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谈谈仪器学的内涵有哪些?

??? 众所周知,紫外可见分光光度计等仪器学是一门涉及光学、机械学、电子学、计算机科学等多个领域的学科,因此,这些学科的有关理论都是仪器学理论的一部分。例如,光学理论包含了几何光学理论、光学设计理论、像差理论、物理光学中的量子光学理论、波动学与子学理论、干涉衍射理论、光栅理论、光电发射理论等;机械学理论包含机械设计、机械制造学、金相学、金属热处理学、材料科学、公差配合理论、机械加工工艺理论、焊接理论等;电子学理论包含电磁波理论、磁共振理论、晶体管电基础理论、集成电路理论、模拟电路和数字电路理论、各类放大器理论、噪声等;计算机科学包含计算机硬件、软件程序设计)技术等;还有材料力学、理论力学也是仪器学经常会涉的基础理论。这些都是一切科学仪器,特别是光学类分析仪器设计、制造的最基本的理论。这些学科的理论综合,再加上仪器学的适用性、可靠性、智能性、济性、美学性、工艺性等六大要素,就是仪器学的全部理论。

谈谈仪器学的内涵有哪些


仪器学是一门系统学科、综合学科,特别是光学类分析仪器(包括物理光学仪器、光谱仪器、光学计量仪器,以及各种带电光源的分析仪器等),不仅涉及多个学科,还涉及使用方面的问题,而且各有关学科之间有着特殊的相关性。从仪器学的理论来看,一台仪器是由许多部件组成的,各个部件就像一个传感器或变压器一样,它对输入信号(上一单元传给本传感器或变压器的信号)、输出信(本传感器或变压器传给下一单元的信号)都有非常明确的要求,而这些要求与各个传感器或变压器本身的特性、性能技术指标等密切相关。如果不清楚感器或变压器本身的牲、性能技术指标,不清楚它对前面和后面部分的基本要求,不清楚前面和后面各部分的基本性能等,就不可能设计好各个部件,也不可能达到设计优质仪器的目的或要求。

仪器学是一门关联学科(或交叉学科),仪器的各个部分相互关联、相互影响、相互补充、相互制约。一台仪器的好与坏主要取决于仪器的整个系统,。台仪器的性能技术指标主要取决于整个仪器系统的每一个部分(元器件和部件)。但评价一台仪器的好坏,只能着眼于整个系统,不能只看某一个部分(元器件和部件)。例如,最基础、最常规、最普及、使用最多的各2类光谱仪器,它们一般都由光学、机械、电子、计算机等各个部分组成,如果光学部分、机械部分的功能和性能都非常好,但电子学部分、计算机部分不好,整机也不可能好;如果电子学部分和计算机部分都非常好,而光学、机械部分不好,整机也不可能好。只要哪一个部件出现问题(或故障),整机都不能正常运转。因此,仪器的各个部件前后关联,前面的部件对后面的部件有很大的影响,后面的部件也对前面的部有明确的、具体的要求。整台仪器由各个部分组成一个不可分割的系统,整台仪器的各个部分密切相关,相互匹配。

仪器的各个部分(元器件和部件)对整机性能的影响可以相互补充。例如,如果光学系统有缺陷,限制了整机性能技术指标的提高,有时可以通过提高电’:系统的性能或提高计算机系统的性能来弥补;即通过提高电子系统或计算机系统的优化设计和制造(调试)来弥补光学系统的不足,以此来提高整机的性能。特别是光学类分析仪器更是如此。例如,光谱仪器的稳定性是一个关键性能技术指标之一,它既与光学系统有关,又与电子系统有关,还与机械系统的材料性能(热膨胀系数、磨损等)等有关。如果一台仪器不稳定,可以首先从电光系统的电源上寻找问题,提高电源的稳定性可能使整机的稳定性得到改善。同时,又可以在电子学系统(包括电源、放大器等)上找问题,因为提高电子学的稳定性,也可提高整机的稳定性。还可以从改善机械系统的材料的热稳定性方面,来提高整机的稳定性。但这三者又可以相互补充,可以采取“光学不行电学补、电学不行光学补”或“光机不行电学补、电学不行光机补”的办法。又如:仪器整机在一定的噪声下,若光学信号太弱,则信噪比很小,仪器的灵敏度就很低。要提高仪器的灵敏度可以有多种方法,许多科技工作者往往采取提高光源的发光强度(即提高光源的光通量或光功率)的方法来提高仪器的信号强度,以达到提高仪器灵敏度的目的。但是,现代光学类分析仪器的设计理念,一般是通过降低电子学部分的噪声来提高仪器的信噪比,达到提高灵敏度的目的。因为靠光源来提高信号强度,会增大灯光源的电流,会产生发热,造成仪器不稳定,噪声会增大,信噪比不能提高。所以,可以根据仪器各个部分的特点、作用、相互关联的关系,采取很多相关联的措施,达到同一个目的。例如,如果光谱仪器由于机械磨损或温度的变化,使得波长准确度变差,我们可以通过计算机软件,采用非线性拟合的方法,来提高波长准确度。

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