儀器儀表與測量控制向信息化方向發(fā)展
2020-06-12
當今，儀器儀表與測量控制發(fā)展的趨勢是：面對產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性和適應性要求不斷提高；技術(shù)指標和功能不斷提高；最先采用新的科學研究成果；高新技術(shù)大量采用；儀器及測控單元微小型化、智能化日趨明顯；要求儀器及測控單元可獨立使用、嵌入式使用和聯(lián)網(wǎng)使用；儀器測控范圍向立體化、全球化擴展；測控功能向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；便攜式、手持式以至個性化儀器大量發(fā)展。
技術(shù)特點是：綜合各種新技術(shù)，在研究儀器儀表相關(guān)類型傳感器、元器件和材料及技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新開發(fā)新的微弱信號敏感、傳感、檢測、融合技術(shù),物質(zhì)原子、分子級檢測技術(shù)，復雜組成樣品的聯(lián)用分析技術(shù)，生命科學的原位、在位、實時、在線、高靈敏度、高通量、高選擇性檢測技術(shù)，創(chuàng)建各類新型檢測儀器儀表；結(jié)合系統(tǒng)論、控制論的發(fā)展，在開發(fā)工業(yè)自動化測控的在線分析和控制、原位分析及控制、高可靠性、高性能和高適應性等技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新發(fā)展工業(yè)自動化儀表與控制系統(tǒng)；結(jié)合生命科學、人體科學的發(fā)展，在開發(fā)醫(yī)療診治的健康狀況監(jiān)測、早期診治、無損診斷、無創(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；同時跟蹤新學科領(lǐng)域和各類應用領(lǐng)域的發(fā)展，開發(fā)各種專用、快捷、自動化檢測和計量技術(shù)及專用儀器儀表。
科學儀器未來發(fā)展應當關(guān)注以下幾個方面：
1、精密檢測儀器
當今時代已經(jīng)進入分子、原子分析檢測新階段，微納科技的發(fā)展直接推動了精密檢測儀器的快速發(fā)展。值得特別關(guān)注是MEMS/NEMS（微電機系統(tǒng)/納機電系統(tǒng)）測試儀器,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
光學捕獲（Opticaltrapping）是一種新型的光學微操作技術(shù)。它將一束光用高數(shù)值孔徑的物鏡聚焦成微米級的光斑，形成梯度來實現(xiàn)對微小粒子的捕獲和移動。這項技術(shù)被廣泛應用于各種微觀領(lǐng)域的研究。
微型色譜儀將會得到很快的發(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的微型化近年來已經(jīng)取得重大進展，瑞士Neuchatel大學開發(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，所需樣品量僅為1-100納升，并可在幾秒內(nèi)獲得所需的信噪比。NMR微型化應當是值得關(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)可以在極短的時間內(nèi)以很高的靈敏度檢測許多不同的氣體，將在臨床診斷領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
3、光譜分析儀器
過去，光譜分析儀器主要應用在基礎(chǔ)學科研究和礦物分析、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控等領(lǐng)域。值得關(guān)注一個新的發(fā)展動向是，由于人類生存和發(fā)展一些迫切的需求，同時計算機軟硬件、微電子、計算數(shù)學、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，無論理論研究、技術(shù)開發(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
一個以光子學與生命科學相互融合的新學科——生物醫(yī)學光子學隨著激光、電子、光譜、顯微及光纖等技術(shù)的發(fā)展而迅速成長起來，應運而生出現(xiàn)了不少新型科學儀器。應用這些儀器不但豐富了人們對于光與生物組織體相互作用機理的認識，而且促進了各種新的生物研究儀器和醫(yī)學診斷儀器的發(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技術(shù)，它是一種在一維光學低相干反射測量技術(shù)的基礎(chǔ)上擴展而來的二維或三維成像技術(shù)。
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