测量控制与仪器仪表新技术(论文)

测量控制与仪器仪表新技术

摘要：仪器仪表作为对信息进行采集、测量、处理和控制的重要手段和设备，已成为推动科学技术和国民经济高速发展的关键技术之一。王大珩院士指出：“在当今以信息技术带动工业化发展的时代，仪器仪表与测试技术是信息科学技

官”，军事上的“战斗力”，国民活动中的“物化法官”。发达国家已把发展现代仪器仪表科技列为一项重要的战略措施，而作为发展中国家的我们必须充分利用我国经济高速发展和巨大的市场优势，结合测控技术的深化研究，大力推进新技术、新工艺在仪器仪表中的应用研究，掌握各类仪器仪表的设计、生产工艺等关键技术，满足国民经济、人民健康和国防安全在生产、科研、应用各个方面对测量控制与仪器仪表的需求，使我国的测量控制与仪器仪表产业得以快速地发展。

关键词：仪器仪表；采集；测量；处理；控制；新技术；新工艺；发展。

引言

测量控制与仪器仪表正向着计算机化、网络化、智能化、多功能化的方向发展，跨学科的综合设计、高精尖的制造技术使它能更高速、更灵敏、更可靠、更简捷地获取被分析、检测、控制的全方位信息。利用物理学的新效应和高新技术开发新型高灵敏度、高稳定性、强抗干扰能力的测量控制技术和仪器仪表层出不穷。

目前大部分国产仪器仪表产品处于国际上九十年代初、中期的水平。在产品的可靠性、功能、智能化程度、产品技术更新周期、面向对象的专用解决方案等方面都存在较大差距。我国对仪器仪表的需求量的二分之一是由进口产品满足

的，大型高精度的仪器仪表几乎全部依赖进口。因此，大力提升我国测量控制与仪器仪表的研制、开发、制造能力，对真正提高我国国民经济的整体素质，以信息化带动工业化，最终实现我国经济、社会和科技跨越式发展，维护国家和社会安全是十分迫切和必要的。

●测量控制与仪器仪表科学技术的范围

根据国际发展的潮流和我国的现状，目前认识到的测量控制与仪器仪表科学技术的范围主要包括

1.工业自动化仪表、控制系统及相关测控技术

2.科学仪器及相关测控技术

3.医疗仪器及相关测控技术

4.信息技术电测、计量仪器及相关测控技术

5.各类专用仪器仪表及相关测控技术

6.相关传感器、元器件、制造工艺和材料及其基础科学技术

●测量控制与仪器仪表的发展趋势及特点

根据上述测量控制与仪器仪表的国际发展趋势，可以总结测量控制与仪器仪表科技发展具有以下主要特点：

1.大量采用新的科研成果和高新技术

测量控制与仪器仪表作为人类认识世界、改造世界的第一手工具，是人类进行科学研究和工程技术开发的最基本工具。人类很早就懂得“工欲善其事，必先利其器”的道理，新的科学研究成果和发现如信息论、控制论、系统工程理论，微观和宏观世界研究成果及大量高新技术如微弱信号提取技术，计算机软、硬件技术，网络技术，激光技术，超导技术，纳米技术等均成为测量控制与仪器仪表科学技术发展的重要动力。仪器仪表不仅本身已成为高技术的新产品，而且利用

新原理、新概念、新技术、新材料和新工艺等最新科技成果集成的装置和系统层出不穷。

2.测量单元微小型化、智能化

测量控制与仪器仪表大量采用新的传感器、大规模和超大规模集成电路、计算机及专家系统等信息技术产品，不断向微小型化、智能化发展，从目前出现的“芯片式仪器仪表”，“芯片实验室”、“芯片系统”等看，测量单元的微小型化和智能化将是长期发展趋势。从应用技术看，微小型化和智能化测量单元的嵌入式连接和联网应用技术得到重视。

3.测控范围向立体化、全球化扩展，测量控制向系统化、网络化发展

随着仪器仪表所测控的既定区域不断向立体化、全球化甚至星球化发展，仪器仪表和测控装置已不再呈单个装置形式，它必然向测控装置系统化、网络化方向发展。例如一个大型水电站的测控系统，仅检测大坝安全性的传感器就达数千个，此外各个发电机组状态及水位情况的检测控制点（ I/O 测控点）将超过万点，要达到大型水电站的正常发电和送电，必须将各个测控点的测控装置形成一个有机的测控网络系统。又例如卫星测控系统，运载火箭上配置的各种传感器就达到数千，而卫星上各种测控装置构成一个完整的自动测控系统，然后和多个地面站的测控系统构成一个广域测控系统。

4.便携式、手持式以至个性化仪器仪表大量发展

随着生产的发展和人民生活水平的提高，人们对自己的生活质量和健康水平日益关注，检测与人们生活密切相关的各类商品、食品质量的仪器仪表，预防和治疗疾病的各种医疗仪器是今后发展的一个重要趋势。科学仪器的现场化、实时在线化，特别是家庭和个人使用的健康状况和疾病警示仪器仪表将有较大发展。

测量控制与仪器仪表新技术发展方向

1.工业自动化仪表与控制系统

A. 以石油、化工、钢铁、电力、交通运输、国防安全、环保、轻工、水利等重大工程项目为依托，致力于新一代主控系统及其综合自动化开发和产业化，主要包括集散控制系统、现场总线控制系统和以工业计算机为基础的开放式控制系统、工业生产中的质控体系等。

B. 先进控制、优化软件开发与产业化技术，主要包括先进控制技术、过程优化技术、实时监控软件平台、信息集成软件平台、系统集成技术等。

C. 智能仪表、采用现场总线技术与实时工业以太网技术的检测仪表、执行器与变送器、成套专用控制装置和成套专用优化系统的开发与产业化。

2.科学仪器

A. 量大面广的通用仪器

重点解决色谱、光谱、质谱、电化学等各类通用仪器的稳定和可靠性，开发高灵敏检测器和高精度传感器，进一步提高仪器的技术水平和设计制造能力。

B. 特定领域的专用仪器

农产品品质和食品营养成分检测、农药及残留量检测、土壤速测等农业和食品专用仪器；海洋仪器；大气、水和固体废弃物安全监测和预警用成套环境专用仪器，各种灾害监测仪器；生命科学用分离分析仪器及面向医疗单位包括中小医院的各种生化分析仪器；计量仪器；航天仪器等。

C. 有自主知识产权和特色的新型仪器

重点发展各种微分析仪器、智能仪器、联用仪器、虚拟仪器、成像仪器及相关技术和部件。

D. 科学仪器软件和支撑系统

着重发展各种科学仪器应用软件、标准化数据处理软件，提供使用可靠、扩展性强的通用型科学仪器开发平台和仪器测控数据系统以及支撑系统。

3.医疗仪器