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儀器儀表——科學研究行業的先行者

時間：2009/4/8 8:43:07

現代儀器儀表的發展在工業的發展進程中占有至關重要的地位，我們需要關注儀器儀表的發展。在現代科學技術和生產力的推動下，最初作為測量器具的儀器已發展成一門較為完整的學科，并在當今國民經濟和科技發展中發揮著日益重要的作用。
　　我國儀器儀表業將發生新的重大轉折
　　隨著科學技術的飛速發展和自動化程度的不斷提高，我國儀器儀表行業也將發生新的變化并獲得新的發展。高科技化不但是現代儀器儀表的主要特征，而且是振興儀表工業的必由之路，也是新世紀儀器儀表及其產業的發展主流。
　　伴隨現場總線的問世，過程測控儀表發展歷程出現了重大轉折和難得機遇。目前現場總線已成為全球自動化技術的熱點。現場總線是用于現場智能化儀表與控制室之間的一種開放、全數字化、雙向、多站的通信系統。它的產生，既是廣大用戶的實際需求和制造廠商間技術競爭的結果，也是計算機技術、通信技術和控制技術在工業控制領域相結合的產物和產品升級，以及為實現進一步的高精度、高性能(特別是多參數在線實時測控與自動測控)、高穩定、高可靠、高適應性，多功能、低消耗等提供了巨大動力和發展空間。
　　應用領域，特別是非傳統應用領域的進一步拓展，為儀器儀表工業的持續發展注入了新活力、新動力。
　　儀器儀表產品的總體發展趨勢是“六高一長”和“二十化”。縱觀歷史，剖析現狀，展望未來，可以提出如下結論：日后，傳統的儀器儀表將仍然朝著高性能、高精度、高靈敏、高穩定、高可靠、高環保和長壽命的“六高一長”的方向發展。
　　國際儀器儀表發展趨勢
　　國際儀器儀表發展極為迅速，近10幾年來國際儀器儀表發展的主要趨勢是：
　　數字技術的出現把模擬儀器的精度、分辨力與測量速度提高了幾個量級，為實現測試自動化打下了良好的基礎。計算機的引入，使儀器的功能發生了質的變化，從個別參量的測量轉變成測量整個系統的特征參數，從單純的接受、顯示轉變為控制、分析、處理、計算與顯示輸出，從用單個儀器進行測量轉變成用測量系統進行測量。計算機技術在儀器儀表中的進一步滲透，使電子儀器在傳統的時域與頻域之外，又出現了數據域測試。90年代，儀器儀表與測量科學技術突破性進展是儀器儀表智能化程度的提高；DSP芯片的大量問世，使儀器儀表數字信號處理功能大大加強；微型機的發展，使儀器儀表具有更強的數據處理能力和圖象處理功能；現場總線技術是90年代迅速發展起來的一種用于各種現場自動化設備與其控制系統的網絡通信技術，Internet和Internet技術也將進入控制領域。現代儀器儀表產品將向著計算機化、網絡化、智能化、多功能化的方向發展，跨學科的綜合設計、高精尖的制造技術使它能更高速、更靈敏、更可靠、更簡捷地獲取被分析、檢測、控制對象的全方位信息。未來10年，而更高程度的智能化應包括理解、推理、判斷與分析等一系列功能，是數值、邏輯與知識的結合分析結果，智能化的標志是知識的表達與應用。利用物理學的新效應和高新技術及其成就開發新型高靈敏度、高穩定性、強抗干擾能力傳感器技術和測試儀器儀表。如：利用高溫超導量子干涉儀（SGUID）開發計量測試儀器、物理學測試儀器、地理和地質學儀器、化學分析儀器、醫療儀器、無損材料檢測儀器等。利用橢偏技術來檢測光纖、光學玻璃等，它與近場光學相結合，不僅可以測量表面精細結構，同時根據近場光學反射偏振信息可以分辨出被測物體的材料，這是目前實驗研究新探索。將可調諧穩頻激光光譜儀技術用于高精密的幾何量與機械量和多種無形態的量的測量，開發以新一代微型光纖傳導激光干涉儀，它的測量范圍可以從納米到幾米或更大的范圍，分辨率可達10mm。
　　現代儀器儀表產品技術趨勢
　　儀器儀表作為信息工業的源頭，是以電腦和微處理器的技術為核心技術，以計算機、網絡、系統、通信、圖像顯示、自動控制理論為共性關鍵技術基礎。這些信息技術應用到儀器儀表中，促成儀器儀表產品升級為智能儀器儀表，發展成為信息工業領域中一大系列產品群體。儀器儀表產品正向智能化、微型化、網絡化和虛擬化方向迅速邁進。
　　微型化：儀器儀表產品微型化主要歸結于超大規模集成（VLSI）新器件、微機電系統（MEMS）、圓片規模集成（WSI）和多芯片模塊（MCM）等；采用微控技術、微加工技術、微檢測技術、微光源、微分光光學系統、微傳感器等，使儀器儀表產品體積縮小，精度提高。
　　智能化：儀器儀表產品智能化主要歸結于微處理器和人工智能技術的發展與應用。以美國德州儀器公司提出的“DSPC”概念為例，以DSP芯片為核心，配合先進的混合信號電路、ASIC電路、元件及開發工具等提供整個應用系統的解決方案。目前DSP的生產工藝正在由0.35μm轉向0.25μm、 0.18μm、0.13μm，2005年可達到0.075μm。到2010年，DSP芯片的集成度將會提高11倍，單個芯片上將會集成5億只晶體管。
　　網絡化：由于測量設備自動化、智能化水平的提高，多臺儀器聯網已推廣應用，虛擬儀器、三維多媒體等新技術開始實用化。儀器儀表產品網絡化主要歸結于現場總線技術。基于現場總線的FCS（FieidbusControlSystem）將取代DCS成為控制系統的主角，Internet和Intranet 技術也進入控制領域，網絡化系統滲透到企業從生產到管理、直到經營等各方面。通過Internet網，儀器用戶之間可異地交換信息和瀏覽，廠商能直接與異地用戶交流，能及時完成如儀器故障診斷、指導用戶維修或交換新儀器改進的數據、軟件升級等工作。國外著名儀器廠商正在積極研制和開發新型網絡化智能化測量設備，如美國P&SDataCom（Microchip）公司通過多年對智能設備與網絡間通訊方式的研究和開發，發明了具有專利的通用網絡通訊控制器芯片－－WebChipTM，并提供了一種簡單、低價格、完整的智能設備網絡連接方案。
　　虛擬化：儀器儀表產品虛擬化主要歸結于虛擬現實技術。它是一種由計算機全部或部分生成的多維感覺環境，給參與者產生各種感官信息，使參與者有身臨其境的感覺，能體驗、接受和認識客觀世界中的客觀事物，深化概念和建造新的構想和創意。

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