现代光学测试技术范例(3篇)
现代光学测试技术范文
医学检验是对病人的血液、体液、分泌物或脱落细胞等标本，进行化验检查，以获得病原、病理变化及脏器功能状态等资料。医学检验分为临床检验与医学实验技术两方面。临床检验是临床医生确诊的必要手段之一，而医学实验技术主要侧重于实验操作方面，为研究所、实验室输送实验师（技师）。
1微流控芯片概述
微流控芯片(Microfluidic)，又称芯片实验室(LabonaChip)或者微全分析系统(MicroTotalAnalysisSystems，μ-TAS)[1]，就是通过分析化学、微机电加工(MEMS)、计算机、电子学、材料科学及生物学、医学的交叉实现从试样处理到检测的整体微型化、自动化、集成化与便携化[2]。这样通常需要在一个实验室中进行的实验可以在一块芯片系统上进行，大大提高了实验速度，减少了所需的样本剂量，节省了昂贵的化学试剂，降低了化学污染。它充分体现了当今分析设备微型化、集成化与便携化的发展趋势。目前，微流控芯片主要应用于单核苷酸多样性检测、基因诊断、蛋白质分析等前沿技术领域。
微流控分析芯片是通过微细加工技术将微管道、泵、微阀、微储液器、微电极、微检测元件、窗口和连接器等功能元器件，像集成电路一样集成在芯片材料上[3]。制作方法在传统的光刻和刻蚀的基础上发展模塑法、热压法、激光切蚀法、LIGA技术和软光刻方法[4]。
2微流控芯片在医学检测中的应用
2.1离子检测
离子分析在环境科学、生命科学以及食品工业等许多领域中都有重要的用途。临床医学中也少不了对各种离子的检测，如血液分析、培养液监测。经过近年的发展，微流控芯片技术在离子分析领域取得了很多研究成果。
金属离子虽然在体内含量很低，但却对生命活动起着举足轻重的影响。如K+、Na+、Ca+等调控着重要的离子通道，Fe+、Zn+等是金属酶的重要配体。等速电泳(ITP)是利用离子的有效电泳淌度的不同，对离子化合物进行定性和定量分析以及样品的浓缩。Prest等在硅胶芯片上利用ITP技术，通过电导检测实现了对K+、Na+的分离分析。荧光检测是微流控芯片中应用最广泛的检测手段，金属离子通常不含有荧光基团，需要经过衍生后才能进行荧光检测分析。Yang等根据三磷酸腺昔(ATP)与钙吸收反应的关系(ATP调控Ca+通道的开、关)，在微流控芯片上研究了ATP浓度改变时Ca+浓度的变化。先用自身无荧光的荧光试剂Fluro3对细胞进行标记，Fluro3在胞内酶的作用下与Ca+结合，激光扫描被标记的细胞即可获得Fluro3-Ca+发出的荧光信号。当具有梯度浓度的ATP溶液流过贴壁细胞，引起胞内钙离子浓度的变化，用共焦激光扫描显微镜可以检测荧光信号的变化。Wheeler等在微流控芯片上进行了细胞内的Ca+离子流量实验，将衍生试剂、刺激剂相继灌注到微室中，细胞在受到刺激后释放出被荧光标记的Ca+，然后进行激光诱导荧光(LIF)检测。
一氧化氮(NO)作为一种重要的生物信使分子，在血流调节、信号传导、免疫防御等多种生理及病理过程中发挥重要的作用。检测NO浓度的对疾病诊断具有重要意义。NO很容易被氧化成NO2ˉ、NO3ˉ，对NO含量的检测多通过检测NO2ˉ、NO3ˉ来获得。Miyado等在微流控电泳芯片上检测了血清和唾液中的NO2ˉ、NO3ˉ，并在8s内完成了两种离子的分离。
2.2代谢物的检测
代谢是生命的基本特征。从有生命的单细胞到复杂的人体，都与周围环境不断地进行物质和能量交换，这一交换过程称为代谢或物质代谢。对代谢物的分析，能够帮助人们更好的理解病变过程以及机体内物质的代谢途径。微流控芯片技术为灵活快捷地分析代谢物提供了新的方法，一些代谢物的分离、检测已经在微流控芯片上得到实现。
体液中葡萄糖浓度与多种疾病相关，是代谢物检测的重要指标。检测葡萄糖浓度的典型方法就是经葡萄糖氧化酶把葡萄糖氧化为具有电活性的葡萄糖酸和过氧化氢(H202)，然后通过电化学方法进行检测葡萄糖酸或者通过化学发光法检测过氧化氢。即：
