北京工业大学成果推介（第九期）

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铁磁性材料与零部件力学性能及残余应力的微磁无损检测仪器

成果单位：北京工业大学

项目简介：

微磁无损检测技术利用铁磁性材料磁特性和力学性能的内在关联，实现力学性能及残余应力的无损检测，突破了传统力学性能测试方法的局限性，可直接面向齿轮、叶片、曲轴、车身结构件等表面硬度、屈服/抗拉强度、塑性变形、残余应力、冲击功、断裂韧性等多种性能指标的定量测试。

仪器基于原创性的“高/低频间歇叠加磁化”新方法设计，能够获取磁巴克豪森、切向磁场、增量磁导率、多频涡流和磁滞回线等5类磁信号，实现45项磁参量的同步传感和超快检测。传感器最高空间分辨率达百微米，可应用于解决现有方法“测不准”力学性能大梯度变化的难题。以仪器为核心，开发了国内首台面向零部件的微磁无损检测系统，通过了环境适应性、电磁兼容和可靠性等测试，核心技术指标优于国际同类型先进仪器，被《科技日报》报道为“国内首台融合机器人、人工智能和微磁检测新原理的力学性能与残余应力无损检测仪器，打破了欧盟国家在该领域的长期技术垄断”。

市场分析：

先进高强钢是高端装备制造的基础材料，其力学性能和残余应力的在线测试一直是工程技术难题，制约了我国先进高强钢产品质量控制与评价技术水平。齿轮、叶片、曲轴、车身结构件是重大装备的关键基础零部件，其力学性能直接决定了装备可靠性和使用寿命。目前主要采用破坏性方法对抽样试件进行零部件力学性能和残余应力测试，无法全面、准确评价零部件的性能分布，易造成“弱区漏检”，危害产品质量及重大装备运行安全。

应用方向

无损检测

知识产权和产业化分析

研制的微磁无损检测仪器在首钢集。团2个冷轧薄带钢型号产品开发和质量控制中开展了检测应用，为准确、完整评价冷轧薄带钢性能提供了重要技术支撑，提升了产品性能评价水平，缩短了新产品工艺优化开发周期。在中信重工机械股份有限公司矿山机械用渗碳齿轮、铸钢大齿轮的质量攻关项目和某型加氢反应器的大批量试件冲击性能检测中发挥了重要作用。实验测试数据和分析结论为制造工艺优化提供了关键指导，在产品实际检测中大幅提升了检测效率，节省了检测成本项目研发的“多功能微磁检测模块’可以作为独立仪器应用。

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2

齿轮测量成套技术及仪器

成果单位：北京工业大学

项目简介：

本项目围绕齿轮测量技术与仪器，针对齿轮测量新技术、小模数齿轮测量、齿轮传动误差测量、齿轮测量仪器校准等展开技术攻关，通过研发新仪器解决工业生产中的齿轮测量问题。主要取得了如下成果:(1发明了齿轮波度样板(GWA-Shi);2研制了双球渐开线样板;3针对生产现场大批量成品齿轮的快速测量问题，提出了齿轮双面啮合多维测量原理;4面对小模数齿轮单啮测量这个世界性难点，提出了小模数齿轮单面啮合“双向驱动同步测量”新原理;5提出了单齿式齿轮整体误差测量方法;6研制了面齿轮测量仪。近5年，项目发表论文65篇，授权发明专利8项，实用新型专利3项，获侨界创新成果奖。

市场分析

汽车、工程机械及齿轮生产企业等。

知识产权和产业化分析

我国是世界上第二大齿轮生产国，高端齿轮测量仪器基本依靠进口，本项目投资500万元，可实现产业化，预计年销售量在200台(套)左右，按每套平均30万元计算，年销售额可达6000万元。

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图例说明:

1、齿轮波度样板

2、齿轮振动噪声测量仪

3、齿轮双球样板

4、面齿轮测量仪

5、数字式齿轮单面啮合测量仪

6、小模数蜗杆副测量仪

7、平面二次包络蜗杆滚刀测量机

3

光纤激光器的核心器部件及光纤器件

光纤

成果单位：北京工业大学

项目简介：

本项目旨在实现中红外非线性光纤、中红外增益光纤及中红外光纤合束器等科技成果转化。光纤及光纤器件是光纤激光器的核心器部件，上述产品目前基本被国外厂家垄断(美国Thorlabs、法国LVF和日本Fiber labs等公司)，本团队发明了一种新型的中红外光纤基质材料，突破了氟氧玻璃光纤的低损耗制备工艺难题，从核心非线性光纤的角度解决了中红外宽光谱光纤激光功率提升困难和长期稳定性差的问题，与现有产品相比，稳定性更好、激光损伤阈值更高，可大幅促进中红外光纤激光技术的发展和实际应用。

