儀器儀表與測量控制向信息化方向發(fā)展

 當今，儀器儀表與測量控制發(fā)展的趨勢是：面對產(chǎn)品的穩定性、可靠性和適應性要求不斷提高；技術(shù)指標和功能不斷提高；最先采用新的科學(xué)研究成果；高新技術(shù)大量采用；儀器及測控單元微小型化、智能化日趨明顯；要求儀器及測控單元可獨立使用、嵌入式使用和聯(lián)網(wǎng)使用；儀器測控范圍向立體化、全球化擴展；測控功能向系統化、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?jì)x器儀表相關(guān)類(lèi)型傳感器、元器件和材料及技術(shù)的基礎上，創(chuàng )新開(kāi)發(fā)新的微弱信號敏感、傳感、檢測、融合技術(shù),物質(zhì)原子、分子級檢測技術(shù)，復雜組成樣品的聯(lián)用分析技術(shù)，生命科學(xué)的原位、在位、實(shí)時(shí)、在線(xiàn)、高靈敏度、高通量、高選擇性檢測技術(shù)，創(chuàng )建各類(lèi)新型檢測儀器儀表；結合系統論、控制論的發(fā)展，在開(kāi)發(fā)工業(yè)自動(dòng)化測控的在線(xiàn)分析和控制、原位分析及控制、高可靠性、高性能和高適應性等技術(shù)的基礎上，創(chuàng )新發(fā)展工業(yè)自動(dòng)化儀表與控制系統；結合生命科學(xué)、人體科學(xué)的發(fā)展，在開(kāi)發(fā)醫療診治的健康狀況監測、早期診治、無(wú)損診斷、無(wú)創(chuàng )和低創(chuàng )直視診療、精確定位治療技術(shù)的基礎上發(fā)展醫療儀器；同時(shí)跟蹤新學(xué)科領(lǐng)域和各類(lèi)應用領(lǐng)域的發(fā)展，開(kāi)發(fā)各種專(zhuān)用、快捷、自動(dòng)化檢測和計量技術(shù)及專(zhuān)用儀器儀表。

    工業(yè)自動(dòng)化儀表與控制系統和科學(xué)儀器，在產(chǎn)值和市場(chǎng)兩個(gè)方面都占據著(zhù)儀器儀表與測量控制總體的一半，是儀器儀表與測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(lèi)儀器未來(lái)的發(fā)展上。

    工業(yè)自動(dòng)化儀表與控制系統未來(lái)發(fā)展的關(guān)注點(diǎn)應當是：

    1、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)化和系統的信息模型“簡(jiǎn)化”、“規則”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)域的一項基礎工作，也是統一信息表達的重要手段。

    2、自動(dòng)化儀表工程項目全局信息和全生命周期信息的整合

    這是實(shí)現自動(dòng)化儀表系統的全面可互操作�？苫ゲ僮魇欠謱哟蔚�，實(shí)現需要一個(gè)漫長(cháng)的過(guò)程。近年來(lái)IEC62424標準的出版，InTools工具軟件功能的擴充以及控制系統與現場(chǎng)儀表層各項可互操作標準的推出是發(fā)展中一個(gè)重要標志點(diǎn)。

    3、功能安全

    近年來(lái)功能安全的重要發(fā)展是，大量經(jīng)過(guò)功能安全認證的儀表推向市場(chǎng)。為了爭取競爭中有利地位，幾乎所有儀表制造商都會(huì )開(kāi)展功能安全的研究。

    4、系統維護與儀表診斷

    系統維護與儀表診斷越來(lái)越受到用戶(hù)、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)化控制系統的診斷和現場(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。針對生產(chǎn)裝備的監控，診斷儀表系統已經(jīng)推出了新產(chǎn)品。自動(dòng)控制系統的診斷通常是控制系統中設備管理軟件的一個(gè)模塊或一種功能，負責控制系統自身以及現場(chǎng)儀表的實(shí)時(shí)診斷和預測性維護�，F場(chǎng)儀表的診斷難度較大，維護周期由智能儀表的損耗情況或固定時(shí)間確定。 

