发部时间：2022-01-11 浏览量：
光机电产业
山西大学物理学科群（包括计算机科学与技术、数学、光学工程、控制科学与工程、电力工程等学科）具有悠久的历史和雄厚的科研实力。光学学科是国家重点学科，学科在量子光学、量子信息、固态激光技术、光量子器件等方面取得了许多令人瞩目的成绩，在地方大学率先建成了开展高水平前沿科学研究和应用基础研究的国家重点实验室——量子光学与光量子器件国家重点实验室。
山西大学发挥学科优势积极对接山西光机电产业，2019年3月15日，山西大学、晋城市政府、富士康(晋城)科技工业园区光机电产业政产学研用项目在富士康(晋城)科技工业园区正式启动，助力晋城市打造光机电产业集群。
l 信息技术应用创新-光电探测
l 核与辐射远程实时在线监管系统
l 增强型煤炭在线分析系统
l 危险气体激光遥测技术
l 检测电力系统的电压波动和闪变的有效检测
l 低频振荡抑制装置
l 带数据分析功能的家庭用电质量检测仪
l 基于国产AI芯片的嵌入式神经网络车牌识别系统
l “e电保”——电力设备安全运维助手
l 交流绝缘子周围颗粒物声波抑制方法
l 超高灵敏仿生柔性纳米传感器
l 暖气片自动排气装置
l 一种基于MEMS测风传感器的矿用测风装置
l 便携式心电采集器
信息技术应用创新-光电探测
光电探测器是信息技术中非常重要的器件。目前应用于各行各业的光电探测器，多为Thorlabs和Newport等国外科技公司生产，随着国内整体科技水平的提升，国内光电探测器的生产商如雨后春笋，逐渐发展起来。山西大学光电研究所依托于国家重点实验室，有深厚的技术积累，所研制的探测器水平已逐渐达到国外同类产品的水平，有些参数甚至优于国外探测器的水平，有很好的竞争优势。
1. 偏压高速光电探测器：该探测器具有宽带直流耦合输出，非常适合监测快速脉冲激光（低至几十皮秒级）和直流光源。
2. 平衡零拍探测器：平衡零拍探测器无论在量子信息领域还是在经典信息领域都有非常重要的作用，具体包括量子通信，量子计算，相干通信等领域。团队目前可研制DC-2GHz内各种带宽的频域平衡零拍探测器;10ns-2μs之间各种脉宽的时域平衡零拍探测器。探测器的共模抑制比最高可达80dB，相关技术属于国际先进水平。
3. 跨阻光电探测器：该探测器可对微弱的光信号进行探测，其应用范围更广，可应用在各种光通信，工业生产和科研领域中需要检测光信号强度和波形的地方。
上述产品的波段涵盖200-1700nm, 带宽DC-25GHz的各种带宽光电探测器，可分为自由空间耦合和光纤连接等类型。
核与辐射远程实时在线监管系统
“核与辐射远程实时在线监管系统”是山西大学产学研重点推荐项目，受到各级领导的高度重视，省委省政府和学校领导多次莅临指导。主要针对放射源的使用和管理、以及日常监管等工作而研制开发的，并根据用源环境提供专业化定制服务，对放射源各类数据进行管理，更重要的是它可以365天24小时不间断监控放射源，可以有效地帮助政府监管部门和放射源使用企业随时随地监管放射源及使用环境的异常变化，使其在第一时间做出反应，杜绝事故发生，更好地保障安全生产。
目前所拥有的该项检测技术已处于国内同行业领先地位。该监测系统目前已被山西省近50%的涉源企业所使用，并同时在吕梁市生态环境局及所属分局、忻州市生态环境局及所属分局、晋中市生态环境局平遥分局、灵石分局所使用。截至目前，使用该系统的企事业单位未发生辐射事故安全事件。在研发方面，目前已建立起包括中国工程院物理研究院、中国辐射防护研究院、清华大学的战略合作伙伴体系，目前该系统仪处于四代产品的成熟期，并积极研发第五代产品的升级。
信息技术应用创新-核与辐射远程实时在线监管系统
增强型煤炭在线分析系统
