技术成果_创新成果-科创海

金属腐蚀疲劳裂纹扩展检测装置

科技处

-/先进制造与自动化

试样的裂纹检测是研究腐蚀疲劳的重点，裂纹扩展速率与试样疲劳寿命直接相关，GB/T6398-2000《金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法》中详细介绍了疲劳裂纹长度的各种测量方法，包括柔度法、电位法等以及裂纹扩展速率的测定方法，这些方法都是借助一定的物理基础，通过公式计算，间接获取疲劳裂纹长度的值，这就导致测量值与实际值之间在一定程度上存在误差。若能通过直接观测、量取疲劳裂纹长度值，则能更加真实的反应材料件的疲劳裂纹扩展情况。

针对模拟船用结构件在海洋环境中服役时发生的腐蚀疲劳问题，该项目设计了一种腐蚀环境装置进行腐蚀疲劳试验，并采用长距离工作显微镜为辅助装置，测量试样疲劳裂纹的长度，并计算其裂纹扩展速率。该装置包括底座与腐蚀介质盛装容器。所述底座下表面设计有疲劳试验机装夹件，用于疲劳试验机下夹头的装夹；底座上表面设计又试样锁定件，用于疲劳试样下端的固定；疲劳试样的上端通过疲劳实验机上夹头夹持。所述腐蚀介质盛装容器为筒状结构，底端固定安装在底座中圆形台面上表面；底座中的试样锁定件位于腐蚀介质盛装容器内。

该项目优势：1. 实现了静置状态下，金属材料在腐蚀介质中腐蚀疲劳性能的测量；2. 设计有透明窗口，可方便观察试验全过程的状态；3. 在长工作距离显微镜的辅助下，本发明用于测试金属腐蚀疲劳裂纹扩展的装置及方法，在测试金属材料预制裂纹的扩展速率方面有极大的优势，例如中心裂纹腐蚀疲劳试验与边缘裂纹腐蚀疲劳试验；4. 用于测试金属腐蚀疲劳裂纹扩展的装置中，底座采用一体化设计，可避免应力集中现象，延长装置的使用寿命；5. 用于测试金属腐蚀疲劳裂纹扩展的装置中，金属片的设计可避免试验过程中疲劳试样发生滑动，同时也方便试样的取换。

氢气浓度检测装置

科技处

-/电子信息

氢气是重要的化工原料，也是重要的清洁能源，因此得到了广泛应用。氢气分子非常小，无论是固态还是液态的氢都非常易挥发、易燃、易爆，在存储与运输过程中易发生泄漏。当空气中泄漏的氢气浓度达到4%-74.2%，空气变得易燃，从而也极易导致空气爆炸。因此，研制能探测氢气爆炸下限范围内浓度变化的探测器显得尤为重要。

目前，氢气的检测技术主要有光纤氢气传感器、电化学氢气传感器、半导体氢气传感器、声表面波(SAW)传感器、光声气体传感器、气相色谱-原子吸收光谱法、质谱法等。与其他类型的传感器相比，光纤氢传感器具有许多独特的优点：体积小，重量轻，安装简单，成本低；灵敏度高，响应时间短；光纤传感系统不易受电磁场干扰，能避免产生火花，对被测环境干扰小，这不仅能够提高系统的安全度，而且可以减少维护成本，增加使用的可靠度。

根据检测原理的不同，光纤氢气传感器分为F-P干涉型、微镜型、消逝场型、布拉格光栅型等类型。F-P干涉型和消逝场型的氢气传感器制造技术复杂、可靠性差；微镜型和布拉格光栅型氢传感器发展较为成熟、开始进入实用检测氢气浓度，由于使用的光纤类型限制，这种技术受温度的影响大，容易产生温度和氢气浓度传感信号交叉，影响其使用效果。

该项目开发出一种基于保偏光子晶体光纤干涉系统的氢气浓度检测装置。传感光纤可以制作成满足检测浓度要求的最佳长度，所镀钯膜的长度可以较长，且钯膜的长度越长，氢气浓度检测灵敏度越高。对于其他类型光纤氢气传感器，该项目所开发装置中增加光学检测系统中传感光纤的镀膜长度易于实现，从而提高了氢气检测的灵敏度。

