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我國儀器儀表與測量控制系統發展趨勢探討

    自(zi)動化儀(yi)表(biao)與(yu)控制(zhi)系統和科學儀(yi)器(qi),在產值和市場兩個方面都占(zhan)據著儀(yi)器(qi)儀(yi)表(biao)與(yu)測(ce)量控制(zhi)總體的(de)一半,是(shi)儀(yi)器(qi)儀(yi)表(biao)與(yu)測(ce)量控制(zhi)體系的(de)兩大支柱(zhu)。由于(yu)發(fa)言時間有限,下面就讓我們(men)把主要的(de)注意力放在這兩類(lei)儀(yi)器(qi)未來的(de)發(fa)展上。

  自動化儀表與控制系(xi)統未來發展的關注點應當是:

  1、功能****

  近年來功(gong)能****的重要發展(zhan)是(shi),大量經過功(gong)能****認證的儀(yi)表(biao)推向市場(chang)。為了爭(zheng)取競(jing)爭(zheng)中有(you)(you)利(li)地位,幾(ji)乎所有(you)(you)儀(yi)表(biao)制(zhi)造商(shang)都會開(kai)展(zhan)功(gong)能****的研究。

  2、自(zi)動(dong)化(hua)儀表與(yu)企業的(de)信息(xi)化(hua)

  自動化(hua)(hua)儀表技(ji)術(shu)包括(kuo)信(xin)(xin)息采(cai)集(ji)、處(chu)理和(he)(he)(he)應用。企業(ye)(ye)信(xin)(xin)息化(hua)(hua)實(shi)際上是企業(ye)(ye)信(xin)(xin)息的(de)(de)集(ji)成和(he)(he)(he)整(zheng)合。為此,****用自動化(hua)(hua)和(he)(he)(he)系統(tong)的(de)(de)信(xin)(xin)息模(mo)型(xing)簡化(hua)(hua)、規(gui)則和(he)(he)(he)抽象信(xin)(xin)息,以(yi)便(bian)********地利用信(xin)(xin)息。這是自動化(hua)(hua)儀表領(ling)域(yu)的(de)(de)一(yi)項(xiang)基礎工作,也(ye)是統(tong)一(yi)信(xin)(xin)息表達(da)的(de)(de)重要手段。

  3、無線通信

  工業無線通信技術(shu)的快速發(fa)展是自動化儀表領域(yu)顯著的亮(liang)點,它的特征是:技術(shu)方案多(duo)樣(yang)化,參(can)與者迅(xun)速增加,成立了****組織。推(tui)出多(duo)種無線演示系統、測量儀表樣(yang)機(ji),將成為全球主要自動化儀表展覽(lan)的熱點。

  4、自動化儀(yi)表工程項目全(quan)(quan)局信息和(he)全(quan)(quan)生命周期信息的整合

  這(zhe)是實現(xian)(xian)自動化儀表系統的(de)****可互(hu)操作。可互(hu)操作是分層次的(de),實現(xian)(xian)需要一(yi)(yi)個漫長的(de)過程。近年來IEC62424標(biao)準的(de)出版,InTools工具軟件功能的(de)擴充(chong)以及控制系統與現(xian)(xian)場(chang)儀表層各項可互(hu)操作標(biao)準的(de)推(tui)出是發(fa)展中一(yi)(yi)個重要標(biao)志點。

  5、系統(tong)維(wei)護與儀表診(zhen)斷(duan)

  系(xi)(xi)統(tong)維護與儀表診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)越來越受到用戶、制(zhi)(zhi)造商和研(yan)究者各方的(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)注。它分(fen)為(wei)四個層次,生(sheng)(sheng)產流程的(de)(de)(de)(de)(de)診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)、生(sheng)(sheng)產裝備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan),自動化控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)和現場儀表的(de)(de)(de)(de)(de)診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)。生(sheng)(sheng)產流程的(de)(de)(de)(de)(de)診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)原(yuan)則上不屬于(yu)自動化儀表范疇,但是(shi)診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)信息的(de)(de)(de)(de)(de)交(jiao)換涉及自動化儀表系(xi)(xi)統(tong)。針對生(sheng)(sheng)產裝備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)監控(kong)(kong),診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)儀表系(xi)(xi)統(tong)已經推出了(le)新產品。自動控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)通常是(shi)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統(tong)中(zhong)設備(bei)管理軟(ruan)件的(de)(de)(de)(de)(de)一個模塊或一種功能(neng),負(fu)責控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統(tong)自身以及現場儀表的(de)(de)(de)(de)(de)實時診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)和預測性(xing)維護。現場儀表的(de)(de)(de)(de)(de)診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)難度較大,維護周期由智能(neng)儀表的(de)(de)(de)(de)(de)損耗情(qing)況或固(gu)定時間(jian)確定。