葡萄糖+氧气葡萄糖氧化酶H202+葡萄搪酸
这一过程可以方便地在微流控芯片上得到实现。在芯片上，含有葡萄糖的样品和葡萄糖氧化酶混合，葡萄糖被葡萄糖氧化酶催化氧化，产生葡萄糖酸和H202。电中性的葡萄糖和过氧化氢与其他带电荷的物质分离开，然后分别在下游的检测器上检测。Kim等在PDMS微流控芯片的通道中制作了一个马蹄形微栅(如图1)，微栅上涂有葡萄糖氧化酶(GOX)和HRC。样品流经通道时可以充分与GOX接触，样品中的葡萄糖被催化氧化，同时生成的H202也与HRC混合，在通道末端进行光度检测。该方法测得的葡萄糖浓度具有较宽的线性范围。Srinivasan等采用离散进样的方式测定了血清、血浆、尿液、唾液等液体中的葡萄糖含量。微液滴以20Hz的频率进人微通道，液滴之间用硅油隔开。当液滴经过检测器时，可以进行快速的检测。
图l带有马蹄形徽栅的反应器示意图
尿酸(uricacid，UA)是嘌呤代谢的最终产物，主要有细胞代谢的嘌呤类化合物以及食品中的嘌呤经酶的作用分解而来。体液中UA含量的变化，可以充分反映出人体内代谢、免疫等机能的状况。Lv等通过化学发光法在微流控芯片上实现了对血清中尿素含量的检测。其做法是将HRC、鲁米诺和尿酸酶采用溶胶-凝胶的方法分别固定在芯片通道内。把含有尿酸的人血清样品注人芯片，经过尿酸酶转化，产生的过氧化氢在HRP的催化下发生鲁米诺反应，进行发光检测。对尿素浓度检测的线性范围达1-100mg/L，测量限为0.lmg/L。
临床的检测中，往往需要对样品检测多种物质的含量。只有通过对这些指标的综合分析，才能对人的健康状况做出有效评判和对病情做出准确的诊断。微流控芯片中的多通道技术可以很好地满足这一需求。wang等构建了一种同时检测葡萄糖、尿素和抗坏血酸的微流控芯片实验室。实验时，首先让样品溶液中的葡萄糖与固定有葡萄糖氧化酶的微通道中发生衍生化反应，生成具有电活性的葡萄糖酸，接下来葡萄糖酸与尿酸、抗坏血酸在另一独立的微通道中进行电泳分离，最后末端的丝网印刷碳电极分别对它们进行电化学响应，从而实现的对尿酸、抗坏血酸的直接电化学检测和葡萄糖的间接电化学检测。
3结论与展望
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【关键词】电子测量；技术发展；广阔前景
0前言
随着我国经济不断发展，我国居民的生活水平都在提高，使用先进的科学技术是必然趋势。电子测量技术应用于我们生活的方方面面，能够精准高效率的测量许多数据，方便人民的生产生活，下面我们就来阐述一下电子测量技术的发展历程。
1电子测量技术的简单介绍
新形势下，随着现代化科技的蓬勃发展，电子测量技术在实际生活中的发展及应用越来越受到人们的广泛关注和重视。电子测量技术，作为大多数电子产品精密及准确测量的重要技术，广泛应用于测量电能量、信号特性及其所受干扰、元件及电路参数等电学专业的测量。就目前的电子技术市场来看，可以说，电子测量技术的应用早已进入了一个较为理想和成熟的发展环境。电子测量仪器是知识密集、技术密集、高速发展中的行业。由于微电子技术、计算机技术的高速发展及其在电子测量技术与仪器中的应用，新的测试理论、测试方法、测试领域以及新的仪器结构不断涌现，在电子、电力、航空、航天、能源、交通、广播、电视、通信及其信息系统、微电子及电子元器件测试等方面已冲破了传统仪器的概念。电子测量主要应用于电学专业的测量，例如，电信号传输特性的测量。电子测量也广泛的应用于非电学专业的测量，例如，它通过各种类型的传感器，能量转化器把非电量（如热力学、光学、机械学的物理量）转换为电量（如电流、电压、频率等）进行研究，而后得出反映出非电量的测量结果。