    5、無(wú)線(xiàn)通信

    工業(yè)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的快速發(fā)展是自動(dòng)化儀表領(lǐng)域顯著(zhù)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(zhuān)業(yè)組織。推出多種無(wú)線(xiàn)演示系統、測量?jì)x表樣機，將成為全球主要自動(dòng)化儀表展覽的熱點(diǎn)。

    6、控制網(wǎng)絡(luò )

&nb[FS:PAGE]sp;   未來(lái)幾年網(wǎng)絡(luò )控測和網(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)化安裝和調試的復雜性、擴展無(wú)線(xiàn)功能以及發(fā)展網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。

    7、標準化

    標準化在自動(dòng)化儀表發(fā)展歷史上發(fā)揮過(guò)重要作用，未來(lái)還會(huì )對我國儀表產(chǎn)品追趕世界水平發(fā)揮重大作用。在新經(jīng)濟時(shí)代，有大量信息接口標準的需求，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準化方案�，F在對高技術(shù)新產(chǎn)品可以先制定標準，完全改變了標準化的理念。

  科學(xué)儀器未來(lái)發(fā)展應當關(guān)注以下幾個(gè)方面：

    1、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)。它將一束光用高數值孔徑的物鏡聚焦成微米級的光斑，形成梯度來(lái)實(shí)現對微小粒子的捕獲和移動(dòng)。這項技術(shù)被廣泛應用于各種微觀(guān)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，主機大小僅124×84×60mm，所含柱模塊大小為60×100×12.5mm，可在10-30秒內完成天然氣主要成份的全分析。

    NMR的微型化近年來(lái)已經(jīng)取得重大進(jìn)展，瑞士Neuchatel大學(xué)開(kāi)發(fā)成功一種高質(zhì)量因子可供微流控芯片NMR全分析系統使用的射頻平面微線(xiàn)圈，所需樣品量?jì)H為1-100納升，并可在幾秒內獲得所需的信噪比。NMR微型化應當是值得關(guān)注的發(fā)展方向。

    光頻光梳光譜法（Opticalfrequencycombspectroscopy）是最新發(fā)展起來(lái)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)間內以很高的靈敏度檢測許多不同的氣體，將在臨床診斷領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

    2、精密檢測儀器

    當今時(shí)代已經(jīng)進(jìn)入分子、原子分析檢測新階段，微納科技的發(fā)展直接推動(dòng)了精密檢測儀器的快速發(fā)展。值得特別關(guān)注是MEMS/NEMS（微電機系統/納機電系統）測試儀器,以?huà)呙杷淼里@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(lái)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。

    3、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——生物醫學(xué)光子學(xué)隨著(zhù)激光、電子、光譜、顯微及光纖等技術(shù)的發(fā)展而迅速成長(cháng)起來(lái)，應運而生出現了不少新型科學(xué)儀器。應用這些儀器不但豐富了人們對于光與生物組織體相互作用機理的認識，而且促進(jìn)了各種新的生物研究?jì)x器和醫學(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）結合了共焦顯微術(shù)和低相干光的外差探測技術(shù)，它是一種在一維光學(xué)低相干反射測量技術(shù)的基礎上擴展而來(lái)的二維或三維成像技術(shù)。

    4、光譜分析儀器

    過(guò)去，光譜分析儀器主要應用在基礎學(xué)科研究和礦物分析、產(chǎn)品質(zhì)量監控等領(lǐng)域。值得關(guān)注一個(gè)新的發(fā)展動(dòng)向是，由于人類(lèi)生存和發(fā)展一些迫切的需求，同時(shí)計算機軟硬件、微電子、計算數學(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、醫療等領(lǐng)域快速拓展，無(wú)論理論研究、技術(shù)開(kāi)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