技术成果

光电倍增管

光电倍增管是具有单光子灵敏度的极微弱光探测器，是分光光度计、PET-CT、γ相机、X射线曝光计、检体化验、流式细胞分析仪、DNA测序仪、石油测井、尘埃粒子计数器、激光雷达等中大量使用的核心光电子器件。西安光机所研制系列化快响应微通道板光电倍增管，性能达国内领先水平，列入中科院自主研制仪器名录，销售于中国工程物理研究院、中科院上海光机所、西北核技术研究院、中国科学技术大学、上海交通大学、西安交通大学等单位。

空间分布孔位的机器人视觉定位与自主引导装配

应对大尺寸工件的空间分布孔位装配，采用移动操作机器人与空间孔位双重识别定位技术，实现大工件不规律分布空间孔位的机器人视觉定位与自主引导装配，目前已应用于大型电子装备的装配中。自主装配过程的离线编程路径生成与模拟，能够根据装配工艺参数生成机器人识别运动路径、控制参数与拆装过程轨迹的模拟与优化，便于多种型号产品装配程序的快速生成与装配能力形成；智能螺丝锁付功能根据锁紧工艺参数对拆装过程中的拧紧力矩进行判断，分析排除异常状态并记录锁付过程数据；实现不同型号产品空间孔位的机器人快速装配部署。

复杂服役环境下机械装备的早期和定量化诊断技术

故障诊断技术是保障重大装备健康稳定运行的基础，当前诊断理论的研究对象多针对定转速设备，几乎所有设备都会经历不同程度的转速变化。对于大转速变化过程，如：飞机的起降，大型回转设备的启停车等。准平稳过程：受载荷、工况影响，设备转速存在微弱波动，转速的变动给动态信息提取带来挑战。本项目开发了一种无键相阶次跟踪技术，利用变转速下的早期与定量化诊断研究，将变转速理论技术应用于铁路运输、数控装备等领域。

航空航天典型零件加工工艺和刀具

本项目针对航空航天中的钛合金框架类零件，拟通过加工工艺优化实现效率最大化和成本最小化双目标；并以典型零部件，即某型航空发动机机匣的切削大数据为研究对象，采用深度学习方法对其进行多层次、多目标优化分析，研发可替代进口航空航天精密刀具9-12种。并将应用对象扩展到大飞机滑轨零件、涡轮盘零件、航空高温合金零件等航空航天关键零部件。

铁路一体化换轨装置研制

我国拥有全球最大的高速铁路网和快速增长的城市轨道交通系统，轨道更换、维护需求巨大且持续。根据相关资料，高速铁路轨道的周期一般为20年左右，自从2003年我国高铁进入快速发展期，因此，近几年，高铁轨道的更换进入了一个集中爆发期，特别对于一些关键线路的重载铁路，列车密度大，长期运行过程中，线路负荷大，钢轨损耗问题更加突出。因此铁路轨道的更换和损耗修复就尤为重要，定期更换钢轨是提升线路质量和保障列车安全运行的重要手段。当前，国内铁路换轨作业仍严重依赖“人海战术”，传统人工在天窗期内仅能更换1-2公里，对于一些重载铁路，在天窗期4 小时内无法完成一体化换轨，需要跨天窗作业或者增加更多的人手，因此存在效率低下、安全风险高、施工窗口期紧张等核心痛点。本项目致力于研发一款集钢轨拆卸、搬运、对位、安装及扣件回收于一体的全自动化换轨设备（核心是中间连接零件的更换装置），代替人工进行换轨作业。与现有的大型换轨车或功能单一的更换装置相比，本设备设计上追求更高的集成度、模块化与操作灵活性，目标是覆盖从干线铁路到城市地铁的多种轨型与场景，实现换轨作业的“一站式”解决，将作业人员需求降至最低，并大幅压缩施工“天窗”时间。