随着电子技术的不断发展，测量的内容愈来愈广泛，通常包括以下几个方面：（1）电能量的测量，包括对于电流、电压、电功率的测量。（2）信号的特性及所受干扰的测量，例如信号的失真度、频率相位、脉冲参数、调制度、信号频谱、信噪比等。（3）元件和电路参数的测量，例如电限、电感、电容、电子器件（电子管、晶体管、扬效应管等）的测量，集成电路的测量，电路频率响应、通频带宽度、品质因数、相位移、延时、衰减和增益等的测量。然而目前国际上著名仪器公司电子仪器销售额所占比例不断下降，国内电子仪器厂所处的状况大致类同。因而研究我国当前电子测量仪器行业发展战略决策，已成为仪器行业专家们共同关注的问题。
2电子测量技术的优点
2.1电子测量技术的测量频率范围广
相对于以往的测量技术来说，电子测量技术具有测量频率范围宽、量程大等优势。通过电子测量技术的实际应用，能够利用电子测量仪器，进行深海压力、高温炉温度等特殊环境下的测量工作，一定程度上降低了测量人员的工作强度，同时也有效保证了测量结果的准确性和客观性。此外，电子测量技术的测量频率范围宽、量程广，还表现在测量电子欧姆表的测量能力上。由于所测量的大小相差极大，要求测量仪器的量程也极宽，同一台电子仪器，经常能做到量程涉及很多数量级。例如一台普通的欧姆表，可以测出几欧姆至几十欧姆电阻，量程宽达六、七个数量级。
2.2电子测量技术能够实现遥测
电子测量技术的遥测优势，具体表现在电子测量技术能够帮助人们解决在不便长期作业或是难以直接到达的区域的测量工作，而且不间断测量，又能够保证测量的数据具有高度的实时性，同时它拥有直观、清晰的显示方式，能够为测量人员的测量工作带来更大的便捷性。电子测量技术能够将传感器设置在人类无法到达或者无法长期停留的地方，在对象运行的状态下能够持续进行测量，并直观地记录下相关的数据，这样就方便人们对被测对象进行了解和分析。例如在测量发光二极管时，电子测量技术将数据以数字的直观形式显示出来，将频率以示波的方式显示在荧光屏上，都能起到直观、清晰分析参数信息的重要作用。同时，电子测量技术在实现遥测和不间断测量时能够利用荧光示波法和发光二极管来直接显示出测量的结果，具有直观、清晰的效果，便于测量人员直接对被测对象的行为特征进行认识和掌握。荧光屏示波法，便于形象直观地给出被测量的特征。测量结果还便于打印、绘图或启动指示灯显示。
2.3与计算机技术相结合
电子测量技术的高速发展离不开计算机技术的大力支持，因此电子测量技术和计算机技术的紧密集合是又一个应用优点。随着现代计算机技术的高速发展、计算机硬件价格的不断下降，通用硬件平台和虚拟仪器也正在成为趋势。通用硬件平台主要包括用于数据采集、信号分析处理和信号输出显示等带有共性的硬件，例如微型计算机、A/D和D/A变换器、显示器等，有了这些通用硬件平台，根据不同仪器的具体技术要求，开发出相应的软件，就可以产生不同的测试功能，输出多种测试信号。虚拟仪器充分利用了微型计算机强大的软硬件技术，可以设计出风格不同的人机操作界面，并且易于随着计算机软、硬件的升级而升级。虚拟仪器允许用户在通用硬件平台上根据自己的需要构造仪器，充分发挥计算机或数字信号处理器的作用，对仪器功能进行变换组合，因而比实物仪器更具有灵活性。在当今科技的高速发展中，测量技术和实验手段的现代化已成为科技现代化的重要条件和标志。随着计算机技术与智能传感技术的不断发展，检测仪器也将朝着“更快、更宽、更深”方向发展。微型计算机的不断发展，让电子测量仪器能够更加便捷地携带，能够对测量的数据、结果以及变化情况进行记录和保存，体现了电子测量技术多功能、高性能的特点。
3电子测量技术的发展前景
