紫外成像仪

穿越迷雾找到你

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万籁俱寂,一根针掉落的声音很“立体”。
当我们提及紫外线,说起臭氧,很难不想起温室效应和南极冰盖上空的那个洞,但这次我们说的是另一件事。
这天,雾霾侵袭连云港码头,可见度不足1公里,一艘巨轮缓缓靠泊在指定位置,整个过程行云流水,容易得像熟练司机把小轿车停在路边。
对于船上和岸上的人来说,这个过程以前无法想象,但拥有自主知识产权、全国产化的日盲紫外成像技术,硬是让庞然大物的导航精度达到了厘米级别,靠的就是细若游丝般的日盲紫外信号源的成像和定位。
信号有多细?
500米外,发光功率小于节能灯的万分之一。
神奇:天然暗室里,发现即目标
阳光普照,万物生长。而对于波段190—285nm的阳光来说,地表却是“禁区”。
这一波段的太阳辐射光信号,在穿过大气层的过程中,会被臭氧层完全吸收,再者,臭氧层以下的大气里,其他组份的散射作用以及地表臭氧,也对其有吸收作用,这就使得地面附近形成了一个天然“ 暗室”——这里几乎完全探测不到自然产生的日盲紫外波段的光信号。
在这片空域里,一旦探测到了日盲紫外辐射,就说明“有情况”。
“地球上如果出现日盲紫外波段内的光,通常只有三种情况:其一就是某种非自然的危险信号,例如枪支开火、炸药爆炸、火灾和高压输电线漏电产生的电晕等;其二就是人为制造的日盲紫外波段的光 源;其三是诸如强闪电之类的异常气象等。” 江苏南大五维电子科技有限公司总经理潘巍松介绍。
这意味着,如果在“暗室”中测到日盲紫外信号,就意味着特定事件的发生,如导弹来袭,根本无需复杂的图像处理,“发现即目标”。
世界光学领域已将该波段的成像技术以及技术的开发应用作为一个新的竞争热点。导弹逼近告警是日盲紫外波段最重要的应用之一,美国已经将日盲紫外导弹逼近告警系统全面列装空军战机,核心模块 对我国高规格禁运。
据了解,在世界范围内,此前只有以色列实现了日盲紫外波段探测成像技术的彻底突破。而江苏南大五维技术团队日盲紫外成像技术的重大突破,使我国成为继以色列之后世界上第二个掌握该项尖端技 术的国家。
据介绍,该技术团队首次建立了日盲紫外量化评价理论BLUP,搭建了世界首个日盲紫外高精度测试平台。该技术彻底解决了日盲紫外波段带内灵敏度低、带外噪声高的难题,实现了对日盲紫外信号的高 信噪比探测,同时彻底屏蔽太阳光的影响,使得全天候、高灵敏度探测和成像成为现实。
亮点:雾霾困扰中,为港口装上“望远镜”
为船舶港口雾天靠泊装上“望远镜”,这一技术破的不仅是雾,更是民用市场的局。
船舶港口雾天靠泊不仅是中国创造,也是世界上的首创。由于灵敏度高,该技术可以在能见度低于400米的雾天精确定位600米外的日盲紫外信号源,并且经过实验验证此类信号源可以在2公里外被成像和 定位。
据交通部发布的《2014年交通运输行业发展统计公报》显示,2014年,我国拥有万吨级及以上泊位2110个,全年全国港口完成货物吞吐量124.52亿吨。航运业已达到相当发达的程度,为GDP总值增长提供 了巨大的推动力。但近年来,雾霾对港口的生产运营造成了严重的影响,从上海海事局获悉,2014年全年,上海的雾霾天气导致航路及港口能见度不足1000米而带来的停航的时间超过50天,港口、船只 以及相关行业人力物力都会面临巨大问题,航运企业也因此而产生巨大的经济损失。