基于 MEMS 技术的传感器及数据记录仪

西安交通大学陕西省微纳传感器工程技术研究中心，以院士和长江学者为学术带头人的研究团队组成，专门从事微纳传感器设计、制造和应用研究工作。根据军工、航空航天等领域的特殊需求，依托西安交通大学精密工程与测试技术研究所及机械制造系统工程国家重点实验室在特种MEMS传感器领域的技术、人才、设备优势，开展MEMS耐高温压力传感器、超高压压力传感器、高频响压力传感器、微型化压力传感器的设计、制造及产业化研究。中心在特种传感器研究方面，已授权国家发明专利 50 余项，获得国家技术发明二等奖1项和省部级科学技术一等奖 4项。目前，中心拥有科研生产用房1100平方米，各类MEMS传感器封装测试设备总价值1500万元以上。中心以高温、高压压力传感器、高频、微型、力、加速度等特殊需求传感器及数据记录仪作为主要加工、生产方向，建设完成了专用的 MEMS 微纳传感器及数据记录仪的生产和检验工艺线，建立了完善的传感器测试平台，通过了ISO9000质量管理体系认证及GJB9001B-2009国军标体系认证。(一)传感器篇1．XJA1高g值加速度传感器a. 特点 自主制造的微机械加工耐高g值压阻芯片 100,000g的量程，高过载保护 灵敏度高、长期稳定性好 高频响 高过载,小体积 低成本b. 概述XJA1高g值冲击加速度计采用的 MEMS压阻式硅芯片拥有自主的知识产权，其独特的内部结构，为传感器提供了可靠的过载保护、适当的空气阻尼及良好的密封性。主要用于航空航天、兵器、船舶、轨道交通装备等对冲击、碰撞、爆破产生的加速度测量。c. 技术参数过载保护：100,000g响应频率：≥100kHz供电；+5VDC满量程输出：60mV±20mV工作温度：-40℃～125℃相对湿度：0%～85%绝缘电阻：100MΩ(50VDC)重量：≤5g2．XJG2高温压力传感器a. 特点 自主制造的微机械加工耐高温压阻力敏芯片 可长期在高温下工作 灵敏度高、长期稳定性好 动态频响好 高量程、高过载b. 概述XJG2高温压力传感器采用MEMS 技术和SOI技术，集成平膜压力传感器芯体，并采用先进的梁膜结构设计，使其具有耐高温及瞬时高温冲击的能力、动态频率响应高（最高可达到1MHz）、超高量程，以及高过载（最大可承受满量程 20倍）等特点。“耐高温压力传感器”为国家高技术研究发展计划(863计划)MEMS领域重点项目成果，并通过部级成果鉴定，拥有自主知识产权(发明专利：ZL 01 1 28782.9和 ZL001.13961.4)。该压力传感器广泛应用于航空航天、国防、石油、化工、冶金、电力、船舶、汽车、医药、科研等领域对高温流体的测量。c. 技术参数耐瞬时高温冲击:2000℃测量介质：与硅、不锈钢、玻璃兼容的各种液体或气体量程：0～500KPa……150MPa供电：1.5mA或5mA或9V零位输出：≤±2mV3．XJG4微型压力传感器a. 特点 微型结构体积小、重量轻 长期稳定性好 测量范围宽 动态频响高b. 概述在空气动力学研究、飞行器及发动机试验、风洞试验、流体力学及水工试验、水轮机及水下兵器试验、生物医学应用，化爆或核爆冲击波等许多研究中，出于对不改变被测流场的考虑或受安放位置局限，必须原位测压时，常常对传感器的外形尺寸的微型化有较为苛刻的要求，以期在不干扰流场状态情况下，复现动态流场的变化规律。XJG4微型压力传感器正是为这些应用开发的，它采用了微型化设计的微机械加工工艺制成集成压阻力敏元件，进行精致巧妙的微型封装，通常外径在Φ8mm到Φ15mm、长度不超过25mm，并且可按照用户要求的形状与尺寸定制。微型压力传感器系列以其小巧的外形、高输出、高温、优异的动态和静态特性以及极高的可靠性而显示其特色。c. 技术参数测量介质：与硅、不锈钢、玻璃兼容的各种液体或气体量程：0～10KPa……60MPa 供电：1.5mA或5mA或9V零位输出：≤±2Mv 满量程输出：100mV±40mV过载压力：≥150%FS 工作温度：－25℃～85℃贮存温度：－40℃～125℃ 相对湿度：0%～85%绝缘电阻：100MΩ(50VDC)4．XJG8高频响压力传感器a. 特点 动态频响好 自主研制的微机械加工的耐高温压阻力敏芯片 长期稳定性好 测量范围宽b. 概述XJG8高频响压力传感器利用微机械加工技术使得集成硅膜片有效尺寸小，因而固有频率高；利用硅优良的弹性力学特性，加之低的电桥内阻抗，从而不仅利于获得高频响，低至零频高至接近固有频率的宽频带响应，而且有低至亚微秒的上升时间及非常平滑的幅频特性曲线。综合性能优于压电动态压力传感器，动态频率响应极高（最高可达到1MHz）。该系列传感器适用于军事工程、化爆试验、石油勘采与测井、材料、力学、土木工程学、岩土力学、创伤医学、液压动力机械试验等科学试验与现代化仪器仪表中，测量一些变化高、波形陡的动态压力波形与幅值、有效值，是动态测压的首选。c. 