仪器仪表在工业发展中的作用举足轻重

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责任编辑：上海自仪公司技术中心
仪器仪表在工业发展中的作用举足轻重
我国仪器仪表业将发生新的重大转折，伴随现场总线的问世，过程测控仪表发展历程出现了重大转折和难得机遇。
专家总结其作用称：仪器仪表是科学研究的“先行官”，工业生产的“倍增器”，军事上的“战斗力”，国民活动中的“物化法官”。
在92岁高龄的王大珩院士心目中，“仪器仪表往往被看作科研和工业生产的‘配角’，然而它早已成为我国科技发展和提升工业产品质量的核心组成部分，作用举足轻重。事实证明，中国科技实力与经济发展的‘咽喉’，部分地被卡在仪器仪表这一关上。”
现代仪器仪表的发展在工业的发展进程中占有至关重要的地位，我们需要关注仪器仪表的发展。
现代仪器仪表的分类：
根据国际发展潮流和我国的现状，现代仪器仪表按其应用领域和自身技术特性大致划分为6个大类，即工业自动化仪表与控制系统、科学仪器、电子与电工测量、医疗仪器、各类专用仪器，传感器与仪器仪表元器件及材料。
传感器与仪器仪表元器件及材料。
我国仪器仪表业将发生新的重大转折：
随着科学技术的飞速发展和自动化程度的不断提高，我国仪器仪表行业也将发生新的变化并获得新的发展。
世界近20年来，微电子技术、计算机技术、精密机械技术、高密封技术、特种加工技术、集成技术、薄膜技术、网络技术、纳米技术、激光技术、超导技术和生物技术等高新技术得到了迅猛发展。近10年来，由于包括纳米级的精密机械研究成果、分子层次的现代化学研究成果、基因层次的生物学研究成果，以及高精密超性能特种功能材料研究成果和全球网络技术推广应用成果等在内的一大批当代最新技术成果的竞相问世，使得仪器仪表领域发生了根本性的变革。通过分析可以看出，高科技化不但是现代仪器仪表的主要特征，而且是振兴仪表工业的必由之路，也是新世纪仪器仪表及其产业的发展主流。
伴随现场总线的问世，过程测控仪表发展历程出现了重大转折和难得机遇。
目前现场总线已成为全球自动化技术的热点。现场总线是用于现场智能化仪表与控制室之间的一种开放、全数字化、双向、多站的通信系统。它的产生，既是广大用户的实际需求和制造厂商间技术竞争的结果，也是计算机技术、通信技术和控制技术在工业控制领域相结合的产物和产品升级，以及为实现进一步的高精度、高性能(特别是多参数在线实时测控与自动测控)、高稳定、高可靠、高适应性，多功能、低消耗等提供了巨大动力和发展空间。
应用领域，特别是非传统应用领域的进一步拓展，为仪器仪表工业的持续发展注入了新活力、新动力。
仪器仪表产品的总体发展趋势是“六高一长”和“二十化”。纵观历史，剖析现状，展望未来，可以提出如下结论：日后，传统的仪器仪表将仍然朝着高性能、高精度、高灵敏、高稳定、高可靠、高环保和长寿命的“六高一长”的方向发展。
国际仪器仪表发展趋势：
国际仪器仪表发展极为迅速，近10几年来国际仪器仪表发展的主要趋势是：
数字技术的出现把模拟仪器的精度、分辨力与测量速度提高了几个量级，为实现测试自动化打下了良好的基础。
计算机的引入，使仪器的功能发生了质的变化，从个别参量的测量转变成测量整个系统的特征参数，从单纯的接受、显示转变为控制、分析、处理、计算与显示输出，从用单个仪器进行测量转变成用测量系统进行测量。计算机技术在仪器仪表中的进一步渗透，使电子仪器在传统的时域与频域之外，又出现了数据域测试。90年代，仪器仪表与测量科学技术突破性进展是仪器仪表智能化程度的提高；DSP芯片的大量问世，使仪器仪表数字信号处理功能大大加强；微型机的发展，使仪器仪表具有更强的数据处理能力和图象处理功能；现场总线技术是90年代迅速发展起来的一种用于各种现场自动化设备与其控制系统的网络通信技术，Internet和Internet技术也将进入控制领域。现代仪器仪表产品将向着计算机化、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、控制对象的全方位信息。