2020  指导学生创新科技作品获得第十五届全国高等职业院校“发明杯”大学生创新创业大赛一等奖一项。
2013-2020  指导学生创新科技作品获第十届至第十七届江苏省高校大学生物理与实验科技作品创新竞赛一等奖2项、二等奖3项。
2018  指导学生创新科技作品获“挑战杯---彩虹人生”江苏省职业院校创新创效创业大赛二等奖一项
2017  指导学生创新科技作品获第十五届中南谷江苏省大学生课外学术作品竞赛暨“挑战杯”全国竞赛江苏选拔赛特等奖一项。

2020年指导学生参加江苏省物理实验及实验科技作品竞赛获二等奖。

先后主持并指导学生参加“绿色化学实验探索”、“学校污水和再生利用”、“屋顶绿化培栽”、“利用增透增反膜制备美瞳”等校和省级大学生创新创业项目。

2019年江苏省微课二等奖。

2018-2019年度校优秀教师。

发表多篇核心和SCI论文。

1.自身具备的知识条件

项目小组在课内学习过大学物理、电路原理、C语言基础、电气控制技术和模拟电子技术等专业基础课程，具有电路设计和元件选用的初步能力。学习能力比较强，能够积极的创新，经常会有新的想法。加入了大物理创新实验室，并在实验室里学会了Arduino和3d打印的一些理论知识。

2.自己的特长

个人平时认真学习，爱思考，爱钻研，对待新事物具有很强好奇心。会使用CAD、Eplan设计和绘制电路图。

3. 已有的实践创新成果

无锡市大中专院校创新创业大赛市级二等奖。

2021年美国大学生数学建模竞赛S奖。

4. 其它

申请本项目，是因为在暑期的社会实践活动中，发现当前回收危废油液公司的初步检测手段相当麻烦，需要频繁操作，且要有一定的经验及专业知识。基于想要设计发明一种能精确快捷检测废弃润滑油中油水成分比例的简易检测装置，加快回收效率。

项目团队其他成员均为我校物理创新实验室，拥有丰富的项目经验，各自有擅长的专业领域，动手能力很强，并且都具有良好的合作意识以及勇于探索的精神。

1、项目研究背景 

当前，我国面临着资源赋存紧张、环境污染严重的双重压力。废物资源化和高值化利用，是解决我国资源困境和实现可持续发展的必由之路。随着我国经济社会的不断进步，在工业生产和日常生活中不可避免地会产生各种废矿物油。

据回收行业统计数据，2013 年我国废矿物油行业回收利用量约406.2 万吨，到2018 年达到了552.4 万吨。目前中国废矿物油回收细分产品中，废润滑油及其工业用油的市场规模占比最高，超过80%。

我们对目前油水检测相关的专利技术和研究文献的进行了广泛的调查研究。我们发现目前关于废油的油水比例进行测定的文献和专利非常少，且技术手段非常复杂。仅检索到与该技术相关领域的一些专利。例如，程男等设计了一款基于单片机89C51 的储罐油水界面自动检测系统；田军设计了一款基于超声波传感器的在线油水检测自动控制系统]。周海明等发明了专利号为CN201920801256.0的电导率油水检测电路；宋少鹏发明了专利号为CN202021189135.4的一种用于防渗池的油水检测装置。以上文献和专利一般都使用了传感器、控制电路和单片机等，对检测的废油种类也有具体要求，专利离大规模投入市场应用还是相差甚远的。且使用方法较复杂，必须对检测人员进行专业的岗前培训。

在回收过程中，需要对废油的油水比例进行测定以作为定价和分类的依据。基于此种现实需要，我们根据油、水对不同波长的激光吸收强度不同，设计发明了一种能精确快捷检测废弃润滑油中油水成分比例的简易检测装置。

2、项目研究目标及主要内容

在废弃润滑油的回收过程中，需要对废油的油水比例进行测定以作为定价和分类的依据。基于此种现实需要，我们根据油、水对不同波长的激光吸收强度不同，设计发明了一种能精确快捷检测废弃润滑油中油水成分比例的简易检测装置。

