化影成形——从信号采集到图谱呈现的奇妙旅程

摘要

在使用现代分析仪器时，许多学生虽能解释实验原理，却不清楚样品进入仪器后为何能“变成”图谱。其实，这背后经历了一场信号的“旅程”：看不见的光、电、化学变化，先由探测器“感知”变成“电”(模拟信号)，再通过信号放大器将微弱电流转为电压信号并放大，随后被整形、转化为计算机能理解的数字信号，最终绘制成图像。这一过程中涉及一连串电子模块和概念，如跨阻放大器、模数转换器、采样频率及分辨率。本文通过一系列通俗类比串联起信号处理的各个关键步骤，帮助学生梳理从信号到数据的全过程，使他们不再只是停留在“按按钮或点鼠标看结果”的阶段，而是能真正理解谱图背后的信号处理流程，更好地使用分析仪器。

关键词

模拟信号 / 滤波器 / 跨阻放大器 / 模数转换 / 数字信号

基金资助

兰州市科学技术局科技计划项目(2024-2-27); 甘肃省教育厅2023年高等教育教学成果培育项目(PX-48232713); 兰州大学教育教学改革研究项目(202212); 教育部化学“101计划”——化学测量学实验课程建设项目;教育部第三批虚拟教研室建设试点——“101计划”化学测量学实验课程虚拟教研室对本工作的支持