红外吸收光谱技术基于捕获物质的红外“指纹”来获得物质成分和含量信息，其核心是红外光谱器件和高效紧凑红外光学系统,主要的应用之一是针对气体的传感检测,如有毒有害气体、温室效应气体以及呼吸气体成分和浓度的检测等。相比传统的单气体成分的检测,同时检测多种气体是降低检测成本的有效途径;相比针对未知气体采用实验室傅里叶红外光谱仪的检测，可以现场检测的微小型化红外光谱仪具有更实用且成本更低的优势。另外, 越来越多的场景需要探测精度达到ppb 或亚ppm 精度的高精度气体检测,如有毒有害痕量气体、呼吸气体肺癌早期诊断、果蔬存储中具有催熟剂作用的微量乙烯气体释放的检测等。 现有红外气体传感技术中，基于激光光源的气体传感器虽然易于达到ppb级的高精度检测，但是激光传感器成本昂贵，而低成本的基于热光源的红外气体传感器虽然成本较低，但是却存在精度低的问题。 为了解决上述的精度和成本痛点问题，本成果掌握了高功率热红外光源、可级联长光程气体吸收池、多通道红外探测器和可调谐红外探测器以及多通道微弱信号数字锁相放大检测等技术，开发一系列探测精度到100ppb 以下的多通道红外气体传感器和演示模组，以及基于可调滤波器的小型化红外光谱仪，展示了集成多组分气体检测和现场未知气体成分的光谱仪检测能力，具有高精度和低成本优势，以及小体积和低功耗特点。 （１）高功率热红外光源：MEMS 热光源芯片阵列与微光学准直阵列集成，实现低发散角的高功率红外源。为实现高精度探测所需要的长光程气体吸收池提供足够的红外光能量。 （２）可级联长光程气体吸收池：高精度气体检测需要米级长光程池。现有长光程气体池主要有怀特池、Herriott 型、Chernin 型以及环形吸收池，配合低发散角的激光光源。但是这些吸收池结构复杂，装配难度高，成本高。自主提出的可级联气体池结构简单，光学效率高，且中心对称，加工和装配成本低。 （３）多通道红外探测器：不同敏感波长的红外探测单元集成在同一衬底上，构成多通道器件，可共用一个气体池和光源，节省器件，降低了成本，同时节省了体积和功耗。 （４）可调谐滤波器：采用电调FP 腔和单探测器可以动态选择透射波长进行探测。具有在一定波段内连续扫描实现红外光谱仪的功能，也可以随机定位某个特定波长探测，灵活性强。除了用于已知气体成分的浓度检测，还可用于对含有未知气体种类的应用场景进行气体检测。另外，大口径的压电驱动可调滤波器可用于电力开关柜SF6气体泄露、天然气管道气体泄露以及农作物长势和病虫害监测等场合的红外光谱成像检测。 （５）微小型红外光谱仪：红外光谱仪是在一个较宽的红外波段进行扫描以获取物质的光谱信息，借此探知物质的未知成分。传统的红外光谱仪体积大，主要在实验室使用。本技术采用FP 腔可调滤波器具有体积小结构稳定的特点，易于实现现场检测。 图1 四通道滤波聚焦单元、光学/探测器集成结构以及红外光谱探测器 图2  长光程气体池（平均光程>1米） 图3 可调光谱探测器-PZT压电陶瓷驱动FP腔可调滤波器及可调光谱 图4 红外气体传感器模组 【技术优势】 （1）基于表面微纳结构的窄带滤光片/微透镜阵列技术：实现覆盖中波和长波红外的宽波段滤光/聚焦结构，具有低成本制造优势。 （2）多通道红外探测器集成芯片技术：多通道滤波/聚焦阵列结构与红外探测单元阵列集成，实现多波长光谱探测芯片，具有低成本和小体积优势。 （3）可级联长光程池技术：适合热光源的米级光程气体吸收，实现低成本ppb 级红外气体探测。相比高精度的激光气体传感器，具有成本优势。

一、项目进展 创意计划阶段 二、负责人及成员 姓名 学院/所学专业 入学/毕业时间 学号 何腾蛟 石油与天然气工程学院/石油与天然气工程   三、指导教师 姓名 学院/所学专业 职务/职称 研究方向 廖柯熹 石油与天然气工程学院 教授 油气管道完整性 四、项目简介 随着油气管道建设规模不断扩大、服役时间长，管道面临的安全风险也日益严峻。目前，全世界有近500万公里油气管道无法进行内检，而市场上管道无损检测技术只能检测管道宏观缺陷，无法检测微观缺陷，不能量化管道应力集中风险。针对这一市场痛点问题，团队研发出一种新型管道安全状态非接触式磁检测装置——PMSI-Sentinel 2.0 。该装置通过分析远程连续采集到的管道磁场数据，可直接精确定位管道的缺陷位置，并判断缺陷损伤等级，从而评估管道安全状态。该技术以其非接触检测、识别微观缺陷、量化应力集中程度的优势打破了市场垄断，填补了管道应力检测领域的技术空缺，为无法进行内检的管道提供全面的解决方案。 目前，团队与校外公司合作建立校企联合实验室，拥有核心发明专利技术10余项，其中包括美国发明专利2项，PMSI技术已成功在新疆、山东、贵州、云南成功应用，共计检测管道200余公里，直接经济效益约500余万元。