技术参数动态频响：最高1MHz测量介质：与硅、不锈钢、玻璃兼容的各种液体或气体量程：0～10KPa……60MPa供电：1.5mA或5mA或9V零位输出：≤±2mV绝缘电阻：100MΩ(50VDC)5．XJG7高过载压力传感器a. 特点 测量压力高 自主研制的微机械加工的压阻力敏芯片 具备瞬间动态高压力的抗过载能力b. 概述XJG7高过载压力传感器是一种能够承受并测量2GPa动态瞬间高压力的超高压力传感器，主要应用领域为动能弹侵彻、油井勘探、新型材料的高压合成、地下核弹爆炸、高速公路安全防护、动能弹拦截、车辆碰撞安全、水下冲击波的测量等。c. 技术参数测量范围： 0~2GPa传感器封装尺寸：≤ф30mm固有频率：≥500kHz精度：1%FS功耗： 10mW工作温度：-40℃~200℃耐瞬时高温冲击：≥3000℃，瞬时高温持续时间：100毫秒重量： ≤100克6．XJE2 高温高压充油压力芯体a. 特点 优良的线性特性 长期稳定性好 动态特性好 可长期在高温下工作b. 概述XJE2高温高压系列充油压力芯体采用高精度、高稳定性微压力敏芯片或SOI压力力敏芯片作为弹性敏感单元，通过（高温）充硅油工艺和（高温）精密补偿工艺，可实现（高温下）0～60MPa…～200MPa 的压力测量。将 XJE 系列充油压力传感器芯体装入具有标准和特定螺纹的压力接口中，可制作出结构型式多样的压力传感器，并与标准信号处理电路配合，可将压力信号转换成多种工业标准电信号输出，适用于各种不同压力测量产品的组装和生产。c. 技术参数测量介质：与不锈钢、密封圈兼容的各种液体或气体量程：0～60MPa……200MPa内阻：1KΩ～6KΩ，25℃供电：1.5mA或5mA或9V零位输出：≤±2mV满程输出：80mV±20mV过载压力：≥200%FS7．XJB2高温压力变送器a. 特点 自主研制的微机械加工的耐高温压阻力敏芯片 灵敏度高，长期稳定性好 激光全焊接封装 测量范围宽 分体式设计，用户可调整零位、满度b. 概述XJB2高温压力变送器选用耐高温压力传感器芯体，由于采用MEMS技术和SOI技术，集成平膜压力传感器芯体，并采用先进的梁膜结构设计，使其具有耐高温及高温瞬时冲击的能力。传感器输出信号经过分体式变送盒的放大处理，将其转换成标准电信号。传感器壳体采用激光焊接封装，确保了该产品的优异性能和长期稳定性。分体式设计，便于用户调整零位、满度，该压力变送器广泛应用于航空、航天、国防、石油、化工、冶金、电力、船舶、汽车、医药、科研等领域对高温气体、液体的测量。c. 技术参数耐瞬时高温冲击: 2000℃测量介质：与硅、不锈钢、玻璃兼容的各种液体或气体量程：0～500KPa……150MPa供电电压：标准24VDC或12VDC～32VDC输出信号：4～20mA或1～5V或 0～5V或0.5～4.5V(5VDC供电)8．XJB6智能数字压力变送器a. 特点 宽温液晶数字显示 全温度范围内的数字化温度补偿技术及非线性修正技术 数字量输出，抗电磁及射频干扰能力强。 可模拟量（4～20mA）同时输出 具备通讯输出接口（RS-485），便于总线组网应用 长期稳定性好 性价比高、精度高b. 概述XJB6是一款高精度、高稳定性的数显变送器产品。变送器传感器芯片工作温区广、信号处理部分可进行非线性和温漂补偿。解决了模拟变送器温度漂移等问题，数字量输出、抗干扰性强、无需其它采集设备，可直接与计算机通讯。该产品采用专用宽温液晶显示，并通过精密数字化温度补偿及非线性修正技术精心制造。通用的RS485总线，方便组成网络化的压力检测系统。产品在输出标准模拟信号的同时，可扩展各种通讯接口，是普通压力变送器的理想替代产品。该产品广泛适用于石油化工、水电、城市供水、科研等领域液体压力的精密测量与显示。c. 技术参数测量介质：与硅、不锈钢、玻璃兼容的各种液体或气体量程：0～20KPa……150MPa供电电压：标准24VDC或12VDC～32VDC输出信号：模拟量4～20mA/数字量液晶显示（RS485通讯输出）过载压力：≥150%FS(二)记录仪篇1．抗高过载微型记录仪HGR-10/20型数据记录仪内部采用一套数据采集电路、一套数据存储电路和一套数据传输电路，安装在专用的金属壳体内。在壳体内填充有缓冲保护层对电路进行过载保护，使记录仪抗强冲击过载能力达5万g；记录仪具有体积小、多通道高采样率、大容量、低功耗、抗高冲击过载、数据记录可靠性高等特点，适用于高过载环境下的多参数数据采集。表1 HGR-10/20主要性能指标型号 HGR-10 HGR-20数据通道 1通道（H）+4通道（L） 1通道（H）+4通道（L）采样率高速通道3MHz，12位ADC 高速通道8MHz，12位ADC低速每通道125KHz，8位ADC 低速每通道500KHz，8位ADC体积 φ30×35mm3重量 50克抗过载能力 5万g供电要求 5V，50mA动态范围根据用户具体要求设置输入阻抗 ＞1MΩ频率响应 0.1 Hz～500KHz共模拟制比 ＞90dB存储容量 1～4G字节传输接口采用USB2.0标准，300M字节/分钟工作温度范围 -40℃～50℃在HGR-10/20型数据记录仪的基础上，可以根据用户要求定制记录仪，模拟通道数可以增加至16通道还可以增加数字通道，采样率也可以进行灵活配置。