该项目所开发氢气浓度检测装置的优点在于：1. 利用镀有钯膜的保偏光子晶体光纤作为氢气传感头来获取被测对象的氢气浓度信息，具有温度和电磁干扰不敏感的特性，使测得的氢气浓度检测结果精确、测试适应性强。2. 利用该光纤传感系统作为检测装置，该装置中的镀有钯膜的保偏光子晶体传感光纤可以根据检测灵敏度要求设计镀膜部分长度，通过增加镀有钯膜光纤的长度，可以提高氢气检测灵敏度。3. 利用该光学检测系统作为检测装置，测试系统性能可靠、稳定，结构简单、操作方便，抗干扰能力强、精度高，实现对波长的绝对检测，波长检测精度高。4. 设计所使用的光纤耦合器反射端作为光源与光谱接收装置的共用端口，增强了系统的集成性并降低了成本。

扫描式物体表面三维形貌测量方法及装置

科技处

-/先进制造与自动化

激光三角法作为典型的非接触光学主动三维测量方法，广泛应用于三维形貌测量、逆向工程和质量检测等诸多领域。激光三角法每次只能对一个点进行测量，因此需要采取一些措施实现对整个物体的形貌测量。常见的措施包括：光束扫描、物体位移以及光束扫描与物体位移结合等方法。常见的光束扫描方式包括：振镜扫描法、AOD声光器件扫描法、多面转镜扫描法等。振镜扫描法扫描速度受到限制，AOD声光器件扫描法的扫描范围较小，都无法同时实现大范围高速扫描。

该项目使用多面转镜对光束扫描，同时结合物体的运动实现了大范围高速扫描测量。该装置由测量头、位移台、计算机组成，计算机通过数据线分别与测量头和位移台连接；其中，测量头由激光器、扫描装置和成像装置组成，激光器与成像装置的光轴之间保持预定夹角，放置于扫描装置的同侧；扫描装置包括电机、多面转镜，角度编码器，电机带动多面转镜和角度编码器高速旋转；成像装置包括成像透镜和相机。其主要优点是扫描速度快、范围大，具有较大的景深，测量精度高，操作简单，几乎不需人工干预。

伸缩式管道机器人装置

科技处

-/先进制造与自动化

管道机器人属于特种机器人的研究范畴，是一种可在管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统。目前常见的管道机器人有轮式管道机器人与履带式管道机器人，普遍存在牵引力差、越障能力差，且体积较大，只能适用于大口径管线等问题。此外，由于地下管线往往深埋，铺设环境复杂，目前各类管道机器人所使用的定位技术均有或多或少的缺陷。GPS定位与电磁定位方法无法应用于深埋地下管线中机器人的定位；单一里程计定位误差较大，且不能获得机器人运动的三维姿态；视觉定位方法目前大多处于研究阶段，实际应用中还有诸多问题。此外，上述技术更难以获得被检测地下管线的三维坐标。

针对上述问题，本项目开发出一种新型管道机器人装置，主要面向非开挖技术铺设的各类地下管线，具备双向行走能力、较强的爬坡能力和优异的环境适应能力，并能适应多种不同口径的管道。此外，机器人前端配有CCD摄像头，并配有上位机系统，用户可在上位机实时观察管道内部视频图像。

与现有的管道机器人相比，该项目优势在于：1. 主体结构采用多节模块设计，便于机器人顺利通过弯曲管道；2. 机器人达到IP68的防护等级，能够长时间在地下恶劣的环境中使用；3. 能自动检测锁止机构是否可靠锁止；4. 设计有非接触式的限位控制装置，防止机器人动作超出安全行程；5. 克服现有管道机器人无法准确进行自主定位的缺点，机器人配有惯性导航模块，能对机器人自身姿态和地下管线的三维坐标进行准确定位；6. 机器人与上位机的通讯采用直流载波通讯技术，传输距离远，抗干扰能力强。

钛合金表面溶胶-凝胶转化膜的制备

科技处

-/新材料

钛合金材料广泛应用于航空、航天、建筑、汽车等诸多工业领域。为了达到一定的防护或功能需要，例如耐蚀性、光洁度、色泽等，需要在钛合金表面涂覆有机底漆或者粘结剂。而保证有机底漆或者粘结剂与钛合金表面可靠、长效、牢固的结合是实现防护或功能需要的关键和前提。目前，用于增强有机底漆或者粘结剂与钛合金表面结合力的方法一般是阳极氧化等技术。但是阳极氧化技术消耗大量电能和水资源，槽液中往往含有大量的强酸、强碱等有害环境和人体健康的物质，同时阳极氧化不可避免会对试样疲劳性能产生不利影响。

