原位監測技術的案例
基于lab-on-fiber技術原位監測鋰離子電池熱失控
02
成果掠影
近期，中國科學技術大學孫金華教授和王青松研究員團隊與暨南大學郭團教授團隊提出了一種可植入電池內部的多模態集成光纖原位監測技術，在國際上率先實現了對商業化鋰電池熱失控全過程的精準分析與提早預警。該聯合團隊設計并成功研制出可在1000℃的高溫高壓環境下正常工作的多模態集成光纖傳感器，實現了對電池熱失控全過程內部溫度和壓力的同步精準測量，攻克了熱失控極端環境下溫度與壓力信號相互串擾的難題，提出解耦電池產熱和氣壓變化速率的新方法，首次發現了觸發電池熱失控鏈式反應的特征拐點與共性規律，實現了對電池內部微觀“不可逆反應”的精準判別，為快速切斷電池熱失控鏈式反應、保障電池在安全區間運行提供了重要手段。研究成果以“Operando monitoring of thermal runaway in commercial lithium-ion cells via advanced lab-on-fiber technologies”為題發表于《Nature Communications》。
03
圖文導讀
圖1.光纖原位監測電池熱失控內部特征及早期預警區間的建立。
圖2.電池熱失控測量的實驗裝置。
展開 液態金屬噴射3D打印原位監測工具，用以保證零件成型質量
該研究的主要作者Tammy Chang說："我們的結果表明，用毫米波檢測方法可以對LMJ進行原位監測。這令人振奮，因為它意味著我們可以取代之前昂貴的高速、高分辨率的光學分辨儀器，實現實時性能評估和反饋控制，以確保高質量的金屬打印零件。"
實時分辨LMJ問題
液態金屬噴射是一種新的3D打印方法，它是通過微小的金屬液滴從一個噴嘴高速發射，由點形成線，由線形成層面，進而可以建立成均勻的零件，方法類似于噴墨打印機。然而，與基于激光的系統相比，LMJ機器不需要使用危險的金屬粉末，因此它們有可能提供一種更安全的手段來達到相同的目的。
隨著噴射技術不斷被開發出新的應用，其性能也受到了更多的正視。事實證明，在某些應用中，確定最佳參數集是很困難的。這主要是由于噴射材料會受到多種因素的影響，從液滴大小和噴射時間，到速度、流速和溫度等。
雖然高速攝像經常被用來分析LMJ的運行情況，但這種方法只能真正用于幾秒鐘，因為由于處理的限制，大量的數據需要幾天的時間來篩選。為了使實時分析更加合理，LLNL團隊因此開發了一種可擴展的方法，它更多地依賴于模擬，而不是捕獲數千兆字節的信息。
△LLNL團隊的實驗性材料噴射監測裝置。圖片來自《應用物理學雜志》。
△模擬的開放式波導結果。所有尺寸的單位是毫米。(a) 矩形波導孔的尺寸，金屬液滴的直徑為d，高度為zD?0，距離波導邊緣的距離為s。wW? 7:11, wL ? 3:56, c ? 3:46, t ? 3:81, h ? 14:26.高度zD ?0，距離波導邊緣的距離s。(b) 開放式波導的瞬時電場大小。開放式波導的瞬時電場大小。(c)當直徑為800微米的液滴位于s ?7, z ? 0時的瞬時電場。
展開 Nano Letters：法蘭西公學院應用液體電化學技術在電鏡原位研究Na-O2電池中NaO2形成機
圖6電池放電過程中CO2釋放量的監測圖
(a) 電池放電曲線圖；(b) 電池充放電過程中CO2的釋放曲線圖；(c) 放電過程中12CO2及13CO2釋放曲線圖。