随着信息技术的高速发展，信息和信息化已成为推动经济、技术和社会发展的要素，它反映了当代经济发展、科学技术进步的趋势，被认为是国家现代化水平和综合国力的主要标志之一，从而成为各国竞争的热点。对此各发达国家均把实现社会信息化作为重要的国策竞相投入了大量的人力、物力和财力。电子测量仪器与测试技术正是这些系统与技术的支撑。传统的仪器与测量方法已经很难适应这种需求，必须大力发展测试系统技术、测试软件技术等，用以研制开发新的仪器和新的测试方法。如能适应这种需求，仪器行业将得到很大发展。电子测量仪器经历了从模拟仪器到数字仪器、智能仪器，再到目前的虚拟仪器的发展历程，微电子技术和计算机技术的迅猛发展推动了电子测量仪器的发展。随着电子测量仪器的应用领域不断扩大，现代科学技术的发展和现代化工业大生产，必定会对电子测量仪器提出更高的要求，相应地，电子测量仪器的发展会呈现出新的特点，主要会包括：测量仪器的通用化；测量仪器的模块化；融合大量的高新技术；测量仪器的网络化。
4结束语
通过本研究的介绍，我们对于电子测量技术的发展有了一定的了解。根据它的诸多优点，相信在未来一定会有更好的发展前景，应用到我们的生产和实践中去，为我们提高优质的生活。
【参考文献】
[1]杨龙鳞.电子测量技术[M].北京：人民邮电出版社，2006.
现代光学测试技术范文篇3
关键词：光纤通信技术特点发展趋势光纤链路现场测试
1光纤通信技术
光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。光纤由内芯和包层组成，内芯一般为几十微米或几微米，比一根头发丝还细；外面层称为包层，包层的作用就是保护光纤。实际上光纤通信系统使用的不是单根的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。由于玻璃材料是制作光纤的主要材料，它是电气绝缘体，因而不需要担心接地回路；光波在光纤中传输，不会发生信息传播中的信息泄露现象；光纤很细，占用的体积小，这就解决了实施的空间问题。
2光纤通信技术的特点
2.1频带极宽，通信容量大。www.lw881.com光纤的传输带宽比铜线或电缆大得多。对于单波长光纤通信系统，由于终端设备的限制往往发挥不出带宽大的优势。因此需要技术来增加传输的容量，密集波分复用技术就能解决这个问题。
2.2损耗低，中继距离长。目前，商品石英光纤和其它传输介质相比的损耗是最低的；如果将来使用非石英极低损耗传输介质，理论上传输的损耗还可以降到更低的水平。这就表明通过光纤通信系统可以减少系统的施工成本，带来更好的经济效益。
2.3抗电磁干扰能力强。石英有很强的抗腐蚀性，而且绝缘性好。而且它还有一个重要的特性就是抗电磁干扰的能力很强，它不受外部环境的影响，也不受人为架设的电缆等干扰。这一点对于在强电领域的通讯应用特别有用，而且在军事上也大有用处。
2.4无串音干扰，保密性好。在电波传输的过程中，电磁波的传播容易泄露，保密性差。而光波在光纤中传播，不会发生串扰的现象，保密性强。除以上特点之外，还有光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设；光纤的原材料资源丰富，成本低；温度稳定性好、寿命长。正是因为光纤的这些优点，光纤的应用范围越来越广。
3不断发展的光纤通信技术
3.1sdh系统光通信从一开始就是为传送基于电路交换的信息的，所以客户信号一般是tdm的连续码流，如pdh、sdh等。伴随着科技的进步，特别是计算机网络技术的发展，传输数据也越来越大。分组信号与连续码流的特点完全不同，它具有不确定性，因此传送这种信号，是光通信技术需要解决的难题。而且两种传送设备也是有很大区别的。
3.2不断增加的信道容量光通信系统能从pdh发展到sdh，从155mb/s发展到logb/s，近来，4ogb/s已实现商品化。专家们在研究更大容量的，如160gb/s(单波道)系统已经试验成功，目前还在为其制定相应的标准。此外，科学家还在研究系统容量更大的通讯技术。
