞利散射效应，入射进传感光纤中的部分背向散射光会沿原传播路径返回，当光纤沿线周围环境发生微小变化时，散射光的特征也会受到调制。通过记录时间域散射光信号的变化，可实现对光纤沿线声波信号的测量。本系统基于高精度的相干解调算法，将分布式声波传感系统的探测能力优化至皮应变级，响应带宽涵盖次声到超声，可应用管道安全和周界安防等领域。与传统管道监测技术相比，具有全天候、低成本、多参量、高响应、长距离在线管道监测等突出先进性。
华中科技大学
2022-07-26
锂电池储能系统消防安全关键技术与装备
一、项目分类
关键核心技术突破
二、成果简介
储能能够为电网运行提供调峰、调频、备用、需求响应支撑等多种服务，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段。加快储能技术与产业发展，对于构建以新能源为主体的新型电力系统，实现碳达峰碳中和具有重要意义。据预测，到2050年，我国锂电池储能将达到400吉瓦，年均增长26%。然而，锂离子电池固有的安全性问题使其大规模应用遇到了瓶颈。2019年美国亚利桑那州一起锂电池储能系统火灾，今年4月我国某储能电站爆炸，韩国近年来30座电池储能电站发生火灾，均造成重大人员伤亡和经济损失。因此，储能系统的消防安全问题已成为制约锂离子电池储能大规模推广的关键瓶颈。
现有技术的痛点问题是：1、锂离子电池火灾机理有差异；2、锂离子电池灭火剂适用性不强；3、现有灭火剂不具备高效降温能力；4、实时健康状态监测技术缺乏；5、预警技术作用重视不够；6、技术规范建设严重滞后。
华中科技大学
2022-07-26
基于分布式光纤传感技术的管道完整性监测系统
管道运输由于内部腐蚀、外部环境、管材和施工等原因，易发生管道失效甚至引发爆炸事故，严重威胁国家经济和人民财产安全。现有管道安全检测技术主要是针对已铺设管道加装传感器定期巡检排查，无法做到管道在线自检且实施成本极高。因此，亟需构建一套管道安全完整性监测终端系统，实时在线监测管道运营状态，实现全天候、分布式、高灵敏度、长距离的油气管道健康监测。
本技术研发的光纤分布式声波传感系统（DAS）可以连续记录长距离光纤沿线的声波信号，是一款世界领先的分布式声波传感系统。由于瑞利散射效应，入射进传感光纤中的部分背向散射光会沿原传播路径返回，当光纤沿线周围环境发生微小变化时，散射光的特征也会受到调制。通过记录时间域散射光信号的变化，可实现对光纤沿线声波信号的测量。本系统基于高精度相干解调算法，将分布式声波传感系统的探测能力优化至皮应变级，响应带宽涵盖次声到超声，可应用管道安全和周界安防等领域。与传统管道监测技术相比，具有全天候、低成本、多参量、高响应、长距离在线管道监测等突出先进性。
华中科技大学
2021-09-28
陆用惯性导航系统自动标定、运动对准及自主定位技术
本技术涉及一种轮式车辆惯导系统的自动标定、运动对准即自主定位方法，即如何在不借助参考路标点和其他外部传感器如GPS的条件下，实现实际路况下的惯导系统与车体间安装关系和里程计标度因数的自动标定，以及车辆行驶中的惯导系统运动对准与自主定位，抑制环境因素对里程计辅助效果的影响，提升陆用车辆导航系统的自主性、快速性、可维护性、环境适应性和精度指标。 惯性/里程计组合导航系统通常采用两种组合方式：航迹推算方式和反馈组合方式。航迹推算方式是一种简单的次优组合，它以惯性导航系统提供姿态基准，以里程计提供行程增量并在参考坐标系中投影累加得到当前位置；反馈组合方式则将里程计输出作为惯导系统的独立外部观测，反馈校正惯导系统的导航参数误差以及部分惯性器件误差，同时利用惯导系统的短期稳定性修正里程计标度因数误差。下表给出了两种组合方式的优缺点对比。反馈组合方式具有航迹推算方式所不具有的很多潜在优势，如在信息空间配准的前提下，反馈组合方式能够抑制环境因素对惯性器件精度和里程计精度的影响，如不依赖外部路标点实现惯性器件误差和里程计标度因数误差的自我修正，并缓解车轮的短时打滑问题等。