2．抗高过载大容量可编程高采样率 XX 记录仪HDR-10/40/80具有 8个同步采样的模拟通道，输入电压范围、输入通道数、采样频率和采集时间可以编程，记录器具有存储容量大、抗高过载、数据记录可靠性高等特点。表2 HDR-60/80/90主要性能指标型号 HDR-10 HDR-40 HDR-80数据通道 1通道同步4通道同步8通道12位ADC 12位ADC 12位ADC采样率 80MHz，每通道20MHz 每通道10MHz体积电路仓体积φ52×46mm3，电池仓体积52×66×20mm3重量 235克抗过载能力 5万g供电要求自代电池8.4V/1000mAh，功耗200mA动态范围根据用户具体要求设置输入阻抗 ＞1MΩ频率响应 0.1 Hz～8MHz共模拟制比 ＞90dB存储容量 4～16G字节传输接口采用USB2.0标准，300M字节/分钟工作温度范围 -40℃～50℃3．多路模拟信号及多种总线通讯数据记录仪MBR-200型记录仪具有32路模拟信号通道和一路总线数字信号通道，按照一定的采样频率，存储被测产品在测试过程中的各种模拟信号（例如振动信号、冲击信号、压力信号、温度信号等）和被测产品中心处理器产生的总线上的数字信号（包括RS232、RS485、RS422和CAN总线等）。模拟信号每通道输入电压范围和每个通道的采样率可以分别进行设置，既可以同时采集高速信号和低速信号；数字通道的总线类型、同步方式和波特率可以设置。记录仪采用2路冗余的存储系统，内置高容量独立的电池系统，安装在专用的壳体内，内部填充高强度树脂材料。记录仪数据通过SPI接口上传至上位机。表3 MBR-200主要性能指标型号 MBR-200模拟通道 32通道采样率 100 KHz，12位ADC总线类型 RS232、RS485、RS422和CAN可选波特率 9600、19200、115200、1Mbps可选体积 65×70×55mm3重量 560克抗过载能力 5万g供电要求自代电池8.4V/1000mAh，功耗100mA动态范围根据用户具体要求设置输入阻抗 ＞1MΩ频率响应 0.1 Hz～500KHz共模拟制比 ＞90dB存储容量 4～16G字节传输接口采用USB2.0标准，300M字节/分钟工作温度范围 -40℃～50℃4．冲击过载测试记录仪IAR-100型记录仪采用抗高过载测试技术和高g值加速度计，获取在给定弹目交会条件下的冲击加速度曲线。与被测产品同样的目标和着靶速度条件下，冲击过程中记录仪和被测产品受到的冲击加速度幅值和历程相同。冲击试验完毕后回收到记录仪，读出冲击加速度数据，并对冲击加速度进行积分获得模拟试验弹的速度曲线，再对速度数据积分获得模拟冲击试验弹的位移曲线，通过速度曲线和位移曲线来评判加速度测试的准确性。表4 IAR-100主要性能指标型号 IAR-100采样率 100kHz数据分辨率 8位二进制，即40g/LSB加速度测量范围 -10000g～+50000g测试误差不大于15%加速度传感器的非线性误差不大于10%交叉轴灵敏度不大于10%形态形状与结构与被测产品完全相同质量质量与被测产品完全相同抗过载能力 10万g供电要求自代电池，功耗10mA输入阻抗 ＞1MΩ频率响应 0.1 Hz～100KHz存储容量 1G字节传输接口 SPI数字接口，100M字节/分钟工作温度范围 -40℃～50℃5．恶劣环境下无线分布式存储测试系统无线分布式存储测试系统由数据控制中心和若干个测试节点（无线存储测试系统）组成。无线存储测试系统将ICP传感器、信号调理电路、数据采集存储电路、时间统一电路、控制系统电路、无线数据通讯模块、电源管理电路和电池组等集成封装成一体，构成一个可植入爆炸现场独立工作的微小系统，具有很高的可靠性。数据控制中心通过发送测试命令来控制、管理以及协调测试节点去完成测试任务，而测试节点主要是负责采集爆炸冲击波场信号，并回传给数据控制中心，进行后续分析处理。由于无线存储测试系统防护等级达到10万g，较好地解决了“引线电测法”的各种问题，可靠获取冲击波超压曲线，并通过计算得到正压持续时间和冲量。表5 IAR-100主要性能指标型号 DTS-100采样率采样率可以编程，100 K Hz~4 MHz；数据分辨率 12位二进制放大倍数 8档放大倍数可编程输入阻抗 1MΩ传感器指标量程范围是50 psi ～15 000 psi，谐振频率大于500 kHz，响应时间小于1 μs，非线性小于1%FS体积 φ60×120mm3重量 500克电池容量 1Ah抗过载能力 10万g存储容量 4G字节读数接口 USB2.0 高速模式，传输速度为100M字节/分钟工作温度范围 -40℃～50℃无线电作用距离 1Km