本成果获2012年国家科技进步二等奖。该成果针对牵引供电关键设备特殊的负荷特性和运行环境，深入研究其绝缘破坏机理及表征方法，研制了离线和在线相结合的综合检测系统，开发了检测信息相融合的故障诊断与数据管理平台。可实现牵引变压器、GIS、断路器、避雷器、互感器、电缆、套管等关键设备的状态监测，整体水平达到国内领先水平，部分成果达到国际先进水平。该成果已在我国高速及重载铁路进行规模化示范应用，具有完全的知识产权，具有广阔的应用前景。

本成果来自省部级科技计划项目，现已结题，知识产权归属西南交通大学。将接触网检测装置应用于作业车上，实现接触网几何参数及弓网动态作用参数实时在线检测。适用于供电段及网工区接触网施工作业后的动态复核及综合评价，作业速度不大于120km/h。主要检测参数覆盖接触线高度、接触线拉出值、双支接触线横向距离、双支接触线高差、导线坡度、跨距高差、弓网冲击、弓网接触压力和车体振动等。

本项目的创新点主要是采用环形镜解调和GSM数字移动网传输信号的技术。具有响应速度快、调谐范围宽、可实时检测、使用寿命长、抗电磁干扰能力强等优点，有重要实用意义。 光纤光栅传感器阵列的每一个光栅反射率大于90%，线宽小于0.4nm，各光栅中心波长间隔大于1nm。 研制出宽带光源等实验装置，宽带光源输出功率大于1mw，带宽30nm；已成功应用于光纤光栅传感器阵列检测实验。 研制出宽带光源、高双折射光纤环镜滤波边缘滤波解调系统的实验样机。 研制出快

本项目运用免疫学方法和原理，结合最新的纳米科学技术，研制和开发食品 安全检测新技术和新产品。目前已成功开发针对拟除虫菊酯类、三聚氰胺、黄曲 霉毒素、赭曲霉毒素、莱克多巴胺、双酚 A、邻苯二甲酸酯类、重金属铅、重金 属镉、罗丹明 B、赤藓红、碱性橙、磺胺类、牛奶过敏原、花生过敏原、金黄色 葡萄球菌、大肠杆菌 O.157 等多种抗原抗体、ELISA 免疫检测试剂盒、胶体金快 速检测试纸条、免疫亲和柱以及基于碳纳米管材料的新型超灵敏检测传感器。

1 成果简介具有药用功效的中药类植物资源开发利用具有广阔的市场背景，也是人类回归自然、重整生态的大趋势。围绕农民脱贫致富、食品安全、绿色农业与循环经济产业链的构建，我们将粉体加工技术引入医药、食品和农业领域的生物质原料加工处理。以超微细加工为特色的生物粉体技术以“ 细胞破壁，改善口感和提高生物利用度” 为目的，在功能性保健食品和洗浴用品、中药源饲料添加剂和中药现代化方面，发挥着越来越大的作用。 我们通过近 20 年的研究探索，开发了生物粉体加工技术的系统工艺与装备，成功地为10 多家企业建立了生产线；完成了多项国家科技攻关、 863 和中医药专项与国际合作项目；获得国家发明专利和实用新型专利 6 项；获得国家技术发明二等奖、中华中医药学会科学技术奖一等奖和第十五届全国发明展览会金奖等殊荣。2 应用说明中药或民族药制剂改进：该技术可以降低中成药成本提高药效，特别是廉价的膏丹丸散类方剂、民族特色药剂的技术提升；对减轻百姓医药负担能够有所贡献。目前河北以岭药业的十五亿粒通心络胶囊全部采用我们设计的细胞破壁加工系统，用药量减少 1/3，药效显著提高，副作用明显降低。 以微粉中药替代化学饲料添加剂：与中药提取物相比，该技术降低了成本，促进了动物的消化吸收，为无抗奶蛋肉等的低成本生产奠定了基础。我们与美国麻州大学、山东农业大学合作的鸡饲料添加剂项目、与浙江淡水养殖研究所合作的青虾的名贵水产品环境友好型绿色养殖项目都取得了良好的效果。 扩大食品源：该技术改变了“ 以牙能不能咬得动、胃能不能消化得了、口感是否良好”为能不能吃的食品原则， 通过改善口感和吸收利用度，使“ 食品” 概念外延大大扩展。如豆皮、玉米皮、小麦麸等，已在广西柳州超细加工成为健康食品。 天然植物农药开发：该技术将辣椒、除虫菊、蒿子、烤烟等植物药用植物的细胞破壁，制成浆状或膏状原药，直接应用于绿色和有机蔬菜的生产。与提取物相比，可大大提高其有效成分的利用和降低成本。该技术在山东等地已经得到应用。3 效益分析不同产品的市场和生产线都有差异，需根据具体情况系统分析。4 合作方式作为关系到国民健康产业的重要技术，我们可为社会免费提供技术咨询和低收费技术指 导。5 所属行业领域先进制造。

