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儀器儀表與測(cè)量控制向信息化方向發(fā)展
2020-06-12
當(dāng)今，儀器儀表與測(cè)量控制發(fā)展的趨勢(shì)是：面對(duì)產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性和適應(yīng)性要求不斷提高；技術(shù)指標(biāo)和功能不斷提高；最先采用新的科學(xué)研究成果；高新技術(shù)大量采用；儀器及測(cè)控單元微小型化、智能化日趨明顯；要求儀器及測(cè)控單元可獨(dú)立使用、嵌入式使用和聯(lián)網(wǎng)使用；儀器測(cè)控范圍向立體化、全球化擴(kuò)展；測(cè)控功能向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；便攜式、手持式以至個(gè)性化儀器大量發(fā)展。
技術(shù)特點(diǎn)是：綜合各種新技術(shù)，在研究?jī)x器儀表相關(guān)類型傳感器、元器件和材料及技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新開(kāi)發(fā)新的微弱信號(hào)敏感、傳感、檢測(cè)、融合技術(shù),物質(zhì)原子、分子級(jí)檢測(cè)技術(shù)，復(fù)雜組成樣品的聯(lián)用分析技術(shù)，生命科學(xué)的原位、在位、實(shí)時(shí)、在線、高靈敏度、高通量、高選擇性檢測(cè)技術(shù)，創(chuàng)建各類新型檢測(cè)儀器儀表；結(jié)合系統(tǒng)論、控制論的發(fā)展，在開(kāi)發(fā)工業(yè)自動(dòng)化測(cè)控的在線分析和控制、原位分析及控制、高可靠性、高性能和高適應(yīng)性等技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新發(fā)展工業(yè)自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)；結(jié)合生命科學(xué)、人體科學(xué)的發(fā)展，在開(kāi)發(fā)醫(yī)療診治的健康狀況監(jiān)測(cè)、早期診治、無(wú)損診斷、無(wú)創(chuàng)和低創(chuàng)直視診療、精確定位治療技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展醫(yī)療儀器；同時(shí)跟蹤新學(xué)科領(lǐng)域和各類應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，開(kāi)發(fā)各種專用、快捷、自動(dòng)化檢測(cè)和計(jì)量技術(shù)及專用儀器儀表。
科學(xué)儀器未來(lái)發(fā)展應(yīng)當(dāng)關(guān)注以下幾個(gè)方面：
1、精密檢測(cè)儀器
當(dāng)今時(shí)代已經(jīng)進(jìn)入分子、原子分析檢測(cè)新階段，微納科技的發(fā)展直接推動(dòng)了精密檢測(cè)儀器的快速發(fā)展。值得特別關(guān)注是MEMS/NEMS（微電機(jī)系統(tǒng)/納機(jī)電系統(tǒng)）測(cè)試儀器,以掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡為代表的掃描探針顯微鏡,以及基于STM/AFM的基本原理新發(fā)展起來(lái)一系列SPM,如磁力顯微鏡、靜電力顯微鏡等這些儀器的新發(fā)展。
2、分析儀器
光學(xué)捕獲（Opticaltrapping）是一種新型的光學(xué)微操作技術(shù)。它將一束光用高數(shù)值孔徑的物鏡聚焦成微米級(jí)的光斑，形成梯度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)微小粒子的捕獲和移動(dòng)。這項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種微觀領(lǐng)域的研究。
微型色譜儀將會(huì)得到很快的發(fā)展。C2V公司已經(jīng)推出了世界上最小最快的手持式氣相色譜儀，主機(jī)大小僅124×84×60mm，所含柱模塊大小為60×100×12.5mm，可在10-30秒內(nèi)完成天然氣主要成份的全分析。
NMR的微型化近年來(lái)已經(jīng)取得重大進(jìn)展，瑞士Neuchatel大學(xué)開(kāi)發(fā)成功一種高質(zhì)量因子可供微流控芯片NMR全分析系統(tǒng)使用的射頻平面微線圈，所需樣品量?jī)H為1-100納升，并可在幾秒內(nèi)獲得所需的信噪比。NMR微型化應(yīng)當(dāng)是值得關(guān)注的發(fā)展方向。
光頻光梳光譜法（Opticalfrequencycombspectroscopy）是最新發(fā)展起來(lái)的另一種重要的儀器技術(shù)，采用這種技術(shù)可以在極短的時(shí)間內(nèi)以很高的靈敏度檢測(cè)許多不同的氣體，將在臨床診斷領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
3、光譜分析儀器
過(guò)去，光譜分析儀器主要應(yīng)用在基礎(chǔ)學(xué)科研究和礦物分析、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控等領(lǐng)域。值得關(guān)注一個(gè)新的發(fā)展動(dòng)向是，由于人類生存和發(fā)展一些迫切的需求，同時(shí)計(jì)算機(jī)軟硬件、微電子、計(jì)算數(shù)學(xué)、微型器件發(fā)展提供的新技術(shù)成果，使得光譜技術(shù)和儀器向生物、環(huán)境、醫(yī)療等領(lǐng)域快速拓展，無(wú)論理論研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)和儀器創(chuàng)新都有了明顯的發(fā)展，今后還將更快發(fā)展。
4、光子成像儀器
一個(gè)以光子學(xué)與生命科學(xué)相互融合的新學(xué)科——生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)隨著激光、電子、光譜、顯微及光纖等技術(shù)的發(fā)展而迅速成長(zhǎng)起來(lái)，應(yīng)運(yùn)而生出現(xiàn)了不少新型科學(xué)儀器。應(yīng)用這些儀器不但豐富了人們對(duì)于光與生物組織體相互作用機(jī)理的認(rèn)識(shí)，而且促進(jìn)了各種新的生物研究?jī)x器和醫(yī)學(xué)診斷儀器的發(fā)明。光子成像技術(shù)主要包括漫射光層析成像、熒光成像、相干層析成像、光聲成像等。光學(xué)相干層像（OCT）結(jié)合了共焦顯微術(shù)和低相干光的外差探測(cè)技術(shù)，它是一種在一維光學(xué)低相干反射測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而來(lái)的二維或三維成像技術(shù)。
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