小尺寸大宽带吸声超结构技术

本项目是一种小尺寸大宽带吸声超结构技术，首次提出超结构虹吸效应，结合多腔共振机理，突破了共振吸声系数与吸声面积间的矛盾限制，解决了小尺寸低频大宽带吸声难题，获得了各种频段吸声系数高达95％的小尺寸低频大宽带吸声超结构。本项技术的优势：1）低频吸声效果好，与国内外现有材料体系相比，可将100Hz-4000Hz吸声系数由 40%以下提升至 90%;2）结构尺寸更小，是其它同等效果产品的 1/2 到 1/3 左右，工程应用潜力大；3）组分材料灵活，可根据应用环境的不同选择不同的加工材料。

美刻思源盲文刻印系统

在本项目中，拟针对上述问题，本项目拟进行本土化的盲文刻印生态链建设布局，其中硬件方向，即为盲文刻印机设备的全国产化研发，其研发不仅包括针对于机构（B2B）的工业级，商业级设备，还包括目前尚未面试的，针对个人（B2C）的家用级设备。而软件及服务方向，除了针对中文盲文优化的自动化排版系统外，也将打造针对于视障人士的云端共享平台，通过优质资源的提供，不但能够促进刻印机本身的销量提升，还能提升客户粘性，实现企业的持续造血。最终也让特殊群体也能享受到科技进步所带来的便利。通过本项目的实施，不但能够快速占领超 1500亿元的空白市场，还能够通过提高特殊群体的受教育程度，完成全国共同富裕的伟大梦想，同时具有极高的经济价值与社会价值。本项目技术提供方为西安交通大学李兵，教授，博士生导师。蒋庄德院士团队核心成员。“中华人民共和国成立 70 周年”纪念章获得者。中国机械工程学会高级会员，“国家教指委机械工程协作组”成员，入选教育部新世纪人才计划。英国伯明翰大学Honorary Research Fellow。机械制造系统工程国家重点实验室、微纳制造与测试技术国际合作联合实验室固定研究成员。长期从事精密超精密加工与测试技术及装备制造等方面的研究，在数字化精密测量与超精密加工技术与装备的工程科技领域开展了创新性研究，发表论文百余篇，拥有专利80余项。主持“04专项”、“国家重点研发计划”、“国家自然科学基金”等多项国家级项目。研究成果获国家科技进步二等奖1项、省部级科技奖5项。近年来，与东方电气集团有限公司、秦川机床工具集团股份公司等国内制造业龙头企业开展多次合作，协助解决了企业内部的数十项技术难题。

金属电弧喷涂快速制模技术

金属电弧喷涂快速制模技术是一种基于电弧喷涂、快速原形、机器人控制和材料科学的模具制造工艺。它通过电弧喷涂工艺制造模具的金属型壳，通过材料累加原理制造出具有材料梯度、功能梯度结构的模具，是一种近净成形的模具制造技术。该技术可用于制作金属冲压模具、热压成型模具以及塑料模具等。目前已经在飞机、汽车、拖拉机、家电、塑料、制鞋等行业中成功应用，特别适用于为新产品开发、试制以及小批量生产提供快速、低成本模具的场合，属于极具发展潜力的一种模具制造新技术。图1 金属喷涂快速制模工艺路线——反向喷涂图2 金属喷涂快速制模工艺路线——正向喷涂

增材制造（3D 打印）技术

西安交通大学自 1993年开始增材制造（3D 打印）技术研究，是国内最早开展增材制造技术研究的单位之一。经过二十年的发展，西安交通大学形成了多种增材制造工艺和装备，建立了以快速制造系统为特色工程应用的研究队伍，产生了以卢秉恒院士为学术带头人的“增材制造”教育部创新团队。研究团队依托机械制造系统工程国家重点实验室（西安交通大学）开展基础研究，在高分子材料、金属、陶瓷、复合材料、智能材料的增材制造等方面取得进展，多项技术成果处于国内领先、国际先进水平。为推动3D打印技术的产业化，在 2000 年成立“教育部快速成形制造工程研究中心”（市场经营主体为陕西恒通智能机器有限公司），2007年成立“快速制造国家工程研究中心”（市场经营主体为西安瑞特快速制造工程研究有限公司）。建立了一套支撑产品快速开发的快速制造系统，研制、生产和销售 16 个型号的激光快速成型设备、快速模具设备及三维检测设备。同时开展快速原型制作、快速模具制造以及逆向工程服务。产品在全国各院校、汽车、电器等企业销售应用十多年，客户近万家。近年协助政府和企业在多个地区成功建立产学研结合的推广基地、快速成形制造服务制造中心。通过企业化运作，目前在全国已建立创新服务平台 20多家，创新人才培养基地近 10 家，为2000 多家企业提供新产品创新创意设计及快速制造服务。通过近二十年的技术研发与推广应用，设备用户遍布医疗、航空航天、汽车、军工、模具、电子电器、造船等行业。此外，还积极拓展国际市场，相关设备销售到印度、俄罗斯、肯尼亚等国家，成为具有国际竞争力的快速成形设备制造单位。2016年工业与信息化部批准在西安成立国家增材制造创新中心，中心联合国内主要科研与产业化优势单位开展共性技术研究和产业化孵化作用。西安交通大学在增材制造方面获得国家科技进步二等奖1项，国家技术发明二等奖3项，省部级一等奖4项，在增材制造领域获得发明专利400余项。以下为本研究团队的近年来的研究成果。