（1）样品来源

我们从江苏云禾环境科技（常州）股份有限公司购买了回收提纯过的2千克废弃润滑油样品用于本项目的水油含量检测实验。

（2）光源选择根据废油中水和油对不同波段的光吸收、散射特点不同，我们首先在室温下对样品油做了光吸收谱实验分析，希望找到合适的光源。通过测量样品油对不同波长光源的相对吸收强度，所得数据如下图1所示。

图1 光吸收强度分布曲线图

由吸收光谱可以看到废油主要对小于350nm的紫外光吸收相对较强，随着光波长的增加，废油对光的吸收强度逐渐下降。然而由于紫外光人眼无法观察，不方便操作，另外紫外光源价格较昂贵（价格在千元以上），且需要专业人员操作，因此我们选择有较强吸收作用且市面上容易购买到的波长在405nm的紫光激光发射器作为实验用光源。

（4）样品配制

为了保证实验样品尽可能与实际废油样品的情况相接近，也为了检测不同含水量的废弃润滑油样品，我们将购置的原油进行调配。通过在等质量的危废样品中掺杂入不同量的市政自来水，以获得各种比例的实验样品。依次调配含水率从0%至100%的样品油，静至后等待试验。

图2 含油率0%-100%的样品

图3 配比用具

图4 配比过程

（5）装置设计

 因为要测试润滑油对于光的吸收，所以采用点激光。将光源垂直于放置于烧杯上方，并固定光源与烧杯之间的距离，在后续的实验中不再移动。如图5。

图5 装置3D图

在烧杯底下我们将放置光照传感器，来采集被油削弱后的光强。

（6）电路设计

我们选取了Arduino NANO单片机作为主控，通过I2C通讯协议和GY-302光照传感器通讯，单片机读取到光强值，并通过UART（串口）通信协议，将读取到的光强值显示到电脑上的串口监视器。并以此设计电路得到原理图（图6）和PCB图（图7）。

图6 电路原理图

图7 PCB图

实验流程如下：

1. 将一杯为测定含油率的样品放置在实验装置中

2. 打开紫光光源

3. 将实验仪器放入无外界光干扰的测试环境

4. 移动光照模块寻找透过样品油光强值代入拟合好的曲线方程，即可得出待测样品的含油率

3、项目创新特色概述

1）使用可见紫光发生器对危废品的理化特性进行检测，大幅降低检测技术难度和检测成本，实现废弃润滑油品含水含金属量的快速准确测量。

2）通过PLC单片机等元件对采集到的物理信息转化为电学信息传输，在处理的过程中信号精度高、及时性强，相较于传统的材料吸附、大型器械离心等手法，具有轻量化、可复制性强的比较优势。

3）实现了检测手段的自动化，取代危废品回收行业中手工量取含水量的手工劳动，提高了检测过程的数据可视程度和检测效率，并可对不同成分、种别的危废品实现预分类处理。

4）通过检测装置，能实现简单快捷的呈现的一个较为准确的值，由拟合曲线函数计算确定油水含量，进而确定价格，提高时间利用率。

5）该检测系统具有结构简单、经济且使用方便的优点，减轻人工劳动强度。

4、项目研究技术路线

         5、研究进度安排

2021年5月至2021年6月 完成外观模块设计、零部件定制。

2021年7月至2021年8月 完成项目程序编写设计。

2021年9月至2022年10月 完成测定仪器装配且检测记录数据拟合曲线。

2021年11月至2022年1月 完成项目电路图，书写总结报告，准备结题。 

2022年2月至2022年5月 完成项目整体的调试与装配整理结题资料，书写总结报告，准备结题。 

6、项目组成员分工

         赵唐潮：项目第一主持人，主要负责项目的架构设计，技术实施；开题及结题报告书写

刘雨龙：项目组成员，负责资料整理及归纳，零部件定制及元器件购买

邬凯：项目组成员，重要核心装置的设计及程序的编写

王锋：项目组成员，负责机械装配、实物建模

崔世林：项目组成员，负责实验检测记录，调试等

1、相关扶持政策：学校制定《无锡职业技术学院创新创业教育项目实施办法（试行）》（锡职院〔2013〕23号）文件。

2、学校提供实训实验室及工具使用。

3、学校配备专业的指导老师给予指导。

4、学校提供配套经费6000元。

（1）设计控制电路图纸一套。

（2）完成项目的实物制作。

（3）基于项目研究内容申请专利一项或发表论文一篇。

（4）项目总结报告和图纸各一份。

1.项目研究目标

在废弃润滑油的回收过程中，需要对废油的油水比例进行测定以作为定价和分类的依据。基于此种现实需要，我们根据油、水对不同波长的激光吸收强度不同，设计发明了一种能精确快捷检测废弃润滑油中油水成分比例的简易检测装置。

