仪器科学与技术学科发展研究报告2008

仪器科学与技术学科发展研究报告2008

一、概述

在现代化的国民经济活动中，仪器科学与技术学科涉及到人类活动的各个方面，它是高新技术的前沿技术，是信息获取的主要技术手段，是信息技术的关键和基础。仪器科学与技术学科是现代科技的重要学科之一，并与现代科学技术的许多学科有着紧密联系，她的整体发展水平是国家综合国力的重要标志之一。

现代高新技术发展与基础科学实验研究对仪器仪表的先进性依赖程度越来越高，先进的仪器设备既是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主题内容之一和创新成就的重要体现形式。仪器仪表是工业生产的“倍增器”，科学研究的“先行官”，军事上的“战斗力”，国民活动中的“物化法官”已日益为人们所理解。近二年仪器仪表在我国许多重大工程项目（如探月工程）和社会突发事件（如四川汶川大地震、三聚氰胺毒牛奶事件）中发挥的作用更是有目共睹。特别是在举国提倡科技创新的今天，国家科技部、国家发展改革委员会、教育部和中国科协于2008年4月28日下发的国科发财[2008] 197号文件“关于加强创新方法工作的若干意见”中，强调了科学仪器作为创新工具的重要性，这为我国仪器仪表的发展创造了良好的环境。

目前，仪器科学与技术学科的主要组成相对稳定，她主要包括以下六个分支学科：工业自动化测控技术及工业自动化仪表与系统；科学测试、分析技术及科学仪器；人体诊疗技术及医疗仪器；信息计测技术及电测仪器（主要是电子测量仪器和电工测量仪器，包括仪表校验装置和计量基准）；专用检测技术及各类专用测量仪器；相关传感器、元器件、材料及技术。

二、近两年仪器科学与技术学科领域科技和产业发展的主要特点及趋势

根据仪器科学与技术学科的内涵和组成，目前仪器科学与技术学科领域科技和产业发展的总体特点是：学科领域面对的产品种类和品种多样化；学科领域产品的稳定性、可靠性和适应性要求很高；技术指标和功能不断提高；最先应用新的科学研究成果，高新技术大量采用；仪器及测控单元微小型化、智能化日趋明显，要求仪器及测控单元可独立使用，也可嵌入式使用和联网使用；仪器测控范围向立体化、全球化扩展，测控功能向系统化、网络化发展；便携式、手持式以至个性化仪器大量发展。

学科领域科技发展的总体趋势是利用各学科最新科技成果，特别是结合材料、微电子、光电子、生物化学、信息处理等各学科及大规模集成电路、微纳加工、网络等各种新技术，在研发仪器仪表相关新型传感器、元器件和材料及技术基础上，开发新的微弱信号敏感、传感、检测、融合技术，物质原子、分子级检测技术，复杂组成样品的联用分析技术，生命科学的原位、在体、实时、在线、高灵敏度、高通量、高选择性检测技术，创建各类新型检测仪器仪表；结合系统论、控制论的发展，在开发工业自动化测控的在线分析和控制、原位分析和控制、高可靠性、高性能和高适用性等技术基础上，发展工业自动化仪表和控制系统；结

合生命科学、人体科学的发展，在开发医疗诊治的健康状况监测、早期诊治、无损诊断、无创和低创直视诊疗、精确定位治疗技术基础上，发展医疗仪器；同时跟踪新学科领域和各类应用领域的发展，开发各种专用、快速、自动化检测和计量技术及专用仪器仪表。

学科领域产业发展的总趋势是企业非常重视科技进步，尽量在新产品中采用各种高新技术及其形成的新型传感器、新型器件（特别是超大规模集成专用电路）及新材料，并采用计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）以缩短新产品开发周期。国际上仪器科技产品的发展趋势是微型化、数字化、智能化、集成化和网络化进一步向纵深发展，并在产品性能上向高精度、高可靠性、高环境适应性目标前进，在人机界面上更便于人的操作、使用，以及与人类生活、健康有关的各类仪器科技产品有望得到较大的发展并进入家庭，通过家庭、社区、医院联网将使保健、疾病诊治从医院向社区、家庭发展。