上海交通大学
2021-04-13
分布式计算机系统的预测性监控技术
针对大规模分布式计算系统例如云计算系统、数据中心等的运维需求，研发了针对大规模计算系统的预测性监控技术。并开发了一个可扩展的监控系统。该系统的特点为：1）基于语义事件表达监控信息，开发了复杂事件处理器，可以支持用户定义针对复杂模式的事件探测组件，从而使系统能够对自动探测复杂的状态变化；2）基于发布订阅模式的事件传输网络，使得监控系统可以规模扩展，因而适应了大规模计算系统的监控需求；3）开发了多种性能预测算法和异常探测算法，实现了对计算机和应用性能的长期预测。 本项目的成果已经应用到多个企业的系统监控上。项目的成果也发表在INFOCOM、IFIP Networking，IEEE Transaction on Parallel and Distributed Systems, Journal of Systems and Software, Software: Practice and Experience等著名会议和期刊上。项目成果已经申请了10项专利。
上海交通大学
2021-04-13
基于物联网技术的泥浆运输船监管系统研究
项目是针对特殊品(危险品)运输船运输过程的智能化监管于 2012 年 11 月27 日由江苏省交通厅立项开展研究，2014 年 7 月完成了一套泥浆运输船监管系统“示范工程”建设，实现了泥浆（特殊品）水上运输智能化识别和管理，2015年 11 月 16 日通过江苏省交通运输厅成果鉴定。项目在国内首次系统地提出并建立了实用性和可操作性较强的基于物联网技术的运河特殊品(危险品)运输船运输过程监管，采用二层结构，由前端（码头和运输船）信息采集系统和后台信息处理系统二部分组成，综合运用涉及信息采集、传输、处理和反馈控制的多种物联网技术进行系统设计。前端系统基于 RFID身份识别、Zigbee 无线传感网及航行轨迹跟踪、GPS 定位、视频监控和抓拍、GPRS 无线通信技术，以及 RS485、MODBUS 工业总线技术实现多模融合信息自动采集和无线传输；后台系统建立以实时监测及身份识别等为主要基础数据的装、运、卸三阶段数据分析模型，实现基于多模信息融合和多模显示技术的可控制和可管理的数据处理和监管平台。本项目研究成果可广泛应用于各类运输船运输过程的智能化监管。
江南大学
2021-04-13
自动控制原理及计算机控制技术教学实验系统
采用独立一体化模式，将各种控制实验专用测量仪器集成在实验箱中，一个实验箱就能支持自动控制原理的全部实验，测量分析手段全面升级，全新信号源，升级控制计算机及其接口电路，更加符合现代主流系统应用的需求。
西安唐都科教仪器开发有限责任公司
2021-02-01
OBC（充电机）+DC-DC二合一集成车载电源
普及电动汽车已成为国家实现节能减排的重要战略举措，而充电技术正是实现电动汽车普及的关键支撑技术。车载电源包括车载充电机(OBC)和DC-DC两个部分。OBC由两级构成，前级将电网交流电高效、高功率因数地转换为360V直流电，后级负责为动力电池组高效充电，完成200V~450V电压调节和电气隔离功能。DC-DC负责将动力电池组高电压高效地转换为14V直流电，为蓄电池充电，同时实现电气隔离。目前，市面上乘用车和大巴车两大类电动车，其动力电池母线电压范围分别为200-450V和450-800V。考虑DC-DC通用性，要求DC-DC在200V-800V的宽输入电压范围下为蓄电池充电，从而覆盖乘用车和大巴车两种车型的充电，实现一机多用。DC-DC的宽输入电压高变比也是本项目的特色所在。车载充电机和DC-DC的集成，具有优化束走向、易于整车布局、优化空间、降低整车重量及优化成本的多方面优势。
厦门大学
2021-04-11