未来10年，而更高程度的智能化应包括理解、推理、判断与分析等一系列功能，是数值、逻辑与知识的结合分析结果，智能化的标志是知识的表达与应用。利用物理学的新效应和高新技术及其成就开发新型高灵敏度、高稳定性、强抗干扰能力传感器技术和测试仪器仪表。如：利用高温超导量子干涉仪（SGUID）开发计量测试仪器、物理学测试仪器、地理和地质学仪器、化学分析仪器、医疗仪器、无损材料检测仪器等。利用椭偏技术来检测光纤、光学玻璃等，它与近场光学相结合，不仅可以测量表面精细结构，同时根据近场光学反射偏振信息可以分辨出被测物体的材料，这是目前实验研究新探索。将可调谐稳频激光光谱仪技术用于高精密的几何量与机械量和多种无形态的量的测量，开发以新一代微型光纤传导激光干涉仪，它的测量范围可以从纳米到几米或更大的范围，分辨率可达10mm。
现代仪器仪表发展关键技术：
①传感技术:传感技术不仅是仪器仪表实现检测的基础，它也是仪器仪表实现控制的基础。
②系统集成技术:系统集成技术直接影响仪器仪表和测量控制科学技术的应用广度和水平，特别是对大工程、大系统、大型装置的自动化程度和效益有决定性影响。
③智能控制技术:智能控制技术是人类以接近最佳方式，通过测控系统以接近最佳方式监控智能化工具、装备、系统达到既定目标的技术，是直接涉及测控系统的效益发挥的技术，是从信息技术向知识经济技术发展的关键。智能控制技术可以说是测控系统中最重要和最关键的软件资源。
④人机界面技术:人机界面技术主要为方便仪器仪表操作人员或配有仪器仪表的主设备、主系统的操作员操作仪器仪表或主设备、主系统服务。
⑤可靠性技术:随着仪器仪表和测控系统应用领域的日益扩大，可靠性技术特别是在一些军事、航空航天、电力、核工业设施，大型工程和工业生产中起到提高战斗力和维护正常工作的重要作用。
现代仪器仪表产品技术趋势：
仪器仪表作为信息工业的源头，是以电脑和微处理器的技术为核心技术，以计算机、网络、系统、通信、图像显示、自动控制理论为共性关键技术基础。这些信息技术应用到仪器仪表中，促成仪器仪表产品升级为智能仪器仪表，发展成为信息工业领域中一大系列产品群体。仪器仪表产品正向智能化、微型化、网络化和虚拟化方向迅速迈进。
微型化：仪器仪表产品微型化主要归结于超大规模集成（VLSI）新器件、微机电系统（MEMS）、圆片规模集成（WSI）和多芯片模块（MCM）等；采用微控技术、微加工技术、微检测技术、微光源、微分光光学系统、微传感器等，使仪器仪表产品体积缩小，精度提高。
智能化：仪器仪表产品智能化主要归结于微处理器和人工智能技术的发展与应用。以美国德州仪器公司提出的“DSPC”概念为例，以DSP芯片为核心，配合先进的混合信号电路、ASIC电路、元件及开发工具等提供整个应用系统的解决方案。目前DSP的生产工艺正在由0.35μm转向0.25μm、0.18μm、0.13μm，2005年可达到0.075μm。到2010年，DSP芯片的集成度将会提高11倍，单个芯片上将会集成5亿只晶体管。
网络化：由于测量设备自动化、智能化水平的提高，多台仪器联网已推广应用，虚拟仪器、三维多媒体等新技术开始实用化。仪器仪表产品网络化主要归结于现场总线技术。基于现场总线的FCS（FieidbusControlSystem）将取代DCS成为控制系统的主角，Internet和Intranet技术也进入控制领域，网络化系统渗透到企业从生产到管理、直到经营等各方面。通过Internet网，仪器用户之间可异地交换信息和浏览，厂商能直接与异地用户交流，能及时完成如仪器故障诊断、指导用户维修或交换新仪器改进的数据、软件升级等工作。国外著名仪器厂商正在积极研制和开发新型网络化智能化测量设备，如美国P&SDataCom（Microchip）公司通过多年对智能设备与网络间通讯方式的研究和开发，发明了具有专利的通用网络通讯控制器芯片--WebChipTM，并提供了一种简单、低价格、完整的智能设备网络连接方案。
虚拟化：仪器仪表产品虚拟化主要归结于虚拟现实技术。它是一种由计算机全部或部分生成的多维感觉环境，给参与者产生各种感官信息，使参与者有身临其境的感觉，能体验、接受和认识客观世界中的客观事物，深化概念和建造新的构想和创意。