現代儀器儀表:看似配角的主角
信息來源: 華恒 | [ 2013-09-16 ] 點擊量: 1290

  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。專家總結其作用稱: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“戰斗力”,國民活動中的“物化法官”。

  在92歲高齡的王大珩院士心目中,“儀器儀表往往被看作科研和工業生產的‘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,我們需要關注儀器儀表的發展。

  現代儀器儀表的分類:根據國際發展潮流和我國的現狀,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制系統、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。

  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。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,由于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制的基礎。

  ②系統集成技術:系統集成技術直接影響儀器儀表和測量控制科學技術的應用廣度和水平,特別是對大工程、大系統、大型裝置的自動化程度和效益有決定性影響。

  ③智能控制技術:智能控制技術是人類以接近最佳方式,通過測控系統以接近最佳方式監控智能化工具、裝備、系統達到既定目標的技術,是直接涉及測控系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。智能控制技術可以說是測控系統中最重要和最關鍵的軟件資源。

  ④人機界面技術:人機界面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、主系統的操作員操作儀器儀表或主設備、主系統服務。

  ⑤可靠性技術:隨著儀器儀表和測控系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斗力和維護正常工作的重要作用。

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