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走勢預測:科學研究先行者——儀器儀表

走勢預測:科學研究先行者——儀器儀表

2008/8/19 0:00:00

  現(xiàn)代儀器儀表的發(fā)展在工業(yè)的發(fā)展進程中占有至關(guān)重要的地位,我們需要關(guān)注儀器儀表的發(fā)展。在現(xiàn)代科學技術(shù)和生產(chǎn)力的推動下,最初作為測量器具的儀器已發(fā)展成一門較為完整的學科,并在當今國民經(jīng)濟和科技發(fā)展中發(fā)揮著日益重要的作用。


  我國儀器儀表業(yè)將發(fā)生新的重大轉(zhuǎn)折:

 
  隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展和自動化程度的不斷提高,我國儀器儀表行業(yè)也將發(fā)生新的變化并獲得新的發(fā)展。高科技化不但是現(xiàn)代儀器儀表的主要特征,而且是振興儀表工業(yè)的必由之路,也是新世紀儀器儀表及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主流。


  伴隨現(xiàn)場總線的問世,過程測控儀表發(fā)展歷程出現(xiàn)了重大轉(zhuǎn)折和難得機遇。目前現(xiàn)場總線已成為全球自動化技術(shù)的熱點?,F(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場智能化儀表與控制室之間的一種開放、全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)。它的產(chǎn)生,既是廣大用戶的實際需求和制造廠商間技術(shù)競爭的結(jié)果,也是計算機技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域相結(jié)合的產(chǎn)物和產(chǎn)品升級,以及為實現(xiàn)進一步的高精度、高性能(特別是多參數(shù)在線實時測控與自動測控)、高穩(wěn)定、高可靠、高適應(yīng)性,多功能、低消耗等提供了巨大動力和發(fā)展空間。


  應(yīng)用領(lǐng)域,特別是非傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的進一步拓展,為儀器儀表工業(yè)的持續(xù)發(fā)展注入了新活力、新動力。


  儀器儀表產(chǎn)品的總體發(fā)展趨勢是“六高一長”和“二十化”。縱觀歷史,剖析現(xiàn)狀,展望未來,可以提出如下結(jié)論:日后,傳統(tǒng)的儀器儀表將仍然朝著高性能、高精度、高靈敏、高穩(wěn)定、高可靠、高環(huán)保和長壽命的“六高一長”的方向發(fā)展。


  國際儀器儀表發(fā)展趨勢:

 
  國際儀器儀表發(fā)展極為迅速,近10幾年來國際儀器儀表發(fā)展的主要趨勢是:


  數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn)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(xiàn)測試自動化打下了良好的基礎(chǔ)。計算機的引入,使儀器的功能發(fā)生了質(zhì)的變化,從個別參量的測量轉(zhuǎn)變成測量整個系統(tǒng)的特征參數(shù),從單純的接受、顯示轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂?、分析、處理、計算與顯示輸出,從用單個儀器進行測量轉(zhuǎn)變成用測量系統(tǒng)進行測量。計算機技術(shù)在儀器儀表中的進一步滲透,使電子儀器在傳統(tǒng)的時域與頻域之外,又出現(xiàn)了數(shù)據(jù)域測試。90年代,儀器儀表與測量科學技術(shù)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(shù)字信號處理功能大大加強;微型機的發(fā)展,使儀器儀表具有更強的數(shù)據(jù)處理能力和圖象處理功能;現(xiàn)場總線技術(shù)是90年代迅速發(fā)展起來的一種用于各種現(xiàn)場自動化設(shè)備與其控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),Internet和Internet技術(shù)也將進入控制領(lǐng)域?,F(xiàn)代儀器儀表產(chǎn)品將向著計算機化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多功能化的方向發(fā)展,跨學科的綜合設(shè)計、高精尖的制造技術(shù)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(yīng)包括理解、推理、判斷與分析等一系列功能,是數(shù)值、邏輯與知識的結(jié)合分析結(jié)果,智能化的標志是知識的表達與應(yīng)用。利用物理學的新效應(yīng)和高新技術(shù)及其成就開發(fā)新型高靈敏度、高穩(wěn)定性、強抗干擾能力傳感器技術(shù)和測試儀器儀表。如:利用高溫超導量子干涉儀(SGUID)開發(fā)計量測試儀器、物理學測試儀器、地理和地質(zhì)學儀器、化學分析儀器、醫(yī)療儀器、無損材料檢測儀器等。利用橢偏技術(shù)來檢測光纖、光學玻璃等,它與近場光學相結(jié)合,不僅可以測量表面精細結(jié)構(gòu),同時根據(jù)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(diào)諧穩(wěn)頻激光光譜儀技術(shù)用于高精密的幾何量與機械量和多種無形態(tài)的量的測量,開發(fā)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(xiàn)代儀器儀表產(chǎn)品技術(shù)趨勢:


