近日,宝鸡文理学院物理与光电技术学院“零隙光刃”本科生团队,凭借自主研发的“探光者”新型便携式光谱探测系统,在全国大学生创新创业训练计划中脱颖而出,以青年学子的创新智慧,在光谱探测技术领域交出亮眼答卷,展现了当代大学生深耕科研、勇于突破的青春风采。
光谱探测技术是现代光学检测的核心技术,广泛应用于环境监测、食品安全、材料分析、生物医学等诸多领域,是精准感知物质成分、分析光学特性的关键手段。然而,当前传统光谱探测设备普遍存在体积庞大、成本高昂、便携性差、操作门槛高等问题,难以满足基层检测、野外实地探测、快速筛查等场景的实际需求。针对这一行业痛点,“零隙光刃”团队在指导教师的专业带领下,立足大学生创新实践平台,历经为期一年的潜心研发与反复调试,成功打造出一套兼具小型化、高精度、低成本、易操作特点的光谱探测系统,为光谱探测技术的普及化、便携化应用提供了全新解决方案。
图为团队成员在实验室选取实验设备
从项目立项到成果落地,团队始终秉持严谨求实、攻坚克难的科研态度,完成了从实验室研发到实地测试的全流程验证。成员首先对扫描电子显微镜等核心光谱配套设备进行精细调试,通过调节设备的聚焦旋钮、样品台参数,完成设备的光路校准与性能标定,确保光谱采集的精度与稳定性。同时,团队严格按照实验规范,完成待测样品的制备、预处理,为后续光谱数据采集做好准备。为满足部分样品的光谱测试要求,团队成员在真空手套箱中完成样品的封装、转移与处理,隔绝空气、水汽对样品的干扰,保障光谱检测数据的准确性。成员们严格遵循操作流程,通过手套箱的密封操作口完成样品处理,全程监控箱内真空度,确保实验环境符合技术标准。
图为团队成员在实验室开展光谱数据采集与分析工作
在完成实验室研发后,团队进入实地应用测试阶段,重点开展无人机载光谱探测系统的集成、调试与试飞,验证设备在农业、环境监测等场景的实用性。团队成员在实训基地完成多旋翼无人机平台的组装、调试,将自主研发的光谱探测模块与无人机飞控系统、数据传输系统进行集成,完成设备的硬件适配与软件联调。成员们分工协作,完成螺旋桨安装、动力系统测试、光谱模块固定等工作,确保无人机平台的稳定性与光谱设备的适配性。在完成系统集成后,团队开展无人机实地试飞测试,在农田、园区等场景完成光谱数据的采集、回传与分析,验证设备在复杂环境下的工作性能。同时,团队与企业技术人员开展深度交流,学习光谱探测设备在产业端的应用经验,优化设备的操作流程与数据算法。
图为团队成员完成无人机载光谱探测系统的集成与试飞调试
成员们操作光谱仪、光学隔振平台等核心实验设备,严格按照操作流程完成仪器的光路校准、参数设定与性能标定,确保设备的检测精度与稳定性。同时,成员对照实验手册,规范记录实验环境、仪器参数、样品编号等关键信息,保障实验的可重复性,将预处理后的待测样品放入光谱仪,通过近红外、拉曼等光谱技术完成样品的全波段光谱扫描,精准采集样品的特征光谱数据。成员们全程监控实验过程,重复多次采集以验证数据的一致性,确保每一组光谱数据的准确性。采集完成后,团队成员通过专业软件对光谱数据进行预处理、降噪、建模与分析,提取样品的特征光谱信息,建立样品成分、品质指标与光谱特征的对应关系。成员们通过算法优化,完成便携式光谱探测设备的核心模型训练,为设备的实地应用提供算法支撑。
图为团队成员操作光谱仪,完成样品全波段光谱扫描
经过多次性能测试与实地验证,该款“探光者”光谱探测系统具备多项核心优势:在检测精度上,可实现200nm——2000nm超高分辨率光谱采集,对常见物质成分检测准确率达95%以上;在便携性上,可单手操作,适配野外、实验室、生产车间等多场景使用;在成本控制上,相较于商用同类设备,造价降低60%以上,有效解决了高校教学、基层检测、中小企业研发中高端设备采购成本高的难题;在操作体验上,搭载简洁可视化操作界面,无需专业技术背景即可快速上手,兼具实用性与普及性。
图为团队成员调试实验设备、制备待测样品
目前,该项目成果已成功申请实用新型专利,相关技术方案已在校内实验室完成初步应用测试,获得行业专家与专业人士的高度认可。团队成员表示,“‘探光者’不仅是一个科研项目,更是一次青年学子探索光学科技、践行创新使命的实践。研发过程中,大家将课堂所学的光学、电子、编程等专业知识融会贯通,在解决实际问题中提升了科研能力、协作能力与创新思维,真正实现了‘以学促创、以创践学’。”
图为指导老师带队开展项目技术交流与现场指导
此次“探光者”光谱探测创新项目的成功,是宝鸡文理学院大力推进大学生创新创业教育、鼓励学生投身科研实践的生动缩影。一直以来,学校高度重视学生创新能力培养,搭建各类创新实践平台,配备专业导师团队,为大学生开展科研创新、技术研发提供全方位支持,培育了一大批兼具专业素养与创新精神的青年人才。
未来,“零隙光刃”团队将继续深耕光谱探测技术研发,针对环境污染物快速检测、食品农药残留筛查、生物样本分析等细分领域进行技术优化与功能升级,推动项目成果从实验室走向实际应用,让更便携、更精准、更普惠的光谱探测技术服务社会发展。同时,团队也将以此次项目为起点,带动更多同学参与到科技创新实践中,以青春之力逐光前行,用创新智慧探索未知,在科技强国的征程中展现青年担当、贡献青春力量。
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