要點：同位素標記法驗證了有機殼層組分（b）及來源（c）：大部分來自于電解液的分解；隨著電流密度的增加，電極表面的分解加劇。
圖7電池充電過程中NaO2氧化過程的監測圖
(a-d) 電池充電過程中NaO2結構演變的HAADF-STEM圖；(e-h) 單個NaO2立方體在充電過程中高度曲線圖圖；(i) 電池放電結束后NaO2顆粒的HAADF-STEM圖。
要點：電池充電時，NaO2結構演變原位監測（a-d）：其氧化過程是由外至內逐步進行的，放電過程形成的殼層結構得以保留（i）。
【小結】
該文章采用原位透射電鏡技術原位監測了Na-O2電池的充放電過程，首次報道了Na-O2電池中NaO2的形核-生長機理；證實了電池充電過程中過氧化鈉的溶解機理；并原位觀測到了過氧化鈉表面殼層的形成過程，闡明了電池低充電效率及循環穩定性的機制，為高性能鈉氧電池的設計指明了方向，提供了新的思路，同時推動了原位電化學透射電鏡技術的發展。
文章鏈接：Operando moni toring of the solution-mediated discharge and charge (Nano Lett. 2018, 18 (2), 1280-1289)
作者：魏清清
來源：材料人
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薩斯喀徹溫大學：基于X射線傳播成像技術的生物打印水凝膠支架的無創3D原位和體內表征
此外，由于當前成像技術的局限性，生物打印水凝膠支架的評估仍然具有挑戰性，但對于支架設計，制造和縱向研究仍然至關重要。
最近，
薩斯喀徹溫大學
Ning Zhu
博士
/
Xiongbiao Chen
教授
團隊
介紹了
團隊
對水凝膠支架的生物打印的研究以及基于
同步加速器傳播的計算機斷層掃描成像（SR-PBI-CT）的新型無創成像方法的發展，以研究水凝膠支架及其結構的特性原位和體內對環境刺激的反應。
通過嚴格的印刷工藝規程成功地對具有
不同結構模式的水凝膠支架進行了生物印刷，然后在生理環境中通過
SR-PBI-CT進行了成像。受到可控壓縮載荷的影響，對支架的結構響應進行了可視化，并根據由壓縮載荷引起的結構變形進行了表征。隨后將水凝膠支架植入大鼠體內，作為SR-PBI-CT成像的神經導管，獲得的圖像說明了其高相襯度，并經過了進一步處理以進行3D結構重建和定量表征。
結果表明，
支架的設計和印刷條件在印刷的支架結構和機械性能中起著重要作用。更重要的是，
團隊
從SR-PBI-CT獲得的圖像使我們能夠以高成像分辨率可視化水凝膠3D結構的細節。
它證明
了該成像技術在多種生理環境中植入前后植入
3D水凝膠結構的非侵入性原位表征的獨特能力。因此，已建立的成像平臺可以用作組織工程中水凝膠支架的設計和縱向研究的可靠，高精度工具。
相關論文以題為
Noninvasive Three-Dimensional In Situ and In Vivo Characterization of Bioprinted Hydrogel Scaffolds Using the X-ray Propagation-Based Imaging Technique
發表在《
ACS Appl. Mater.