3.3光纤传输距离从宏观上说，光纤的传输距离是越远越好，因此研究光纤的研究人员们，一直在这方面努力。在光纤放大器投入使用后，不断有对光纤传输距离的突破，为增大无再生中继距离创造了条件。
3.4向城域网发展光传输目前正从骨干网向城域网发展，光传输逐渐靠近业务节点。而人们通常认为光传输作为一种传输信息的手段还不适应城域网。作为业务节点，既接近用户，又能保证信息的安全传输，而用户还希望光传输能带来更多的便利服务。
3.5互联网发展需求与下一代全光网络发展趋势近年来，互联网业发展迅速，ip业务也随之火爆。研究表明，随着ip业的迅速发展，通信业将面临“洗牌”，并孕育着新技术的出现。随着软件控制的进一步开发和发展，现代的光通信正逐步向智能化发展，它能灵活的让营运者自由的管理光传输。而且还会有更多的相关应用应运而生，为人们的使用带来更多的方便。
综上所述，以高速光传输技术、宽带光接入技术、节点光交换技术、智能光联网技术为核心，并面向ip互联网应用的光波技术是目前光纤传输的研究热点，而在以后，科学家还会继续对这一领域的研究和开发。从未来的应用来看，光网络将向着服务多元化和资源配置的方向发展，为了满足客户的需求，光纤通信的发展不仅要突破距离的限制，更要向智能化迈进。
4光纤链路的现场测试
4.1现场测试的目的对光纤安装现场测试是光纤链路安装的必须措施，是保证电缆支持网络协议的重要方式。它的目的在于检测光纤连接的质量是否符合标准，并且减少故障因素。
4.2现场测试标准目前光纤链路现场测试标准分为两大类：光纤系统标准和应用系统标准。①光纤系统标准：光纤系统标准是独立于应用的光纤链路现场测试标准。对于不同的光纤系统，它的标准也不同。目前大多数的光纤链路现场检测应用的就是这个标准。②光纤应用系统标准：光纤应用系统标准是基于安装光纤的特定应用的光纤链路现场测试标准。这种测试的标准是固定的，不会因为光纤系统的不同而改变。
4.3光纤链路现场测试光纤通信应用的是光传输，它不会受到磁场等外界因素的干扰，所以对它的测试不同于对普通的铜线电缆的测试。在光纤的测试中，虽然光纤的种类很多，但它们的测试参数都是基本一致的。在光纤链路现场测试中，主要是对光纤的光学特性和传输特性进行测试。光纤的光学特性和传输特性对光纤通信系统对光纤的传输质量有重大的影响。但由于光纤的特性不受安装的影响，因此在安装时不需测试，而是由生产商在生产时进行测试。
4.4现场测试工具①光源：目前的光源主要有led（发光二极管）光源和激光光源两种。②光功率计：光功率计是测量光纤上传送的信号强度的设备，用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗。在光纤系统中，测量光功率是最基本的。光功率计的原理非常像电子学中的万用表，只不过万用表测量的是电子，而光功率计测量的是光。通过测量发射端机或光网络的绝对功率，一台光功率计就能够评价光端设备的性能。用光功率计与稳定光源组合使用，组成光损失测试器，则能够测量连接损耗、检验连续性，并帮助评估光纤链路传输质量。③光时域反射计：otdr根据光的后向散射原理制作，利用光在光纤中传播时产生的后向散射光来获取衰减的信息，可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等。从某种意义上来说，光时域反射计(otdr)的作用类似于在电缆测试中使用的时域反射计（tdr），只不过tdr测量的是由阻抗引起的信号反射，而otdr测量的则是由光子的反向散射引起的信号反射。反向散射是对所有光纤都有影响的一种现象，是由于光子在光纤中发生反射所引起的。
虽然目前光通信的容量已经非常大，但仍有大量应用能力闲置，伴随着社会经济和科学技术的进一步发展，对信息的需求也会随之增加，并会超过现在的网络承载能力，因此我们必须进一步努力研究更加先进的光传输手段。因此，在经济社会发展的推动下，光通信一定会有更加长久的发展。