下面根据仪器科学与技术学科的组成，分别描述学科一些主要领域近两年科技和产业发展的主要趋势

（一）近两年工业自动化测控技术及工业自动化仪表和控制系统领域科技和产业发展的主要趋势

（1）自动化仪表与企业的信息化。“企业信息化”实际上是企业的信息集成和整合，用自动化仪表和系统的信息模型“简化”、“规则”和“抽象”信息以便最有效地利用信息。

（2）自动化仪表工程项目全局信息和全生命周期信息的整合，实现自动化仪表系统的全面可互操作。自动化仪表工程项目全局、全生命周期的信息化整合是一个漫长的过程，近两年IEC 62424标准的出版、InTools工具软件功能的扩充以及控制系统与现场仪表层各项可互操作标准的推出是发展中的一个重要标志点。

（3）功能安全，安全是一个非常广泛的主题，在自动化仪表领域近年主要关注功能安全方面。近两年功能安全的重要发展是：大量经过功能安全认证的仪表推向市场。功能安全标准已经出版，功能安全研究的范围还在深入和扩大。

（4）系统维护与仪表诊断。基于企业对安全和质量的要求，系统维护与仪表诊断受到用户、制造商和研究者各方的关注。系统维护与仪表诊断分为四个层次：生产流程的诊断、生产装备的诊断、自动化控制系统的诊断、现场仪表的诊断。

（5）无线通信，工业无线通信技术的快速发展是近两年自动化仪表领域显著的亮点，主要表现在技术方案多样化，参与者迅速增加，成立了专业组织及推出了多种无线演示系统、测量仪表样机。

（二）近两年科学测试、分析技术及科学仪器领域科技和产业发展的主要趋

势

（1）分析仪器关键技术及相关仪器：出现如光学捕获(Optical trapping)这类新型光学微操作技术并被广泛应用于各种微观领域的研究。微型色谱仪实现了真正的商品化。NMR的微型化也在这几年取得了重大进展。另外，光频梳光谱法（optical frequency comb spectroscopy）是最近发展起来的另一重要分析仪器关键技术。

（2）精密检测仪器：当今时代已经进入分子、原子分析检测新发展阶段，微纳科技的发展直接推动了精密检测仪器的快速发展。目前以扫瞄隧道显微镜和原子力显微镜为代表的扫描探针显微镜已经成为微纳米测试技术领域中的关键测试分析仪器并发展迅速。

（3）光子成像技术及仪器：生物医学光子学(Biomedical Photonics)随着激光、电子、光谱、显微及光纤等技术的发展而飞速成长，目前光子成像技术主要包括漫射光层析成像、荧光成像、相干层析成像、光声成像等。这几年出现了不少基于光子成像技术的新型科学仪器。应用这些仪器不但丰富了人们对于光与生物组织体相互作用机理的认识，而且还促进了各种新的生物研究仪器和医学诊断仪器的发明。

（三）近两年人体诊疗技术及医疗仪器领域科技和产业发展的主要趋势

1．医学影像设备

（1）计算机断层扫描机（CT机）：体积CT（VCT）技术的发展使CT机的扫描能力越来越强，扫描速度越来越快。

（2）磁共振成像（MRI）技术主要向两个方向发展: 一是高场强的超导磁共振，二是永磁低场强(集中在0.2T-0.35T)开放式机型。将MRI用于人体内温度场的测量方面新近有了重大进展。

（3）核医学影像设备：向正电子发射断层显像术（PET）和CT结合的方向发展。PET/CT将PET和CT设计安装在同一机架上，PET进行功能影像扫描，CT 进行解剖影像扫描后与PET图像同机融合，完成功能图像的定位和衰减校正。

2．医用电子仪器

小型化、便携、IT技术的应用以及自动诊断技术的应用等是医用电子仪器技术发展的一个重要趋势。医用电子技术在神经领域里的应用还衍生出了一门新兴的学科---神经工程学。这一学科的发展方向，一是为神经科学研究建立交叉的技术平台；二是为临床神经疾病的诊断和治疗提高新的解决方案。脑－机接口是神经工程学研究的关键技术之一，该技术作为一种新的人机界面技术，可实现用意识直接操作计算机。我国在该领域处于国际领先地位。