溶胶-凝胶转化膜层技术，尤其是有机-无机杂化的溶胶-凝胶转化膜层是目前技术优势十分明显，应用前景十分光明的替代技术。溶胶-凝胶法采用液态溶胶涂覆的方法制备膜层，能够在复杂零部件表面获得均匀、平整的薄膜，不会对金属基体的力学或疲劳性能产生不利影响。目前用于提高金属基体与有机底漆结合力的溶胶-凝胶技术，所使用的溶剂是低级醇，如甲醇、乙醇、异丙醇等，但是大量醇的使用会产生易燃性、安全性等方面的问题，在实际工业应用中需要制定十分严格的安全管理、存储保障措施，这就增加了醇基溶胶的使用风险和成本。另一方面，作为溶剂的醇挥发性很强，在温度较高的环境中尤其如此，这将改变溶胶体系的浓度，进而对前驱体的水解、缩聚反应速率、程度等产生不可知的影响。因此从溶胶体系的稳定性方面考虑，采用醇作为溶剂也是不合适的。

本项目基于溶胶-凝胶反应的机理考虑，开发出一种用于钛合金表面的溶胶-凝胶转化膜层的制备方法，这种溶胶-凝胶制备方法采用低级醇和水的混合物为溶剂、以含有有机功能基团的有机硅氧烷和有机金属醇盐为前驱体、以有机酸为催化剂，涂覆方式为浸涂，所制备的膜层能够提高钛合金与有机底漆或粘结剂之间结合力。

本项目技术优势：1. 采用低级醇和水的混合物作为溶剂，不同于现有技术中单纯使用醇或单纯使用水作溶剂，既克服了单纯醇溶剂会产生的易燃性、安全性、挥发性等问题，又克服了单纯水溶剂会产生的溶胶稳定性差和适用期短的问题。采用本发明的低级醇和水的混合物作为溶剂，所制备的溶胶能够长期保持澄清透明、并在至少一个月的时间内涂覆得到的膜层均匀平整，结合力良好。2. 采用本发明所述的溶胶-凝胶方法在钛合金表面制备的均匀完整的溶胶-凝胶转化膜层，能够提高钛合金与有机底漆或者粘结剂之间的结合力，参照ASTM D 3359-97 Standard Tests Methods for Measuring Adhesion by Tape Test的相关要求，本发明的溶胶-凝胶转化膜层与金属基体和有机底漆或粘结剂之间的结合力均能够达到4B级以上；与传统阳极氧化相比，不消耗电能，不含有毒有害物质，不会对金属基体的力学或疲劳性能产生不利影响。3. 溶胶能够长时间保存，并保持优异的成膜性能，并且膜层与金属基体和有机底漆的结合力优异，这样就有效的延长了溶胶-凝胶转化膜工艺的可施工时间，节约了原材料，有效地避免了当前溶胶-凝胶转化膜制备中存在的适用期短的局限性。与美国波音公司的水基溶胶产品EAP-9相比，本发明的溶胶适用期长达1个月，远大于EAP-9的24小时。4. 经过室温封闭保存30天的溶胶所制备的膜层仍然均匀完整的覆盖了金属表面，没有裂纹，成膜性能良好，根据ASTM D 3359-97的规定达到了5B级以上。

超疏水纳米透明涂层及其制备

科技处

-/新材料

国际上对超疏水性涂层的开发始于20世纪50年代，直到90年代末，随着表面科学技术的发展尤其是表面研究技术手段的提高，模仿荷叶表面结构及性能，制备超疏水性涂层引起了人们的关注，探索实现超疏水涂料的工业化生产是目前涂料行业面临的热点和难点。具有超疏水效果的表面在现实的生产生活中有着广阔的应用前景，如作防水衣物、浴室墙体、外墙涂料、电子元件等，而且在管道微流、防水、防腐蚀、油水分离、生物医用等领域也有着重要的应用。其中，开发透明的超疏水涂层能够大大拓宽其应用范围，透明涂层不仅可以维持基底材料原貌，同时又能保护基底材料表面，赋予表面优异的超疏水性能。

