我國儀器儀表與測(cè)量控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)和科學(xué)儀器，在產(chǎn)值和市場(chǎng)兩個(gè)方面都占據(jù)著儀器儀表與測(cè)量控制總體的一半，是儀器儀表與測(cè)量控制體系的兩大支柱。由于發(fā)言時(shí)間有限，下面就讓我們把主要的注意力放在這兩類儀器未來的發(fā)展上。

自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)未來發(fā)展的關(guān)注點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是：

1、功能安全

近年來功能安全的重要發(fā)展是，大量經(jīng)過功能安全認(rèn)證的儀表推向市場(chǎng)。為了爭(zhēng)取競(jìng)爭(zhēng)中有利地位，幾乎所有儀表制造商都會(huì)開展功能安全的研究。

2、自動(dòng)化儀表與企業(yè)的信息化

自動(dòng)化儀表技術(shù)包括信息采集、處理和應(yīng)用。企業(yè)信息化實(shí)際上是企業(yè)信息的集成和整合。為此，必須用自動(dòng)化和系統(tǒng)的信息模型簡(jiǎn)化、規(guī)則和抽象信息，以便最有效地利用信息。這是自動(dòng)化儀表領(lǐng)域的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，也是統(tǒng)一信息表達(dá)的重要手段。

3、無線通信

工業(yè)無線通信技術(shù)的快速發(fā)展是自動(dòng)化儀表領(lǐng)域顯著的亮點(diǎn)，它的特征是：技術(shù)方案多樣化，參與者迅速增加,成立了專業(yè)組織。推出多種無線演示系統(tǒng)、測(cè)量?jī)x表樣機(jī)，將成為全球主要自動(dòng)化儀表展覽的熱點(diǎn)。

4、自動(dòng)化儀表工程項(xiàng)目全局信息和全生命周期信息的整合

這是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的全面可互操作。可互操作是分層次的，實(shí)現(xiàn)需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。近年來IEC62424標(biāo)準(zhǔn)的出版，InTools工具軟件功能的擴(kuò)充以及控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)儀表層各項(xiàng)可互操作標(biāo)準(zhǔn)的推出是發(fā)展中一個(gè)重要標(biāo)志點(diǎn)。

5、系統(tǒng)維護(hù)與儀表診斷

系統(tǒng)維護(hù)與儀表診斷越來越受到用戶、制造商和研究者各方的關(guān)注。它分為四個(gè)層次，生產(chǎn)流程的診斷、生產(chǎn)裝備的診斷,自動(dòng)化控制系統(tǒng)的診斷和現(xiàn)場(chǎng)儀表的診斷。生產(chǎn)流程的診斷原則上不屬于自動(dòng)化儀表范疇，但是診斷信息的交換涉及自動(dòng)化儀表系統(tǒng)。針對(duì)生產(chǎn)裝備的監(jiān)控，診斷儀表系統(tǒng)已經(jīng)推出了新產(chǎn)品。自動(dòng)控制系統(tǒng)的診斷通常是控制系統(tǒng)中設(shè)備管理軟件的一個(gè)模塊或一種功能，負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)自身以及現(xiàn)場(chǎng)儀表的實(shí)時(shí)診斷和預(yù)測(cè)性維護(hù)?，F(xiàn)場(chǎng)儀表的診斷難度較大，維護(hù)周期由智能儀表的損耗情況或固定時(shí)間確定。

6、標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)化在自動(dòng)化儀表發(fā)展歷史上發(fā)揮過重要作用，未來還會(huì)對(duì)我國儀表產(chǎn)品追趕世界水平發(fā)揮重大作用。在新經(jīng)濟(jì)時(shí)代，有大量信息接口標(biāo)準(zhǔn)的需求，它的共同特點(diǎn)就是在相同的技術(shù)水平上可以有很多種標(biāo)準(zhǔn)化方案?，F(xiàn)在對(duì)高技術(shù)新產(chǎn)品可以先制定標(biāo)準(zhǔn)，完全改變了標(biāo)準(zhǔn)化的理念。

7、控制網(wǎng)絡(luò)

未來幾年網(wǎng)絡(luò)控測(cè)和網(wǎng)絡(luò)儀表是自動(dòng)化儀表發(fā)展的重點(diǎn)，發(fā)展方向是大幅提高速度、簡(jiǎn)化安裝和調(diào)試的復(fù)雜性、擴(kuò)展無線功能以及發(fā)展網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

當(dāng)今，儀器儀表與測(cè)量控制發(fā)展的趨勢(shì)是：面對(duì)產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性和適應(yīng)性要求不斷提高;技術(shù)指標(biāo)和功能不斷提高;最先采用新的科學(xué)研究成果;高新技術(shù)大量采用;儀器及測(cè)控單元微小型化、智能化日趨明顯;要求儀器及測(cè)控單元可獨(dú)立使用、嵌入式使用和聯(lián)網(wǎng)使用;儀器測(cè)控范圍向立體化、全球化擴(kuò)展;測(cè)控功能向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展;便攜式、手持式以至個(gè)性化儀器大量發(fā)展。