陶瓷与高温合金复合构件及其制造方法

氮化硅（Si3N4）陶瓷是一种高温结构陶瓷，具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损、以及优异的高温力学性能和热稳定性，是非常有应用前景的结构陶瓷，但是由于Si3N4陶瓷硬度大、易脆裂、机械加工性能差，限制了其大规模的应用。镍基高温合金具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性和加工性能等综合性能，与Si3N4陶瓷在性能上形成了一种明显的互补关系。将Si3N4与高温合金连接起来制成陶瓷/金属复合构件，这样既可以发挥 Si3N4陶瓷材料本身优异的高温性能，又可以展现出高温合金材料优良的塑韧性，可极大的拓宽材料在航空航天等高端装备领域的应用前景。因此，耐高温的Si3N4陶瓷与金属连接的研究，已成为一项有着重要工业应用前景的高新技术研究项目，受到了各工业发达国家的高度重视。为了实现陶瓷、金属的有效连接，大量的连接方法，如扩散焊、部分瞬间液相连接。自蔓延高温合成连接和钎焊等被相继开发出来。但是目前的陶瓷/连接技术其连接界面均为平直界面，必须要借助中间材料来实现陶瓷与金属的连接，因此仍然存在几个制约其使用的问题：（1）由于陶瓷与金属之间固有的理化特性差异和材料润湿性的问题，仅依靠钎料或中间层材料，难以有效的减缓陶瓷与金属之间的性能差异，导致接头部位的残余应力大、连接强度较低、稳定性和可靠性也较差，在服役过程中易出现连接部位的冲击碎裂、蠕变裂纹等形式的失效；（2）由于钎料或中间层材料的熔点较低（≤1000℃），导致陶瓷/金属复合构件无法满足高温热载工况下的使用要求：（3）传统的焊接连接工艺难以实现大型复杂结构件的连接，无法满足复杂、苛刻的服役工况对陶瓷/金属复合构件的要求。为了解决上述陶瓷/金属复合构件制备和使用过程中存在的问题，团队开发了一种陶瓷与高温合金复合构件及其制造方法，在陶瓷/高温合金的结合部位引入了连接结构，采用物理铰接的方式在陶瓷/高温合金连接的冶金结合之外，再增加一种机械咬合，从而实现陶瓷/高温合金的双重强化连接。陶瓷与高温合金复合构件中，陶瓷基体和高温合金基体之间通过物理连接结构连接；物理连接结构包括：陶瓷基体上设置的用于与高温合金基体连接的第一物理连接结构，以及高温合金基体上设置的用于与陶瓷基体连接的第二物理连接结构；过渡层设置于陶瓷基体与高温合金基体的连接界面上。本发明通过一体化 3D 打印成形，得到陶瓷与高温合金复合构件的成型体；对成型体表面进行去粉处理、强化烧结，得到陶瓷与高温合金复合构件。在陶瓷高温合金的结合部位引入了连接结构，采用物理铰接的方式在陶瓷/高温合金连接的冶金结合之外，再增加一种机械咬合，从而实现陶瓷/高温合金的双重强化连接。

复杂轴类工件多特征跨尺度自动化测试设备

随着精密加工技术的发展,精密轴的型号数量不断增加,其产量与质量也不断提高。同时,随着制造业的升级,对精密轴检测的效率和精度的要求也在不断提高。在一些大型机器中,精密轴作为基础零部件,其质量对整个机器和系统的工作性能起着至关重要的作用。与此同时,轴的特征参数种类繁多,从前的测量技术越来越难以满足目前测量的效率需求,对于轴多样化参数的检测需求,市场上缺少可以对轴的多个参数同时进行检测的设备,检测效率难以满足实际生产能力。项目针对轴类零件测量中效率低、人工干预较多、复杂特征难以高精度定量检测的问题，融合机器视觉与深度学习等先进技术，成功研发了一台复杂轴类工件多特征跨尺度自动化测试设备。

移动式磁共振成像诊疗设备

磁共振成像（MRI）诊断设备是现代医学诊断中最重要的常用医疗设备。MRI是重要脏器疾病和损伤（除肺脏外）确诊的最重要手段。头颈神经系统疾病的诊断尤其重要，较CT 在精细解剖结构的判定上是不可或缺的确诊手段，如脑卒中超早期确诊；广泛性颅脑损伤或弥漫性轴索程度判定；脑和颈髓急性病变；急性颈椎损伤等。目前医院内的固定式磁共振成像系统，较难以完成对头颈“急危重”患者的快速检查和诊断，临床迫切需要小型化、移动化的磁共振成像系统。磁共振成像系统主要由五部分构成，即磁体、谱仪、梯度、射频、计算机即图像处理系统等组成各部件之间相互连接，由计算机控制，协调。根据磁场产生的原理不同，目前市场上的磁共振系统主要以永磁型和超导型为主。限制磁共振成像小型化的主要原因在与磁体的选择设计以及成像算法的开发。基于此团队着重从磁体以及成像方面进行突破，开发了以下相关技术：核心技术一：磁体技术：磁体阵列能够在规定范围内产生高达120mT的主磁场，并提供x方向磁场梯度，同时由线圈提供y和z方向磁场梯度。核心技术二：成像技术：在永磁体产生的低场强、非均匀主磁场、非线性梯度磁场下的图像重建算法-共扼梯度算法。核心技术三：射频技术：采用低频线圈，实现在超低场下的射频激发采用具有相位差的驱动信号对线圈进行激发与信号接收。

基于视频的全场高精度振动测试、结构健康监测系统及仪器设

随着经济建设的快速发展和科学技术的不断提高,对工业设备的性能要求以及产品的精密化程度也提出了更高的要求,尤其在测量技术领域。在电子工业,汽车工业以及医学影像等领域都需要对位置,位移和振动等进行测量,常用测量方法以接触式为主,如位置传感器,拉线式位移计和 GPS 卫星测量法等,随着基础硬件技术的突破,非接触式测量也逐渐在工业中应用,如激光,超声波和视觉等测量技术,视觉测量技术可以远离被测物体,采用摄像头对被测物的移动进行图像采集,再通过计算机进行有关的数据分析得出精确的位移,不仅可以测量静态物体,还对动态物体进行跟踪测量。机器视觉作为革新技术,可以满足目前国内工业的高精密自动化生产需求。在二维平面中,视觉测量已经趋于成熟,但仍存在摄像机倾斜导致三维点测量偏差,运动目标提取与识别难的问题。