潘巍松告诉记者,“雾霾等恶劣气候条件下船舶安全入港靠泊是世界性难题,传统方式进行定位导航的模式已经不完全适用于能见度低于1000米的雾霾情况。” 
据介绍,目前针对船舶雾天引航靠泊的技术主要有几种。一是差分GPS技术,但是GPS存在被黑客挟持的安全隐患,在接受信号时容易受到船载大功率无线电设备干扰,造成姿态位置数据解算出错;二是 可见光高清成像,虽然符合人眼视觉效果,但会受到雾气影响难以看清泊位;三是热红外成像技术,在薄雾环境下具有出色的破雾成像能力,但在浓雾环境下受到水汽强烈吸收的影响,其能见度较差, 也无法看清泊位。
相比现有导航定位系统,日盲紫外港口破雾导航技术抗干扰能力强、适用于各种复杂环境(夜间、恶劣天气、电磁干扰),能实现高精度全天时全天候实时定位导航,能在可视度极低的复杂环境中直观 成像,同时计算自身的准确方位和姿态信息,为现有的定位导航技术提供了新兴发展方向。
公司与青岛港国际股份有限公司在科技成果转化项目支持下,于2014年底共同完成船舶破雾引航系统的研制与试用,初步解决了在
雾、霾等恶劣气候条件下船舶安全入港靠泊这一世界性难题。
目前这一破雾引航系统的精度已提升至厘米级,响应时间达到10ms级(含成像),在夜间、恶劣天气、电磁干扰等各种复杂环境中适用,整机重量小于5kg,整体功耗不超过40W。
延伸:电晕检测期待取代国外技术
年初,“国网《紫外成像仪技术规范》企业技术标准编写研讨会”在京召开,众多知名专家、学者以及具备多年电力检测行业经验的工程师,共同探讨了紫外电力检测的技术标准和规范,他们可能决定 着日盲紫外成像技术另一个应用天地——电力检测的发展趋势。
江苏紫峰光电科技有限公司(南大五维科技销售子公司)的CTO李想博士是该标准起草专家之一,他向记者介绍,“紫外检测能够在绝缘体稍有破损的情况下就发现漏电,相比传统运用红外、超声、局放 等技术手段在漏电后期才能检测到电晕信号,具有早期性、预警性等特点。高灵敏度的紫外检测相对于传统检测手段而言,在电力检测方面具有更强的优势。”
李想所在的技术团队是目前国内唯一完全掌握此项技术的研究团队,对日盲紫外波段的研究也已经达到世界顶级水平,他们在电晕检测仪的研究方面已实现从元器件到生产制造的完全国产化。
但是,一直以来,我国电力行业的紫外检测依赖于引进以色列、南非的紫外设备,对国有设备重视程度不够。引进国外仪器面临着相当大的弊端,机器价格的昂贵、紫外图谱的不适用、维修的困难、技 术支持的缺乏给国家电力安全检测的发展道路带来了严重阻碍。
“目前我国在紫外检测方面还没有自己的标准和核心技术,一直沿用国外标准。”李想表示,“即便目前采用国外的设备积累检测数据,因紫外图谱差异,也无法与我国检测实情完全吻合。”他希望在 与国家电科院、国家电网的合作标准中,不断完善紫外电晕检测技术,让我国紫外检测从制造到标准都实现国有化并能建立全球化的标准,这也将有利于我国电力及高铁设备的出口贸易的长足发展,不 再受制于人。
虽然现在电力市场大部分依然依赖进口设备,但是国有紫外仪器的相关技术研发及生产已经展现了快速发展的势头。自从我国突破紫外探测技术瓶颈,电力检测设备生产完全自主化后,用户单位的使用 门槛逐渐降低,进口设备的价格已经大幅下降。
“我们相信伴随着国家重视程度的提高和我们技术人员的全心付出,我国的检测技术一定能与电力事业处于同样耀眼的位置,国有检测技术及设备必将取代国外技术。”李想说。
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