展開 南工陳蘇教授團隊開發基于微流控紡絲技術原位合成自愈合凝膠纖維及其自組裝構筑纖維織物
基此，南京工業大學材料化學工程國家重點實驗室、化工學院陳蘇教授團隊在國家自然科學基金重點基金的資助下，以微流控紡絲技術為手段原位合成了自愈合凝膠纖維，并利用原纖維間的自愈合作用力實現了1D纖維到多維織物的編織。該研究成果以“Microfluidic-DirectedHydrogel Fabrics Based on Interfibrillar Self-Healing Effects”為題發表在國際材料頂級期刊《Chemistry of Materials》（Qing Li, Zhi Xu,Xiafang Du, Xiangyun Du, Hengyang Cheng, Guan Wu, Cai-Feng Wang, Zhanfeng Cui,and Su Chen*, 2018, DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b03579）上。
研究者通過分子設計，利用國內南京捷納思微流體紡絲機原位合成了自愈合凝膠纖維（圖1、圖2、附圖）。微流體紡絲技術由于其簡單，高效，靈活的可控性和環境友好的化學過程為凝膠纖維和纖維微反應器的連續化構造提供了強大的平臺。基于主客體作用力，凝膠纖維表現出優異的自愈合性能。研究者巧妙地利用自愈合凝膠纖維作為組裝單元，借助原纖維間的固有的超分子作用力，實現了多維纖維織物的簡單快速構筑（圖3），織物具有良好的柔性、可拉伸性能和較高的機械性能。此外，研究者將凝膠纖維與導電納米材料相結合，利用該方法成功制備了自愈合復合導線和超級電容器（圖4）。這項研究成果為多維纖維結構材料的設計和快速構筑提供了一種新思路。
展開 環境監測生物技術
（三）可檢測化學制劑和生物制劑的生物傳感器
美國田納西大學（位于美國田納西州諾克斯維爾）的研究人員利用由生物工程技術制成的、存在雜質時會發出藍綠輝光的微生物，開發成功一種基于芯片的環境生物傳感器樣品。這種被稱為生物發光型生物指示器IC（bioluminescent bioreporter IC，簡稱 BBIC）的器件技術可在眾多的應用（從航天器到反恐）中巧妙地檢測出氨、鋅等各類化學物質。
（四）光纖化學/生物傳感技術
光纖技術與光譜分析技術的有機結合就構成了光纖傳感技術。光纖傳感技術突破了光譜分析的傳統模式，光可由光纖直接導入樣品，而樣品不必放入光譜儀中就能進行測定。特別適用于環境污染物、生物藥物， 以及生產過程的原位、在線監測和對樣品的無損測定。早在十幾年前，人們就曾經預言：光纖傳感技術的出現將不可避免地引起分析實驗室及分析控制儀器的又一次革命。隨著環境科學與生命科學的發展，對各種與人類生存環境密切相關的化學物質的測定和變化過程的監測，已顯得特別突出和重要。由于 FOC&BS 具有實時、在線及遠距離自動監測和對樣品無損測定等特點，人們對它在海洋環境監測中的應用給予了較多的關注，特別是在溶解氧、pH、濕度和水質毒性等監測要素的應用中。
三、生物大分子標記物
生物大分子標記物是指生物體內的一些對外界環境變化敏感并能產生一些可檢測變化的大分子物質，這些大分子物質能夠反映環境變化對生物體的影響。隨著社會對環境保護的日益重視和分子生物學技術的發展，將生物大分子標記物的檢測應用到環境監測中已經成為一種趨勢。生物大分子標記物檢測由于其測定指標全面、準確、系統且具有特異性等優點，近十幾年來作為污染物暴露和毒性效應的早期預警工具已被廣泛應用于環境評價中。
展開 設備狀態監測及故障預警技術介紹