激光等离子体光谱测量方法是一种非接触、快速、高精度获取煤质信息的方法。基于此方法开发研制而成的化验室分析计量设备、入厂煤智能管控系统、管道式或皮带式煤炭激光在线分析装备，可以在2分钟内给出煤炭的元素分析结果（12种元素含量）和工业分析结果（发热量、挥发分、灰分），测量重复性满足国标GB/T212-2008、GB/T213-2008等规定要求。该设备硬件部分包括半导体泵浦脉冲激光器、光纤光谱仪、硅漂移探测器、控制机电等，自行编写的软件拥有仪器控制、光谱采集分析、数据远传等功能。成果可应用于煤矿、电厂、焦化厂、水泥厂、钢铁厂等企业。
危险气体激光遥测技术
该技术基于激光光谱技术实现远程危险气体泄漏的遥测。具体实现方式为由自主研发的系统发射红外激光，与泄漏危险气体相互作用后，由墙面等反射面反射回遥测系统，分析光强的相对衰减量来确定泄漏危险气体浓度。目前本团队正聚焦智慧煤矿、天然气、地下管廊、交通运输等行业的气体检测需求，开发激光气体分析装置。
该系统主要由激光发射控制单元、激光收集单元以及信号处理单元三个部件构成。相比于现有的市场产品，本技术可以在5米、30米、50米、80米和100米范围内遥测CH4、C2H2、HCl、NH3等气体，通过集成测距功能可以获取测量路径上的平均气体浓度。该技术搭载云台可以用于天然气管道泄漏、高速服务区危化品车辆泄漏等；还可以小型化后用于矿井瓦斯巡检、消防等领域。
检测电力系统的电压波动和闪变的有效检测
随着冲击性、波动性负荷的增加，闪变作为电力系统电能质量的重要指标，需准确评估，可以依据国家标准《GB 12326-2000 电能质量电压波动和闪变》推荐的方法进行检测。但在该方法中，除去统计评估环节以外全部采用模拟设计。在实际的模拟电路中，设计滤波器的过电压和过电流保护比较复杂。本项目设计了一种数字式闪变仪作为替代品来实现国标12326，检测精度<3%，小于同类产品一般检测对象时检测精度<5%，优于同类产品无法实现含低频电压波动时的闪变有效检测。可应用于电网、风电场、光伏电站、石化企业、煤矿、医院等。
风电场闪变检测结果相对误差对比（左图为同类产品，右图为本产品）
低频振荡抑制装置
新能源发电技术在带来清洁能源的同时，也带来了新的挑战。近年来，国内外因风电场、光伏电站振荡功率引起的电网振荡威胁电网安全的事件时有发生，已严重影响了新能源对电网的“友好性”，需对其进行有效抑制。研发的该装置能够有效检测、分类、监测、抑制电力系统中的低频振荡，提高系统稳定性。
带数据分析功能的家庭用电质量检测仪
随着科学技术的发展，居民生活水平日益提高，家庭用户、商业用户拥有越来越多的大功率用电器，用户用电安全监测也成为人们关注的问题，但目前用电质量安全检测还只是停留在仅对电力工业中电力安全的检测，没有普及到个人的家庭用电及商业用电状况中。该系统可以监测家庭用户的日常用电情况，对用户的用电情况进行评估分析，向用户呈现直观的数据结果。用户可以通过显示屏呈现的数据，了解家庭设备的用电状况并远程控制通断，得知设备是否可能出现故障，降低家中电器发生火灾风险，以最大限度保障用户的用电安全。已完成中试并形成样机。
基于国产AI芯片的嵌入式神经网络车牌识别系统
随着物联网技术的发展与普及，越来越多的数据被采集起来，用于各种各样的分析与预测，日益增大的数据量和不发展的分析算法对服务器的储存与运算性能提出了极大的要求。研发的该系统利用嘉楠科技的勘智K210芯片作为硬件平台，利用OV2640摄像头采集数据，形成了样机，并选择了某小区停车场入口作为实验场地测试车牌识别情况，在正常光线与视角下识别准确率可达98.5%，在逆光或过暗条件下识别准确率在94.8%左右，综合准确率约为97.2%。已完成中试并形成样机。
“e电保”——电力设备安全运维助手