2.项目过程

2.1 样品来源

        为了保证实验样品尽可能与实际废油样品的情况相接近，我们从云禾环境科技（常州） 股份有限公司购买了回收提纯过的 2 千克废弃润滑油样品。

2.2 光源选择

        根据废油中水和油对不同波段的光吸收特点不同，我们首先在室温下对样品油做了光吸收谱实验分析。所得数据如下图 1 所示。

图 1 光吸收强度分布曲线图

由吸收光谱可以看到废油主要对紫外光吸收相对强很多，随着波长的增加吸收强度逐渐下降。然而由于紫外光人眼无法观察，不方便操作，以及紫外光源价格较昂贵（价格在千元 以上），且需要专业人员操作，因此我们选择有较强吸收作用且市面上容易购买到的波长在 405nm 的紫光激光发射器作为实验光源。

2.3 样品配制

        为了检测不同含水量的废弃润滑油样品，我们采用 K-0135 水位传感器进行油水混合比例控制。该传感器具有简单易用、测量精度高的检测特性。通过在等质量的危废样品中掺杂入不同量的市政自来水，以获得各种比例的实验样品。为了提高实验精度，首先我们对水位传感器原件表面进行疏油疏水处理，以防止实验过程中其表面沾染一定量的废液。我们配制成功的样品如图 2 所示。

图 2 不同油水配比样品图

2.4 装置结构设计

        检测系统的结构设计与制作首先我们用 sharp 3D 和 solidworks 设计了本检测仪器的空间结构，并用 3D 打印机打印制作后安装调试。如图 3 所示。

图 3 检测仪器结构设计图

2.5 电路设计

        我们选取了Arduino NANO单片机作为主控，通过I2C通讯协议和GY-302光照传感器通讯，单片机读取到光强值，并通过UART（串口）通信协议，将读取到的光强值显示到电脑上的串口监视器。并以此设计电路得到原理图（图4）和PCB图（图5-6）。

图 4 电路原理图

图 5  PCB图（正）

图 5  PCB图（反）

实现过程：先将 405nm 紫光激光头与烧杯架上端固定，使激光垂直射入待测样品表面。 将烧杯悬空固定在烧杯架上，把 GY302 光照度测量模块水平放置在烧杯架底部。该模块与已事先用 Arduino 软件编程的 STM32 单片机相连。测试时先用遮光罩罩住仪器，消减外来光信号噪声。打开光源后模块开始采集透过样品的光信号数据并传输至处理数据用的电脑上。重复此操作，从含油量 0%的样品开始检测，按 5%梯度逐步上升至含油量100%的样品。在测量数据稳定后取 25 个测量值并取其平均值得到光照数据。实物结构如图 7 所示。

图 7 仪器实物图

2.6 实验数据采集与记录

随后通过最小二乘法对所采集到的数据进行拟合，并计算其决定系数 R2。决定系数的定 义为回归平方和与总平方和之比。所得数据如图 8 所示。我们的研究数据表明废油液中油水 比对紫光的吸收率有非常好的指数依赖关系。依赖函数为y = 4291.2e−3.8x（y 代表通过样品的光照度，x 为油水体积比），其决定系数为 R2 = 0.99。通过 50 组不同配比样品的反复测量 实验验证，我们的发现在 0-50 ֯C 环境温度范围内，我们的测量精度都高于5%。

图 8 透过样品的光照度与油水比关系拟合曲线

3.项目研究成果

作品设计合理，已经成功制作出实物，功能达到预期要求，并且拍摄了作品运作视频，已在江苏省大学生物理实验与科技创新作品创新竞赛（省级比赛）中获得二等奖。已申请实用新型专利，拿到了专利受理书。