云酷科技的設備狀態物聯網聲學監控系統以音頻數據為核心，輔以其他設備參數，通過物聯網技術實現設備狀態的遠程感知，基于AI神經網絡技術，計算并提取設備音頻特征，從而實現設備運行狀態的實時評估與故障的早期識別。幫助企業用戶提升生產效率，保證生產安全，優化生產決策。
結構變形監測與三維實時渲染技術
我們團隊的技術基礎
本團隊長期從事結構試驗、復合材料力學、CAE仿真、人工智能、工業軟件（含工業軟件）開發，能夠獨立完成數據采集、數據庫、有限元求解器、材料本構、圖像識別、軟件平臺的開發。
SBAS-InSAR技術的廣州市地面沉降監測
SBAS-InSAR技術的廣州市地面沉降監測
聶運菊 計玉芳 熊 倩
(東華理工大學 測繪工程學院, 江西 南昌 330013)
摘 要：為了研究廣州市地面沉降情況,利用覆蓋廣州地區的34景Sentinel-1A影像數據,基于永久散射體(PS)特征點的短基線合成孔徑雷達干涉測量(SBAS-InSAR)技術進行時序分析,結果表明 ：研究區總體形態呈穩定狀態,研究區域內存在6個沉降區,在監測時間內,研究區沉降速率為-32.1 mm/a～7.3 mm/a,累計沉降量為-92.1 mm。廣州市的軟土是導致沉降的主要因素,城市的工程建設以及地下水的過度開采為重要原因。
0 引言
人類活動以及特有的軟土地質使得珠江三角洲地區的地面高度正在逐年下降,近十年來,廣州及其周邊城市,頻繁發生地面沉降、塌陷以及嚴重的洪澇災害,給居民的生命和財產帶來嚴重的損害[1]。因此，及時了解監測城市地面下沉原因,并采取相應的措施，從而減少事故發生的頻率。
傳統的地面沉降監測方法包括水準測量、三角高程測量、GPS技術,它們具有時間長、效率低、成本高等缺點[2-3]，但難以滿足城市的大區域、高精度、高頻率的地表形變監測[4]需求。合成孔徑雷達技術(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)是近40年發展起來的空間大地測量技術,不受光照和氣候條件等限制，可實現全天時、全天候、高精度、高空間分辨率獲取地表形變數據的目標。
展開 潛艇探測和監測：開源工具和技術
SAR使分析師能夠檢測到哪怕是微小的變化，這使得該技術對于監測海軍造船廠的潛艇建造可能有用。例如，搜救圖像可以幫助分析人員通過對物資流動進行成像來監控朝鮮的新浦南海軍造船廠，以及朝鮮不斷擴大的SSB艦隊的任何建設。
水聲監測
潛艇必須安靜地運行，以躲避敵人的傳感器，因為水是聲音的高效導體。 潛艇噪音的主要來源來自其推進系統。因此，螺旋槳葉片的設計和質量對于確保一國海基核威懾力量的生存能力至關重要。美國等14個國家已經建立了水聲傳感器網絡，這些傳感器使用聲納技術來探測靠近其沿海邊界和戰略軍事地點的潛艇。
傳統上，水聲監測一直是各國政府的領域。然而，在民用和科學部門，全面禁止核試驗條約組織（禁核試組織）經營著一個由十一個水聲監測站組成的網絡，作為國際監測系統（監測系統）的一部分，用于探測核爆炸。
禁核試組織水聲站收集的數據可根據要求用于跟蹤鯨魚遷徙模式和開發海嘯預警系統等研究目的。2017年底，IMS水聲數據被用來定位ARA San Juan的最后已知位置，ARA San Juan是一艘阿根廷潛艇，在阿根廷海岸失蹤并不幸沉沒。開源研究人員可以使用類似的數據來隔離潛艇的聲學特征，并隨后評估其運動。
分析人士還可以利用這些數據來分析朝鮮和其他開發潛射彈道導彈的國家進行的潛射彈道導彈試驗。雖然開源研究人員已經使用來自IMS次聲站的數據（跟蹤人耳無法檢測到的聲波）來監測陸地上的導彈和火箭發射，但水聲數據尚未以類似的方式使用。
社交媒體
通過Facebook，Twitter，Snapchat和Instagram等平臺以及眾包網站（例如 www.liveuamap.com）和健身追蹤器（例如Strava）的社交媒體的興起，使得軍隊維護作戰安全變得更加困難。