1 成果简介具有药用功效的中药类植物资源开发利用具有广阔的市场背景，也是人类回归自然、重整生态的大趋势。围绕农民脱贫致富、食品安全、绿色农业与循环经济产业链的构建，我们将粉体加工技术引入医药、食品和农业领域的生物质原料加工处理。以超微细加工为特色的生物粉体技术以“ 细胞破壁，改善口感和提高生物利用度” 为目的，在功能性保健食品和洗浴用品、中药源饲料添加剂和中药现代化方面，发挥着越来越大的作用。 我们通过近 20 年的研究探索，开发了生物粉体加工技术的系统工艺与装备，成功地为10 多家企业建立了生产线；完成了多项国家科技攻关、 863 和中医药专项与国际合作项目；获得国家发明专利和实用新型专利 6 项；获得国家技术发明二等奖、中华中医药学会科学技术奖一等奖和第十五届全国发明展览会金奖等殊荣。2 应用说明中药或民族药制剂改进：该技术可以降低中成药成本提高药效，特别是廉价的膏丹丸散类方剂、民族特色药剂的技术提升；对减轻百姓医药负担能够有所贡献。目前河北以岭药业的十五亿粒通心络胶囊全部采用我们设计的细胞破壁加工系统，用药量减少 1/3，药效显著提高，副作用明显降低。 以微粉中药替代化学饲料添加剂：与中药提取物相比，该技术降低了成本，促进了动物的消化吸收，为无抗奶蛋肉等的低成本生产奠定了基础。我们与美国麻州大学、山东农业大学合作的鸡饲料添加剂项目、与浙江淡水养殖研究所合作的青虾的名贵水产品环境友好型绿色养殖项目都取得了良好的效果。 扩大食品源：该技术改变了“ 以牙能不能咬得动、胃能不能消化得了、口感是否良好”为能不能吃的食品原则， 通过改善口感和吸收利用度，使“ 食品” 概念外延大大扩展。如豆皮、玉米皮、小麦麸等，已在广西柳州超细加工成为健康食品。 天然植物农药开发：该技术将辣椒、除虫菊、蒿子、烤烟等植物药用植物的细胞破壁，制成浆状或膏状原药，直接应用于绿色和有机蔬菜的生产。与提取物相比，可大大提高其有效成分的利用和降低成本。该技术在山东等地已经得到应用。3 效益分析不同产品的市场和生产线都有差异，需根据具体情况系统分析。4 合作方式作为关系到国民健康产业的重要技术，我们可为社会免费提供技术咨询和低收费技术指 导。5 所属行业领域先进制造。

超细球形/类球形二氧化硅粉体是一种现代工业的无机精细化学原料。该材料有严格的超微细粒度（一般为小于 1 微米的胶体颗 粒）要求，颗粒形貌必须为球形或类球形。以作为电子封装材料的无机填料为例，要求其达到超微细粒级、放射性元素含量低、 纯度高、颗粒形貌球形化。目前，制备超微细球形或类球形二氧化硅颗粒的方法主要包括火焰成球法、高温熔融喷射法、溶胶凝 胶法及化学沉淀法等，工艺复杂、成本较高。该技术基于介质搅拌磨中研磨介质对颗粒表层的剪切剥离研磨及添加某种盐溶液对 二氧化硅颗粒表面进行化学溶蚀的耦合作用，将化学溶蚀辅助超 细研磨应用于类球形二氧化硅颗粒的制备中，得到颗粒更细、粒径分布更窄、分散稳定性良好的亚微米粒级类球形二氧化硅粉体。 

制备了不同发光波长的半导体量子点材料，设计，优化和制造了应用于航天电子信息显示领域的基于薄膜量子点器件结构的夜视兼容性LED；同时也设计，优化和制造应用于航天电子信息显示领域的基于集成量子点荧光粉-氮化镓单晶蓝光LED器件结构的夜视兼容性LED。通过控制器件的光谱输出，成功地制备出适用于飞机驾驶舱的半导体器件，该器件可直接用于飞机驾驶舱，无需再使用滤光片，并完成了对其性能的评估。同时基于半导体量子点材料制备出了用于NBI内窥镜成像的多光谱通道半导体荧光粉LED阵列。完成对NBI内窥镜成像的多光谱通道半导体荧光粉LED阵列的初步光电测量。此外，分析影响LED发光功率及效率的因素，优化设计的器件结构，探索提高特殊用途效率的方法。优化器件的工艺制作流程，提高器件参数的一致性、均一性。