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儀器儀表發展的幾大方向 日期:2019.05.08

在現代科學技術和生產力的推動下,最初作為測置器具的儀器己發展成一門較為完整的學科,並在當今國民經濟和科技發展中發揮著日益重要的作用。專家稱:儀器儀表是科學研究的“先行官”、工業生產的“倍增器"、軍事上的”戰鬥力“、國民活動中的”物化法“。

  以往在人們眼裏,儀器儀表往往被看作科研和工業的配角,然而它早已成為我國科技發展和提升工業產品質量的核心組成部分,作用舉足輕重。事實證明,中國科技實力與經濟發展的咽喉,部分地被卡在儀器儀表這一關上。

  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,可謂是日新月異。

  現代儀器儀表按其應用領域和自身技術特性大致劃分為6個大類,即工業自動化儀表與控製係統、科學儀器、電子與電工測量、醫療儀器、各類專用儀器,傳感器與儀器儀表元器件及材料。

  工業自動化儀表與控製係統,主要指工業,特別是流程產業生產過程中應用的各類檢測儀表、執行機構與自動控製係統裝置。

  科學儀器主要指應用於科學研究、教學實驗、計量測試、環境監測、質量和安全檢等各個方麵的儀器儀表。

  電子與電工測量儀器,主要指低頻、高頻、超高頻、微波等各個頻段測試計量專用和通用儀器儀表。

  醫療儀器主要指用於生命科學研究和臨床診斷治療的儀器。

  各類專用儀器指農業、氣象、水文、地質、海洋、核工業、航空、航天等各個領域應用的專用儀器。

  傳感器與儀器儀表元器件及材料。

  我國儀器儀表即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並獲得新的發展。

  世界近20年來,微電子技術。計算機技術。精密機械技術、高密封技術、特種加工技術。集成技術、薄膜技術、網絡技術、納米技術、激光技術、超導技術和生物技術等高新技術得到了迅猛發展。

  近10年來,由於包括納米級的精密機械研究成果、分子層次的現代化學研究成果、基因層次的生物學研究成果,以及高精密超性能特種功能材料研究成果和全球網絡技術推廣應用成果等在內的一大批當代最新技術成果的競相問世,使得儀器儀表領域發生了根本性的變革。通過分析可以看出,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,過程測控儀表發展曆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。現場總線是用於現場智能化儀表與控製室之間的一種開放、全數字化、雙向。多站的通信係統。它的產生,既是廣大用戶的實際需求和製造廠商間技術競爭的結果,也是計算機技術、通信技術和控製技術在工業控製領域相結合的產物和產品升級的必然結果,它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人了新活力、新動力。

  儀器儀表產品的總體發展趨勢是日後傳統的儀器儀表將仍然朝著高性能、篼精度、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ft級,為實現測試自動化打下了良好的基礎。計算機的引人,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係統的特征參數,從單純的接受,顯示轉變為控製、分析、處理。計箅與顯示輸出,從用單個儀器進行測量轉變成用測童係統進行測童。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,儀器儀們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於各種現場自動化設備與其控製係統的網絡通信技術,Internet和Internet技術也將進入控製領域。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、高精尖的製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,控製對象的全方位信息。未來10年,而更高程度的智能化應包括理解、推理。判斷與分析等一係列功能,是數值,邏輯與知識的結合分析結果,智能化的標誌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、強抗幹擾能力傳感器技術和測試儀器儀表。如:利用高溫超導童子幹涉儀(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,不僅可以測量表麵精細結構,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於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幹涉儀,它的測量範圍可以從納米到幾米或更大的範圍,分辨率可達lmm.現代儀器儀表發展關鍵技術:
(1)傳感技術:傳感技術不僅是儀器儀表實現檢測的基礎,它也是儀器儀表實現控製的基礎。

  (2)係統集成技術:係統集成技術直接影響儀器儀表和測童控製科學技術的應用廣度和水平,特別是對大工程、大係統。大型裝置的自動化程度和效益有決定性影響。

  (3)智能控製技術:智能控製技術是人類以接近最佳方式,通過測控係統以接近最佳方式監控智能化工具、裝備、係統達到既定目標的技術,是直接涉及測控係統的效益發揮的技術,是從信息技術向知識經濟技術發展的關鍵。智能控製技術可以說是測控係統中最重要和最關鍵的軟件資源。

  (4)人機界麵技術:人機界麵技術主要為方便儀器儀表操作人員或配有儀器儀表的主設備、主係統的操作員操作儀器儀表或主設備、主係統服務。

  (5)可靠性技術:隨著儀器儀表和測控係統應用領域的日益擴大,可靠性技術特別是在一些軍事、航空航天、電力、核工業設施,大型工程和工業生產中起到提高戰鬥力和維護正常工作的重要作用。

  現代儀器儀表產品的技術發展趨勢。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、係統、通信。圖像顯示。

  自動控製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係列產品群體。

  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於超大規模集成(VLSI)新器件,微機電係統(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、微分光光學係統。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於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件及開發工具等提供整個應用係統的解決方案。目前DSP的生產工藝正在由0.35mm轉向0.25nm、0.18mm、0.13mm,2005年可達到0.075nm.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5億隻晶體管。

  網絡化:由於測量設備自動化、智能化水平的提升,多台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於現場總線技術。基於現場總線的FCS(FieidbusControlSystem)將取代DCS成為控製係統的主角,丨ntemet和丨ntranet技術也進人控製領域,網絡化係統滲透到企業從生產到管理、直到經營等各方麵。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製和開發新型網絡化智能化測童設備,如美國PSDataCom(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製器芯片一一WebChipTM,並提供了一種簡單、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於虛擬現實技術。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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