声振温一体化监测诊断系统

从电器文明开始，短短一个世纪的时间，人类在科学探索的步伐上已经从工业进入了智能化的技术环境。随着物联网的发展，数据时代到来，各行各业也在争相抓住契机，利用新时代科技智能手段，帮助企业更好发展。其中，传感器技术的应用，为工业监测带来了新的惊喜。它在工业自动化系统的监测过程中，起到巨大作用，可以实时监测将监测到的信号经过转化后以数据的方式提供给人们，做到实时监测，确保工业自动化系统的正常运行。现阶段，监测工业机械运行一般使用振动传感、温振一体化传感器等，存在成本高、易误报、不能对早前故障进行监测等问题；而故障早期诊断对于维护设备安全、保障工业体系正常运转具有重要意义。针对现有故障监测系统存在的问题，团队开发了基于声纹、振动、温度一体的声振温一体传感器，该传感可综合感知监测对象声音、振动、冲击脉冲、温度以及倾角数据，全面覆盖旋转设备早中晚期故障信息。同时，开发了旋转设备声振温一体化监测诊断系统，其由有线/无线声振温一体传感器、采集网关、电脑WEB端构成，同时适配云平台、手机端小程序。通过有线/无线声振温一体传感器将设备运行时的冲击脉冲、三轴振动、噪声、温度数据采集传输至数据库服务器，依托独有的异音分析、健康因子指标专利算法，实现设备状态实时监测与故障诊断。

复杂曲面零件五轴加工误差预测与溯源

零件的加工误差来源于数控机床的误差，利用数控机床误差数据，开发复杂曲面零件五轴加工误差预测与溯源软件，协助企业工程师和操作工人在加工前判断零件加工误差能否满足公差要求，在加工后对加工误差进行溯源调整，对提高零件的加工精度和加工效率有重要意义。图1 数控机床误差引起的复杂曲面零件表面局部误差本项目基于前期研究形成的误差预测及分析算法，开发复杂曲面零件五轴加工误差预测与溯源软件。开发软件用于辅助现场工程师和操作工人，在加工前提前判断零件加工精度是否满足要求，保证零件加工精度、提高零件加工效率。在加工后对加工误差进行溯源分析，找到零件加工误差的来源和解决方案。

工业机器人高精高效加工配套智能主轴

本项目针对航天舱体、飞机蒙皮、舰船螺旋桨叶片等大型复杂零件高精高效加工难题，研制与工业机器人相配套的智能主轴。主轴转速达 20000r/min，径向跳动和轴向跳动小于 3μm,动平衡精度 G0.4。该智能主轴具备多传感信息感知、加工状态在线监测、异常辨识与自诊断、振动主动控制等功能模块，适用于铣削、钻削和磨削等加工，实现铣削轨迹精度和制孔定位精度均在 0.3mm 以内。

复杂曲面三维轮廓扫描仪

技术瓶颈：测量速度与精度难以兼顾！以汽轮机叶片为例，一台大型汽轮机大约有700 个叶片，若年均生产 50 台机组，所需叶片零件达 35000 个；目前国内对叶型的检测采用的三坐标，测量机进行逐点测量，平均测量一个叶片的时间长达 1 小时(型面检测)；三坐标机型线检测(10min) 。技术发展：阶段一：CMM、点线激光扫描测量，精度高，但速度慢，小物件、特定尺寸检测等；阶段二：面结构光全场测量，高速，但精度不高、人体三维扫描、文物遗产保护、虚拟现实(VR)、模具测量等；阶段三：面结构光全场精密动态测量、高速、高精度、现场，工业零部件光滑表面全尺寸测量、结构形变检测、逆向工程、文物修复等精密检测。

超高真空离子辅助原子级界面低温键合系统

随着功率电子器件、集成电路芯片及新型光电集成芯片的发展，纳米集成与封装、异构集成成为当前的研究热点之一。本产品主要应用于功率电子器件、集成电路芯片及新型光电集成芯片的纳米集成、电子封装和异构集成，克服了传统芯片键合中的中间键合层（TIM）太厚（微米级）所导致的界面热阻过大、热应力集中和集成度降低等弊端，从而影响功率电子器件与集成电路芯片性能的发挥。本项目采用超高真空环境，避免了环境因素对键合界面的影响；采用离子辅助表面清洁与原子层沉积技术相结合，从而实现原子级界面键合，使得界面键合层从微米级降到纳米级，从而大幅降低了异构集成器件的界面热阻和热应力集中，提高了系统集成度和性能 (输出功率、更高的工作频率、可靠性)。可以实现半导体与半导体、金属与半导体、金属与非金属的键合。本设备系统主要包括超高真空系统、样品传递系统、样片离子清洁系统和原子级键合系统，同时可以集成其他表面测试系统对键合界面进行原位表征。