展開 
旋轉機械振動監測故障診斷技術分析
中國振動工程學會故障診斷專業委員會
關于舉辦“旋轉機械設備振動監測、分析及故障診斷技術”
培訓班通知
各有關單位：
旋轉機械設備故障診斷技術應用對企業保障設備安全，防止突發故障，保證設備精度，提高產品質量，實施狀態維修，節約維修費用等具有重要意義。隨著我國經濟建設的不斷發展，我國鋼鐵生產企業所擁有的機械設備必然會越來越多。而且隨著設備技術復雜性的增加，也會不斷地產生更多大型、復雜、精密和機電一體化的多種機械設備。
盡管設備振動診斷技術是最成熟和最主要的診斷技術，但在許多企業推廣方面還存在困難，主要原因是這些企業普遍缺少能掌握診斷技術的專業人員。為指導廣大企業正確選擇、有效應用旋轉機械設備振動故障診斷技術，解決企業人才匱乏問題，中國振動工程學會故障診斷專業委員會定于2009年5月26日—30日在杭州市舉辦“旋轉機械設備振動監測、分析及故障診斷技術”培訓班。望各相關單位積極報名參加。
所有參加培訓的學員請提交一寸免冠照片一張及相關技術論文一篇（自愿），字數不限，請以電子版發送至：xhzd2008@126.com,屆時將由中國振動工程學會故障診斷專業委員會陳進主編出版發行此次會議論文集，限80人，報名時間截止2009年5月25日。
一、培訓模式：
此次培訓，力爭讓學員們接觸到國內外先進設備振動檢測技術，相互交流工作中的一些難點、經驗。在教學方式上，采用理論、實踐與案例分析有機結合的方法，使學員在理論、實踐和應用等方面都得到極大提高。
二、培訓專家
：
1、中國振動工程學會故障診斷專業委員會陳進主任。
2、賈民平：博士、教授、博士生導師，東南大學機械工程學院副院長。
展開 設備振動監測、分析及故障診斷技術（培訓）
中國振動工程學會
故障診斷專業委員會
關于舉辦“旋轉機械設備振動監測、分析及故障診斷技術”培訓班的通知
各有關單位：
旋轉機械設備故障診斷技術應用對企業保障設備安全，防止突發故障，保證設備精度，提高產品質量，實施狀態維修，節約維修費用等具有重要意義。隨著我國經濟建設的不斷發展，我國各工、礦企業所擁有的機械設備必然會越來越多。而且隨著設備技術復雜性的增加，也會不斷地產生更多大型、復雜、精密和機電一體化的多種機械設備。
盡管設備振動診斷技術是最成熟和最主要的診斷技術，但在許多企業推廣方面還存在困難，主要原因是這些企業普遍缺少能掌握診斷技術的專業人員。為指導廣大企業正確選擇、有效應用旋轉機械設備振動故障診斷技術，解決企業人才匱乏問題，中國振動工程學會故障診斷專業委員會定于2009年7月5日—10日在大連市舉辦“旋轉機械設備振動監測、分析及故障診斷技術”培訓班，望各相關單位積極報名就近參加。
一、培訓模式：
此次培訓，力爭讓學員們接觸到國內外先進設備振動檢測技術，相互交流工作中的一些難點、經驗。在教學方式上，采用理論、實踐與案例分析有機結合的方法，使學員在理論、實踐和應用等方面都得到極大提高。
二、培訓專家
：
首席講師賈老師：博士、教授、博士生導師，東南大學機械工程學院副院長。
同時擬邀從事大型設備狀態監測、故障診斷,擁有豐富實際工作經驗的振動專家講解相關案例。
三、培訓內容 （詳細課程見附件一）
1、振動故障診斷技術的現狀及發展
2、轉子系統的基本知識及其振動特性
3、設備故障信號的檢測
4、設備信號分析和特征圖譜
5、設備故障診斷原理與方法
6、振動標準
以下內容以具有共性的部件為主線展開，適用于汽輪機組、發電機組、發動機、給水泵、風機、旋轉窯等的多種旋轉機器。
展開 設備振動監測、分析及故障診斷技術（培訓）
中國振動工程學會