  儀器儀表作為信息工業(yè)的源頭,是以電腦和微處理器的技術(shù)為核心技術(shù),以計算機、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)、通信、圖像顯示、自動控制理論為共性關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。這些信息技術(shù)應(yīng)用到儀器儀表中,促成儀器儀表產(chǎn)品升級為智能儀器儀表,發(fā)展成為信息工業(yè)領(lǐng)域中一大系列產(chǎn)品群體。儀器儀表產(chǎn)品正向智能化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和虛擬化方向迅速邁進。


  微型化:儀器儀表產(chǎn)品微型化主要歸結(jié)于超大規(guī)模集成(VLSI)新器件、微機電系統(tǒng)(MEMS)、圓片規(guī)模集成(WSI)和多芯片模塊(MCM)等;采用微控技術(shù)、微加工技術(shù)、微檢測技術(shù)、微光源、微分光光學系統(tǒng)、微傳感器等,使儀器儀表產(chǎn)品體積縮小,精度提高。


  智能化:儀器儀表產(chǎn)品智能化主要歸結(jié)于微處理器和人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。以美國德州儀器公司提出的“DSPC”概念為例,以DSP芯片為核心,配合先進的混合信號電路、ASIC電路、元件及開發(fā)工具等提供整個應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案。目前DSP的生產(chǎn)工藝正在由0.35μm轉(zhuǎn)向0.25μm、0.18μm、0.13μm,2005年可達到0.075μm。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5億只晶體管。


  網(wǎng)絡(luò)化:由于測量設(shè)備自動化、智能化水平的提高,多臺儀器聯(lián)網(wǎng)已推廣應(yīng)用,虛擬儀器、三維多媒體等新技術(shù)開始實用化。儀器儀表產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)化主要歸結(jié)于現(xiàn)場總線技術(shù)?;诂F(xiàn)場總線的FCS(FieidbusControlSystem)將取代DCS成為控制系統(tǒng)的主角,Internet和Intranet技術(shù)也進入控制領(lǐng)域,網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)滲透到企業(yè)從生產(chǎn)到管理、直到經(jīng)營等各方面。通過Internet網(wǎng),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(shù)據(jù)、軟件升級等工作。國外著名儀器廠商正在積極研制和開發(fā)新型網(wǎng)絡(luò)化智能化測量設(shè)備,如美國P&SDataCom(Microchip)公司通過多年對智能設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)間通訊方式的研究和開發(fā),發(fā)明了具有專利的通用網(wǎng)絡(luò)通訊控制器芯片--WebChipTM,并提供了一種簡單、低價格、完整的智能設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接方案。


  虛擬化:儀器儀表產(chǎn)品虛擬化主要歸結(jié)于虛擬現(xiàn)實技術(shù)。它是一種由計算機全部或部分生成的多維感覺環(huán)境,給參與者產(chǎn)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(gòu)想和創(chuàng)意。

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