4. 项目研究心得

为期一年的大学生创新创业项目即将结束，通过参加这次大学生创新创业项目，我们都有了很多收获。首先是对这种实验项目的进一步认识。大学生创新创业项目强调的是自主性、探索性、实践性和协作性，实施过程讲究长远效益，强调项目实施过程中在创新思维和创新实践方面的收获，不为得到成果而设计，重在实施过程中充分发挥主观能动性，运用所学的知识，使自己得到锻炼和提高。回想一年多时间来自己参加项目的经历,从开始对实验项目内容的理解认识到项目计划的讨论和确定，从对项目的整体把握到实验创新点的寻找，并制定详细的项目方案和进程，以及项目当中重要的实践环节,整个实验过程中我不仅学到了许多我所感兴趣的、觉得有用的东西，更重要的是自己的思维能力、团队协作能力、实践能力都得到了提高，而且也学到了坚持不懈、善于思考、积极总结的可贵精神。

我们的创新项目也基本实现了预期的成果，这也是使我们感到深深欣慰的。在实践过程中，我看到了团队成员的共同进步，大家都认真完成项目进度的安排，对自己的工作负责到底，对没有接触过的知识，不懂的技术也不畏惧，通过自己的努力克服技术壁垒，实现最终的目标。在研究过程中，离不开老师的鼎力支持，老师不仅为我们提供了良好的实验场所，并且在我们遇到瓶颈的时候能够给予及时的帮助，十分感谢老师的支持。

经历了项目实践，收获颇丰。我开阔了眼界，勇敢的接受挑战，不畏惧去接触了解不懂得技术。我更清楚的体会到不断充实自己的知识是多么重要，我们不能局限于自己专业的知识，还应该广泛的涉猎。通过实践，我也锻炼了自己行动实施的能力，怀着对科研严谨的工作态度，力求做到最好。虽然项目进展过程中我们也遇到了很多困难，但本小组成员都以积极向上的心态去应对，正是一次次通过努力越过难关给我们带来了一段段难忘的回忆。

当前商业上常用的检测手段主要有两种：一种是靠工人的经验，依据取样管中废液的滴流速度或色泽等可以肉眼观测的特征判断，缺点是不准确，对个人经验依赖强；另一种是靠现场取样后拿到专业实验室化验，缺点是耗时长效率低。 基于此，我们研究发明了一种能精确快捷测定油水成分比的简易检测装置。本作品主要创新点如下：

（1） 对样品油做了光吸收谱实验分析。

（2） 以有较强吸收作用且便宜的波长在 405nm 左右的紫光激光发射器为实验光源。

（3） 成功测定了废油液中油水比对紫光的吸收率依赖关系曲线。

（4） 使用便捷，精度高，检测效率高。

        本检测仪器使用起来方便快捷，使用范围广，精度较高（依赖函数为 ，决定系数为 R2 = 0.99，误差小于5%），时效性强等特点，可大大加快废油的回收利用的效率。 在对回收企业的调研中发现该技术有着广阔的应用前景和巨大的市场商用价值。有利于国家节能减排发展的总战略目标的实现。

经历了此次大学生创新创业项目，收获颇丰。我开阔了眼界，勇敢的接受挑战，不畏惧去接触了解不懂得技术。我更清楚的体会到不断充实自己的知识是多么重要，我们不能局限于自己专业的知识，还应该广泛的涉猎。通过实践，我也锻炼了自己行动实施的能力，怀着对科研严谨的工作态度，力求做到最好。虽然项目进展过程中我们也遇到了很多困难，但本小组成员都以积极向上的心态去应对，正是一次次通过努力越过难关给我们带来了一段段难忘的回忆。

我们的创新项目也基本实现了预期的成果，这也是使我们感到深深欣慰的。在实践过程中，我看到了团队成员的共同进步，大家都认真完成项目进度的安排，对自己的工作负责到底，对没有接触过的知识，不懂的技术也不畏惧，通过自己的努力克服技术壁垒，实现最终的目标。在研究过程中，老师不仅为我们提供了良好的实验场所，并且在我们遇到瓶颈的时候能够给予及时的帮助，十分感谢老师的支持。