故障診斷專業委員會
關于舉辦“旋轉機械設備振動監測、分析及故障診斷技術”培訓班的通知
各有關單位：
旋轉機械設備故障診斷技術應用對企業保障設備安全，防止突發故障，保證設備精度，提高產品質量，實施狀態維修，節約維修費用等具有重要意義。隨著我國經濟建設的不斷發展，我國各工、礦企業所擁有的機械設備必然會越來越多。而且隨著設備技術復雜性的增加，也會不斷地產生更多大型、復雜、精密和機電一體化的多種機械設備。
盡管設備振動診斷技術是最成熟和最主要的診斷技術，但在許多企業推廣方面還存在困難，主要原因是這些企業普遍缺少能掌握診斷技術的專業人員。為指導廣大企業正確選擇、有效應用旋轉機械設備振動故障診斷技術，解決企業人才匱乏問題，中國振動工程學會故障診斷專業委員會定于2009年7月5日—10日在大連市舉辦“旋轉機械設備振動監測、分析及故障診斷技術”培訓班，望各相關單位積極報名就近參加。
一、培訓模式：
此次培訓，力爭讓學員們接觸到國內外先進設備振動檢測技術，相互交流工作中的一些難點、經驗。在教學方式上，采用理論、實踐與案例分析有機結合的方法，使學員在理論、實踐和應用等方面都得到極大提高。
二、培訓專家
：
首席講師賈老師：博士、教授、博士生導師，東南大學機械工程學院副院長。
同時擬邀從事大型設備狀態監測、故障診斷,擁有豐富實際工作經驗的振動專家講解相關案例。
三、培訓內容 （詳細課程見附件一）
1、振動故障診斷技術的現狀及發展
2、轉子系統的基本知識及其振動特性
3、設備故障信號的檢測
4、設備信號分析和特征圖譜
5、設備故障診斷原理與方法
6、振動標準
以下內容以具有共性的部件為主線展開，適用于汽輪機組、發電機組、發動機、給水泵、風機、旋轉窯等的多種旋轉機器。
展開 煤礦安全監測監控技術中典型的傳感器有哪些？
當然，高效的生產效率與煤礦安全監測系統密切相關，隨著井下工作面深度的不斷發展，使安全監測不可或缺。
礦井安全生產監測監控系統主要由傳感器、斷電儀、載波機、傳輸線、解調器、計算機、調度顯示盤等組成。隨著計算機技術、網絡技術、微電子技術的不斷發展，目前的礦井安全生產監測監控系統主要由監測監控終端、地面中心站、通信接口裝置、井下分站、各種傳感器等組成。其典型結構如圖1-1所示。
傳感器與控制器
傳感器的穩定性和可靠性是煤礦監測監控系統能正確反映被測環境和設備參數的關鍵技術和產品。目前國內生產和用于煤礦監測監控系統的傳感器主要有瓦斯、一氧化碳、風速、負壓、溫度、煤倉煤位、水倉水位、電流、電壓和有功功率等模擬量傳感器，以及機電設備開停、機電設備饋電狀態、風門開關狀態等開關量傳感器。以上傳感器的開發和應用基本滿足了煤礦安全生產監測監控的需要，但國產傳感器在使用壽命、調校周期、穩定性和可靠性方面與國外同類產品相比還有很大差距，某些傳感器（如瓦斯傳感器）的穩定性還不能滿足用戶的需要。
煤礦井下使用的控制器主要是指各種規格的斷電儀，其主體是由繼電器構成，該斷電儀的壽命長，可靠性高。
礦用監控系統傳感器
煤礦井下各種有用、有害氣體及溫度和濕度等參數，都屬于環境參數。礦井環境參數主要有甲烷濃度、氧氣濃度、粉塵濃度、井巷硐室和工作面溫度、風量與負壓、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、二氧化硫濃度和硫化氫濃度等。
采煤、掘進、運輸、及通風等各系統的運行及相關設備的工作狀況稱為礦井工況參數。主要監測的工況參數有風筒風量、風門開關、輸送帶開停、煤倉煤位、采煤機組位置、排水系統、壓風系統、主要通風機工作狀態等工況參數。
傳感器一般由敏感元件、轉換元件和信號處理電路3部分組成，有時需要加輔助電源，其組成原理如圖4-1所示。
展開 