SiC 漂移阶跃恢复二极管开关

SiC漂移阶跃恢复二极管开关（DSRD）是一种半导体开关二极管，一般应用于超宽谱(ultra wide band，简称uwb)脉冲系统，是脉冲功率器件的核心。它具有纳秒级甚至皮秒级的开关时间，具有高效率、高稳定性、重量轻、结构简单等优点，因此在超快脉冲信号源中起到至关重要的作用，因此在高功率微波、超快激光及超快开关领域具有广泛的应用前景。

基于硅基光学微腔的芯片集成传感器

早在19世纪，英国著名科学家瑞利勋爵（LordRayleigh）首次使用“耳语廊模式”，也称为“回音壁模式”一词来描述声波在圣保罗大教堂的圆顶中的传播原理。回音壁波模式也用来描述任何在凹面周围传播的波的影响。本项目基于回音壁模式声学腔原理，提出一种回音壁模式光学微腔结构并应用于高端传感领域，由于电磁波在从光密介质向光疏介质传播时会发生全反射现象，当光线沿着几何结构边界内壁传播时会发生连续的全反射，光束被约束在环形边界上，从而产生类似的回音壁现象。若光束绕几何结构边界行走一圈的光程满足波长的整数倍时，会产生干涉加强现象即共振现象，其中用来约束光场的环形结构即被称为回音壁模式光学微腔。回音壁模式光学微腔广泛用于纳米尺度颗粒物检测以及各种微腔环境物理参数传感，如温度、磁场、气体、应力以及陀螺仪等。相比传统技术路线传感器，光学微腔传感器将开创超敏感光学微腔传感器领域，广泛应用于物联网技术、工业自动化、航空航天、军事工程、无人驾驶、机器人技术海洋探测、环境监测等各种领域。

白光干涉仪（光学轮廓仪）

Xshape-I 系列白光干涉仪是一款完全国产化的高端光学无损 3D 检测仪器，针对微纳结构、几何关键尺寸、粗糙度和表面轮廓等。目前在高端制造业应用有：半导体晶圆检测、超精密光学元件制造、微机电系统 MEMS 检测、高端机械装备制造、微电子表面涂层、薄膜制造等。图1 白光干涉仪仪器测量范围能实现从超光滑表面粗糙度到 200 um 的台阶；表面反射率从 0.5%~99.9%的样品均可适用；满足 2~12 英寸硅片或晶圆等的无损检测。

基于弹性湍流的微通道强化散热技术

本项目源自高功率电子器件应用行业实际技术需求，属于行业共性问题。随着MEMS/NEMS技术和新一代半导体材料的发展，电子器件微型化、集成化程度不断提高，导致其热流密度持续增大，高集成度、高功率电子系统的热管理问题极具挑战，已成为制约其性能及规模化应用的主要瓶颈之一，是工程热物理、微电子与微纳加工交叉领域的热点和前沿问题。目前超高热流散热核心技术被少数发达国家掌握，热流密度>1 kW/cm2的散热技术已经通过了实验验证。我国在微通道对流换热强化、流动沸腾机理与调控技术方面已开展了大量研究，但在传热性能和技术应用方面仍落后于欧美国家。总体而言，微流体冷却技术存在单相传热性能相对较差、两相流动不稳定的问题，亟需针对高集成度、高功率电子系统超高热流密度冷却技术开展研究，实现技术突破。微通道散热器比表面积大、热输运能力强、易与高功率电子器件实现集成，已成为最具前景的超高热流散热技术。第一代远端冷板散热技术的散热能力小于100W/cm2，第二代穿透式液冷散热技术的散热能力约为200~400W/cm2，本项目提出基于弹性湍流的嵌入式微通道高效散热技术，可以实现热沉冷却能力≥1000W/cm2，散热器表面温度≤70℃，冷却热流密度相比传统液冷冷板等经典技术提升 10 倍以上。该技术可突破高功率电子器件散热技术瓶颈，带动高频、高集成、高功率电子器件产业链升级，提升国防军工、信息技术和智能制造等相关产业核心竞争力，产生显著的经济和生态效益。

先进传感材料与器件制造

工业4.0物联时代，传感器肩负重任，工业互联网将依靠智能的机器加上先进的分析工具，实现通信、计算、控制的三位一体。这其中，传感器是数据采集的入口，是物联网的神经末梢。半导体气体传感器当前已在环境污染监测、爆炸物检测、国家安防等领域得到了初步应用。这类传感器一般需要在高温工作，能耗高，长时间探测易使设备老化，可靠性差，难以便携。发展柔性低功耗传感器技术，有望在上述领域推动传感器工作模式的革新发展，并拓展其在可穿戴器件、人体健康监测、动力电池安全监控分析等新型领域的应用。本项目一方面利用自研的具备国际领先水平的高性能气体传感材料，推广其在国内外高校、科研院所与企业的应用；一方面，借助微电子打印与 3D 打印技术，研发出新型的柔性传感器芯片，推出高通量传感器制备技术与联网数据采集方法，将之用于锂离子动力电池安全联网监控、人类高危疾病的快速筛查监测等国内研制初级领域，率先建立相关行业标准与占据市场高地。通过本项目的实施，有望在柔性电子传感器芯片领域及其在新能源汽车、大健康等应用场景提供成熟服务方案。