市场分析

项目成果孕育出的中红外光纤激光器核心部件，拥有潜在的巨大市场前景。中国国内的高等院校及研究机构每年都需投入逾干万元资金以采购中红外光纤及其相关器件，而产业界对这些关键元件的需求量更是庞大。据美国Thorabs公司的预测分析，未来基于中红外光纤技术的市场价值有望突破干亿美元大关。尽管如此，当前中红外光纤和器件领域却主要受制于外国企业之手，如美国的Thorlabs、法国的LVF以及日本的Fiber labs等，而国内市场在这一技术上几乎还是一片空白。

应用方向

光纤制造

知识产权和产业化分析

本项目通过技术创新成功将中红外非线性光纤的生产成本降至国外产品售价的10%。以中红外非线性光纤为例，国外产品的售价高达1000美元/米，而本项目的产品成本仅为100美元/米。这一显著的成本优势为项目带来了巨大的市场竞争力。在当前市场规模下，低成本的优势将吸引更多的客户选择本项目的产品，从而提高市场占有率。同时，随着批量生产的实施，成本有望进一步大幅下降，这将为项目带来更多的利润空间。此外，低成本的产品也有助于推动相关应用领域的发展，如光电对抗、相干层析成像和痕量物质检测等。这些领域的发展将为项目带来更多的合作机会和市场需求。综上所述，本项目在成本效益方面具有明显优势，有望在市场中取得显著的竞争优势和经济效益。

4

机器人关节多参数智能测试技术/激光快速测量齿轮的新方法及技术

成果单位：北京工业大学

项目简介

围绕齿轮线结构光快速测量新原理、新技术、新方法，研制了非接触式齿轮测量仪器，开发齿轮快速测量与数据处理软件，实现了对齿轮的齿廓偏差、螺旋线偏差、齿距偏差和拓扑误差的测量，被测齿轮模数范围1-5mm，最大外径200mm，精度6级，大幅度地提高了测量效率。提出了基于Legendre正交多项式的齿面误差解耦方法，实现了齿面三维误差的表征与分解;首创了面向三维齿面误差评定的齿轮特征线统一模型，提出了一种“齿轮拓扑误差图谱”，确定了齿轮各类误差之间的耦合关系，解决了基于全信息的面向功能的齿轮全局质量评价的难题。

市场分析

在机器人一体化关节测试方面，围绕传动精度、电参数、力矩特性及响应性能等关键参数提出了机器人关节综合性能测试方法。针对其机电耦合特点，提出了机械量和电参数同步检测的多参数关联测试与分析方法，实现了关节性能信息的全面掌握。分别开发了国内首台机器人小型与中型关节综合性能试验台，填补了国内空白，相关测试技术与装备广受使用厂家认可。

知识产权和产业化分析

该项目目前处于中试阶段，已有样机。

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5

薄膜鈮酸锂电光调制器研发及产业化

成果单位：北京工业大学

项目简介:

本项目依托团队成员多年的技术积累及市场资源，致力于薄膜锯酸锂电光调制器的核心技术开发及产业化，产品主要包括:电光相位调制器、电光强度调制器、Y波导调制器及其集成模组产品等，服务于高速光通信、光纤传感、激光雷达测距、量子通信等先进技术领域。通过本项目可以推动高速昵酸锂电光调制器的国产化，构建先进集成光子共享服务平台，促进高技术含量、高附加值核心光器件国产化。

市场分析

由于铌酸锂(lithiumniobate,LN)具有飞秒量级响应速度的线性电光效应(泡克尔斯效应),宽的透明窗口等物理特性，它已成为最受欢迎的电光调制材料之一。基于体铌酸锂晶体的调制器在三十年前已实现商用化，表现出优良的性能。基于体铌酸锂晶体的电光调制器由于技术门槛较高，市场长期被富士通、住友电工、Lumentum等国外光器件厂商所垄断，国内光通信企业使用的铌酸锂调制器基本依赖进口。而随着低功耗、小型化、高集成度成为应用市场的明确需求，薄膜铌酸锂调制器有望成为调制器未来的重要发展方向。当前，薄膜铌酸锂调制器将会是中国实现电光调制器国产化的最有效路径，也是中国企业在全球电光调制器市场竞争中卡位的关键时期。本项目在如此背景和发展趋势下，借助在铌酸锂电光调制器领域的技术以及市场积累，致力于铌酸锂电光调制器的国产化，推动我国光通信、光传感等高精尖技术领域的快速健康发展。

应用方向

主要服务于高速光通信、微波光子、光纤传感、激光雷达测距、量子通信等先进技术领域。

知识产权和产业化分析

目前申请发明专利20余项目，团队基于钛扩散以及质子交换工艺的体铌酸锂电光调制器已经批量化应用于光通信、微波光子、量子通信等领域，为团队积累了大量的客户资源。尤其是在量子通信领域，成为科大国盾、问天量子等国内量子技术头部企业的调制器主要供货单位，同时向其国:家出口调制器累计超过1000万元。这部分客户对薄膜酸锂调制器均有需求，可以很快形成产品替代，快速实现盈利。

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图例说明:

1、薄膜酸锂调制器兼具铌酸锂和硅材料优势

2、团队拥有的主要工艺设备

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2、原理图设计、PCB Layout服务3、工业设计和结构设计

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