技術(shù)特點(diǎn)是：綜合各種新技術(shù)，在研究?jī)x器儀表相關(guān)類型傳感器、元器件和材料及技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新開發(fā)新的微弱信號(hào)敏感、傳感、檢測(cè)、融合技術(shù)，物質(zhì)原子、分子級(jí)檢測(cè)技術(shù)，復(fù)雜組成樣品的聯(lián)用分析技術(shù)，生命科學(xué)的原位、在位、實(shí)時(shí)、在線、高靈敏度、高通量、高選擇性檢測(cè)技術(shù)，創(chuàng)建各類新型檢測(cè)儀器儀表;結(jié)合系統(tǒng)論、控制論的發(fā)展，在開發(fā)工業(yè)自動(dòng)化測(cè)控的在線分析和控制、原位分析及控制、高可靠性、高性能和高適應(yīng)性等技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新發(fā)展工業(yè)自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng);結(jié)合生命科學(xué)、人體科學(xué)的發(fā)展，在開發(fā)醫(yī)療診治的健康狀況監(jiān)測(cè)、早期診治、無損診斷、無創(chuàng)和低創(chuàng)直視診療、精確定位治療技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展醫(yī)療儀器;同時(shí)跟蹤新學(xué)科領(lǐng)域和各類應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，開發(fā)各種專用、快捷、自動(dòng)化檢測(cè)和計(jì)量技術(shù)及專用儀器儀表。

未來應(yīng)當(dāng)關(guān)注以下幾個(gè)方面：

1)精密檢測(cè)儀器

當(dāng)今時(shí)代已經(jīng)進(jìn)入分子、原子分析檢測(cè)新階段，微納科技的發(fā)展直接推動(dòng)了精密檢測(cè)儀器的快速發(fā)展。值得特別關(guān)注是MEMS/NEMS(微電機(jī)系統(tǒng)/納機(jī)電系統(tǒng))測(cè)試儀器,以掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡為代表的掃描探針顯微鏡,以及基于STM/AFM的基本原理新發(fā)展起來一系列SPM,如磁力顯微鏡、靜電力顯微鏡等這些儀器的新發(fā)展。

2)分析儀器

光學(xué)捕獲(Opticaltrapping)是一種新型的光學(xué)微操作技術(shù)。它將一束光用高數(shù)值孔徑的物鏡聚焦成微米級(jí)的光斑，形成梯度來實(shí)現(xiàn)對(duì)微小粒子的捕獲和移動(dòng)。這項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種微觀領(lǐng)域的研究。

微型色譜儀將會(huì)得到很快的發(fā)展。C2V公司已經(jīng)推出了世界上最小最快的手持式氣相色譜儀，主機(jī)大小僅1248460mm，所含柱模塊大小為6010012.5mm，可在10-30秒內(nèi)完成天然氣主要成份的全分析。

NMR的微型化近年來已經(jīng)取得重大進(jìn)展，瑞士Neuchatel大學(xué)開發(fā)成功一種高質(zhì)量因子可供微流控芯片NMR全分析系統(tǒng)使用的射頻平面微線圈，所需樣品量?jī)H為1-100納升，并可在幾秒內(nèi)獲得所需的信噪比。NMR微型化應(yīng)當(dāng)是值得關(guān)注的發(fā)展方向。、

光頻光梳光譜法(Opticalfrequencycombspectroscopy)是最新發(fā)展起來的另一種重要的儀器技術(shù)，采用這種技術(shù)可以在極短的時(shí)間內(nèi)以很高的靈敏度檢測(cè)許多不同的氣體，將在臨床診斷領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

3)光譜分析儀器

過去，光譜分析儀器主要應(yīng)用在基礎(chǔ)學(xué)科研究和礦物分析、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控等領(lǐng)域。值得關(guān)注一個(gè)新的發(fā)展動(dòng)向是，由于人類生存和發(fā)展一些迫切的需求，同時(shí)計(jì)算機(jī)軟硬件、微電子、計(jì)算數(shù)學(xué)、微型器件發(fā)展提供的新技術(shù)成果，使得光譜技術(shù)和儀器向生物、環(huán)境、醫(yī)療等領(lǐng)域快速拓展，無論理論研究、技術(shù)開發(fā)和儀器創(chuàng)新都有了明顯的發(fā)展，今后還將更快發(fā)展。

4)光子成像儀器

一個(gè)以光子學(xué)與生命科學(xué)相互融合的新學(xué)科生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)隨著激光、電子、光譜、顯微及光纖等技術(shù)的發(fā)展而迅速成長(zhǎng)起來，應(yīng)運(yùn)而生出現(xiàn)了不少新型科學(xué)儀器。

應(yīng)用這些儀器不但豐富了人們對(duì)于光與生物組織體相互作用機(jī)理的認(rèn)識(shí)，而且促進(jìn)了各種新的生物研究?jī)x器和醫(yī)學(xué)診斷儀器的發(fā)明。光子成像技術(shù)主要包括漫射光層析成像、熒光成像、相干層析成像、光聲成像等。光學(xué)相干層像(OCT)結(jié)合了共焦顯微術(shù)和低相干光的外差探測(cè)技術(shù)，它是一種在一維光學(xué)低相干反射測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而來的二維或三維成像技術(shù)。