目前，关于制备透明超疏水涂层所采用的材料有二氧化硅、勃姆石氧化铝、氧化锌等，部分采用其中两种材料复合成异质结构或组装成核壳结构。公开的技术方案都能实现透明超疏水效果，但是存在以下几方面的问题：(1)由于纳米颗粒在溶剂中分散性差，且又难以稳定存在，大部分的透明超疏水涂层以溶胶存在形式解决纳米颗粒分散性，再通过高温煅烧，但是这种方法难以工业化应用，又限制了对基底材料的选择；(2)处理工艺方法复杂，成本高昂，需要特殊设备，又不适合大面积制备超疏水涂层。

为此，本项目研究了一种超疏水纳米透明涂层及其制备方法，解决超疏水涂层生产成本高、制备工艺复杂，反应条件苛刻等问题。

电子健康病历的存储访问

科技处

-/电子信息

使电子健康系统运转的电子健康病历(EHR)的发展不管在学术上还是工业上都得到了大量的关注。与传统的纸质健康档案(PBHR)相比，可以更加灵活的存储和分享。EHR账户中可以包含不同类型的健康数据，例如处方文件、X光之类的医疗影像、B超、音频片段或者视频文件，并且可以很方便的访问。这些特点让EHR具有了PBHR不可企及的优势。美国的退伍军人管理局的医疗保健系统是一个成功的案例，它的数据库包含了1700个医院，诊所和其他的医疗机构的病例信息。现在，许多国家和地区也都已经或者正在以建立他们自己的EHR系统，但是对于没有专业能力的医疗机构来说，管理一个庞大的可全球访问的(例如远程医疗)EHR数据库是一个非常困难的任务，这一点影响了EHR系统的实施。然而，新近的云计算的优势可以将健康医护提供者从这个难题中解放出来。不是建立区域EHR服务器，而是将EHR外包给一个云存储服务武器，(例如微软公司的HealthVault)可以极大地减少了建立和运转的花费，同时也保证了EHR的可访问度。然而，外包EHR还是存在困难，其中最大的就是患者健康档案的隐私和安全威胁：患者的EHR往往是各种恶意攻击的对象，容易受到攻击而遗失、泄露、或者被窃取。

为解决上述技术问题，本项目提出一种电子健康病历的存储访问技术。

封闭式水循环空气净化系统

科技处

-/资源与环境

随着工业工程的发展，工业污染物的排放对环境质量造成了严重的影响。这其中，一些有害气体和悬浮颗粒物是造成空气质量下降的主要因素之一，如橡胶工业生产排放的硫氧化物气体，化肥工业生产排放的氨气，味精工业生产中的硫氢化合物，以及工业排气中通常存在的悬浮颗粒。这些污染物中如硫氢、硫氧化合物和氨气可以通过溶于水的方式去除，悬浮颗粒也可通过水蒸汽的冷凝过程净化。目前采用的空气净化系统多单独采用过滤或静电吸附的方法去除悬浮颗粒，或吸收的方法吸收有害气体，利用水蒸气冷凝的方法吸收有害气体并同时通过水蒸气凝结吸收颗粒悬浮物的系统并不多。

针对上述问题，本成果提供一种性能好、工业排气净化效果好、环境友好、能量利用率高的封闭式水循环空气净化系统。

副座椅可移式多用途四轮电动车

科技处

-/先进制造与自动化

我国人口结构老龄化现象不断加剧，老年人用品，尤其老年人代步工具缺乏。市场上已经有的老年人代步车，有三轮的，四轮的，把手式，方向盘式。这些老年人电动车虽然能实现长距离代步，却因其体积、重量较大，无法进入一些狭小空间或需慢行的场所，无法满足多方面的需求，这极大的限制了老年人代步车的使用范围。

市场上的残疾人车、残疾人机动车品种繁多，但真正能为残疾人所用的车辆却非常少，大部分均让正常人使用，主要原因是当前所产生的车型均不能满足残疾人生活和生理需求。手推轮椅、电动轮椅虽然可以帮助残疾人行走，但也只能在短距离范围内运动。

有些残疾人方便车提出使车能携带一部电动轮椅车一起在道路上行驶，实现了长短距离代步，并设有能垂直提起、固定和放下电动轮椅的手动机械装置。然而，该车为了能装载一部特制的电动轮椅车，整个车体结构以及传动系统需要重新设计，另外，其电动轮椅车的手动升降机构采用纯机械结构设计，需要使用者手动操作，增加了车体结构的复杂性也引起诸多操作不便。基于以上问题，本项目设计了一种副座椅可移式多用途四轮电动车。

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