电力行业每年新增从业人员约20万人，新晋电力从业人员需要进行6-12个月不等的岗前培训和漫长的成长时间。电力行业迫切需要一个“运维助手”，帮助电力新人缩短故障诊断时间、保证运维职业卫生、快速测量档距弧垂、高效合理安排运维流程。该成果是集电力设备故障专家系统、运维人员职业卫生安全警示、电力地图、电力气象、档距弧垂测量、运维记录等多种功能于一体且便携的“运维助手”。 可用于电网、电厂、水电站、光伏电站、煤矿等。
交流绝缘子周围颗粒物声波抑制方法
现有方法包括采用定期带电水洗、停电检修以及无人机清洗等，以降低绝缘子周围和表面的颗粒物浓度，使绝缘子周围电场强度恢复到正常水平，仍然需要人工操作，而且当突发恶劣工况时，这种方法往往会由于操作不及时，使得绝缘子仍然发生故障，从而导致输电线路的输电效力降低甚至停电事故；输电线路不可避免地会架设在地形地势比较复杂的地区，尤其在人力和清洗设备不易到达的地形地势。
该项目发明了一种全新的输电线路绝缘子周围颗粒物的控制技术，无需工作人员进行带电清洗作业，实现了自动降低颗粒物的浓度，在30 min内颗粒物浓度下降至原有的10%，且效率随颗粒物的浓度呈正相关。下图是50s 颗粒物浓度变化：
超高灵敏仿生柔性纳米传感器
一种超高灵敏仿生柔性纳米传感器，解决了现有传感器二维高灵敏、高柔性探测问题。包括柔性弹性基底和导电金属薄膜层，其中紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯组成弹性基底，采用溅射沉积金属镍形成金属薄膜层，金属薄膜层上通过机械弯曲金属层形成呈十字排列的两条裂缝，交叉中心设置圆形凹槽将两条裂缝分成四条独立裂缝。施加电压时，由于裂缝是电流通道的主要电阻来源，当外界引起金属层裂缝的变形，通过检测裂缝断开连接过程中引起的电流通道中镍电阻的变化即可实现机械信号的高灵敏探测，十字型裂缝实现二维方向高灵敏探。本传感器结构简单、新颖，具有超高灵敏度，加工成本低，可用于检测声音、心率等微小振动信号，在自动控制、医学诊断、微振动检测、柔性四案子，甚至人工器官、人机交互、课穿戴交互设备等领域中有广泛的应用前景。
暖气片自动排气装置
一种暖气片自动排气装置，包括供电电源、温控开关、电磁阀，供电电源、温控开关及电磁阀均设置在暖气片外部。该装置采用温控开关直接控制电磁阀通断，结构简单，可靠性高，无需控制器，成本低，效果好。同时，该暖气片自动排气装置设置在暖气片外，不存在暖气片内外装置的电气链接，安全性高，且无需对现有暖气片进行改造或更换，仅需将手动放气阀更换为本装置中的电磁阀即可实现自动排气，实施方便，避免供暖季节拼盘手动排气的操作。
一种基于MEMS测风传感器的矿用测风装置
一种基于MEMS测风传感器的矿用测风装置，主要应用于煤矿安全，它包括MEMS矢量测风传感器、信号提取电路、DSP处理器、显示器，其特征在于：MEMS矢量测风传感器的输出连接信号提取电路的输入，信号提取电路的输出连接DSP处理器的输入，DSP处理器的输出连接显示器；所述信号提取电路由电源供压和补偿电路、可调稳压电源、电桥电路、两级差分放大电路、低通滤波器、跟随器依次连接组成。本实用新型体积小，可批量生产，实时遥感监测，由于利用的是静力测量，无静电现象，安全可靠，易于在矿井中固定，在煤炭开采领域有着广阔的应用前景和市场。
便携式心电采集器
该项目采用自主研发的方式，研发的贴式监测设备体积小、生物兼容性好、无线连接，已达到医疗级的监测标准，已取得相关检测报告和医疗器械注册证。设备适用于人体生理健康参数的监测和分析，可对卧床、运动等状态下的人体心电数据进行24小时连续采。其便携、小巧和无线的特点，对受试者作业和睡眠本身的影响降到最小，可为科研技术及医护人员进行人体健康监测、分析研究等工作提供可靠、有效的监测平台和手段。
该套设备的应用极易扩展到其他监测领域，如重症监护、居家养老等，给这些领域带来新的技术革命，为缓解医疗资源矛盾和医患矛盾起了极大作用，同时为可穿戴设备进入医疗市场提供典范。
