測量控制與儀器儀表的發(fā)展趨勢

數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn)把模擬儀器儀表的測量控制精度、靈敏度、速度及可靠性提高了幾個(gè)量級，為實(shí)現(xiàn)測量控制自動化打下了良好的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)的引入，使儀器的功能發(fā)生了質(zhì)的變化，從個(gè)別參量的測量轉(zhuǎn)變成測量整個(gè)系統(tǒng)的特征參數(shù)，從單純的接收、顯示轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂啤⒎治?、處理、?jì)算與顯示輸出，從用單個(gè)儀器進(jìn)行測量轉(zhuǎn)變成用測量系統(tǒng)進(jìn)行測量。

90 年代，測量控制與儀器儀表科技的突破性進(jìn)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(qiáng)；微型機(jī)的發(fā)展，使儀器儀表具有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和圖像處理功能；現(xiàn)場總線技術(shù)是九十年代迅速發(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 Intranet技術(shù)也將進(jìn)入控制領(lǐng)域。

現(xiàn)代儀器儀表產(chǎn)品將向著計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多功能化的方向發(fā)展，跨學(xué)科的綜合設(shè)計(jì)、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、控制對象的信息。

未來 10 年，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。利用物理學(xué)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(qiáng)抗*力傳感器技術(shù)和測量控制儀器儀表。如：利用高溫超導(dǎo)量子干涉器（ SGUID ）開發(fā)計(jì)量測試儀器、物理學(xué)測試儀器、地學(xué)和地質(zhì)學(xué)儀器、化學(xué)分析儀器、醫(yī)學(xué)儀器、無損材料檢驗(yàn)儀器等。利用橢偏技術(shù)來檢測光纖、光學(xué)玻璃等，它與近場光學(xué)相結(jié)合，不僅可以測量表面精細(xì)結(jié)構(gòu)，同時(shí)根據(jù)近場光學(xué)反射偏振信息可以分辨出被測物體的材料，這是目前實(shí)驗(yàn)研究新探索。將可調(diào)諧穩(wěn)頻激光光譜儀的技術(shù)用于高精密的幾何量與機(jī)械量和多種無形態(tài)量的測量，開發(fā)新一代微型光纖激光干涉儀，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(dá) 10nm ；它還可用于稱重，研制新型電子天平、高分辨率的壓力計(jì)等。發(fā)展納米測量技術(shù)，建立納米計(jì)量測試標(biāo)準(zhǔn)，這是當(dāng)今在計(jì)量與測量技術(shù)研究中十分活躍的課題。由于以信息技術(shù)為代表的高新科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，科學(xué)分析儀器正在經(jīng)歷一場革命性的變化，傳統(tǒng)的光學(xué)、熱學(xué)、電化學(xué)、色譜、波譜類分析技術(shù)都已從經(jīng)典的化學(xué)精密機(jī)械電子結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人工操作應(yīng)用模式，轉(zhuǎn)化為光、機(jī)、電、算（計(jì)算機(jī)）一體化、自動化的結(jié)構(gòu)，并正向?qū)崟r(shí)的現(xiàn)場、在線方向和更名副其實(shí)的智能系統(tǒng)發(fā)展（帶有自診斷、自控、自調(diào)、自行判斷決策等高智能功能）。

促進(jìn)科學(xué)儀器的工作原理、設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法發(fā)生明顯變化的關(guān)鍵技術(shù)主要有：

（ 1 ）微分析技術(shù)即分析儀器的微型化和微量化，其共性技術(shù)有微控技術(shù)、微加工技術(shù)、微檢測技術(shù)、微光源、微光學(xué)系統(tǒng)、微傳感器等，應(yīng)用上述技術(shù)的分析儀器有微流控制芯片、芯片實(shí)驗(yàn)室、微近紅外光譜儀等。

（ 2）新型生物、化學(xué)傳感技術(shù)，將生物芯片技術(shù)，新型化學(xué)傳感技術(shù)，智能傳感器技術(shù)應(yīng)用于分析儀器的研制。

（ 3 ）成像技術(shù)包括廣義成像，納米級超高分辨成像，圖像信息處理等，具體的領(lǐng)域有核磁共振技術(shù)、圖像自動分析及綜合技術(shù)、光譜成像技術(shù)、近場光學(xué)成像技術(shù)等。

（ 4 ）儀器的聯(lián)用技術(shù)，通過信息分離、軟件接口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科技術(shù)間的聯(lián)用，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的痕量成份分析、結(jié)構(gòu)分析、形態(tài)分析等綜合分析，如：色譜—質(zhì)譜聯(lián)用、色譜—光譜聯(lián)用等。多臺儀器、多個(gè)實(shí)驗(yàn)室結(jié)合的綜合分析管理系統(tǒng)（ LIMS, Laboratory Information ManagementSystem ）已經(jīng)推廣應(yīng)用；儀器可以上網(wǎng)、制造廠商可與用戶或用戶之間實(shí)現(xiàn)信息交流，廠商對用戶正在使用的儀器進(jìn)行遠(yuǎn)距診斷、指導(dǎo)正確使用或提出維修指導(dǎo)，各同類儀器用戶或相同分析工作用戶直接進(jìn)行數(shù)據(jù)、情報(bào)共享、儀器的遠(yuǎn)程校準(zhǔn)和量值溯源等已指日可待。

測量控制與儀器儀表在生物、環(huán)保、醫(yī)學(xué)等有關(guān)人的生存、發(fā)展領(lǐng)域的應(yīng)用日新月異，現(xiàn)代高科技軍事方面的發(fā)展也促進(jìn)了測量控制與儀器儀表的應(yīng)用拓展，靈敏、準(zhǔn)確的現(xiàn)場毒物檢測、生命保障任務(wù)也大大擴(kuò)大了測量控制與儀器儀表的應(yīng)用領(lǐng)域。