  6、標準化

  標準化(hua)(hua)(hua)在自動化(hua)(hua)(hua)儀表(biao)發展歷史上發揮過重(zhong)要(yao)作用(yong),未來還(huan)會(hui)對(dui)我國儀表(biao)產品(pin)追趕世界水平發揮重(zhong)大(da)作用(yong)。在新經濟時代,有大(da)量(liang)信息(xi)接口標準的需求,它(ta)的共(gong)同(tong)特點(dian)就是在相同(tong)的技術水平上可以(yi)有很(hen)多種標準化(hua)(hua)(hua)方案。現在對(dui)高技術新產品(pin)可以(yi)先(xian)制定標準,完全改變了標準化(hua)(hua)(hua)的理(li)念。

  7、控制網絡

  未來幾年網絡控測(ce)和網絡儀表(biao)是(shi)自動化儀表(biao)發展(zhan)的****,發展(zhan)方向是(shi)大(da)幅提(ti)高(gao)速度、簡(jian)化安裝和調試的復雜性、擴展(zhan)無線功能以(yi)及發展(zhan)網絡技(ji)術。

  當(dang)今(jin),儀(yi)器(qi)儀(yi)表與測(ce)(ce)(ce)量控(kong)制(zhi)發展的趨(qu)勢是(shi):面(mian)對(dui)產品的穩定(ding)性、可靠性和(he)適應性要(yao)求(qiu)不斷提(ti)高;技術指標和(he)功能(neng)不斷提(ti)高;****先采(cai)用(yong)(yong)(yong)新的科學研(yan)究成果;高新技術大(da)量采(cai)用(yong)(yong)(yong);儀(yi)器(qi)及(ji)測(ce)(ce)(ce)控(kong)單(dan)(dan)元(yuan)微小型化(hua)(hua)、智能(neng)化(hua)(hua)日趨(qu)明(ming)顯;要(yao)求(qiu)儀(yi)器(qi)及(ji)測(ce)(ce)(ce)控(kong)單(dan)(dan)元(yuan)可獨立使(shi)用(yong)(yong)(yong)、嵌入式(shi)使(shi)用(yong)(yong)(yong)和(he)聯(lian)網使(shi)用(yong)(yong)(yong);儀(yi)器(qi)測(ce)(ce)(ce)控(kong)范圍(wei)向立體(ti)化(hua)(hua)、全球化(hua)(hua)擴展;測(ce)(ce)(ce)控(kong)功能(neng)向系統(tong)化(hua)(hua)、網絡化(hua)(hua)發展;便攜式(shi)、手持式(shi)以(yi)至個性化(hua)(hua)儀(yi)器(qi)大(da)量發展。

  技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)特點是(shi):綜(zong)合(he)各(ge)種新(xin)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu),在研究儀(yi)(yi)器(qi)儀(yi)(yi)表(biao)(biao)相關類型傳感器(qi)、元器(qi)件和(he)材料及(ji)(ji)(ji)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)基(ji)礎上,創新(xin)開(kai)發(fa)新(xin)的(de)(de)微(wei)弱信號(hao)敏(min)(min)感、傳感、檢測(ce)、融合(he)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu),物質原子(zi)、分子(zi)級檢測(ce)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu),復雜組成樣品的(de)(de)聯用分析技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu),生命科學(xue)的(de)(de)原位(wei)、在位(wei)、實時、在線(xian)、高(gao)靈敏(min)(min)度、高(gao)通量、高(gao)選擇性(xing)檢測(ce)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu),創建各(ge)類新(xin)型檢測(ce)儀(yi)(yi)器(qi)儀(yi)(yi)表(biao)(biao);結合(he)系(xi)統論、控制(zhi)論的(de)(de)發(fa)展(zhan),在開(kai)發(fa)工(gong)業自(zi)動(dong)(dong)化(hua)測(ce)控的(de)(de)在線(xian)分析和(he)控制(zhi)、原位(wei)分析及(ji)(ji)(ji)控制(zhi)、高(gao)可靠性(xing)、高(gao)性(xing)能和(he)高(gao)適(shi)應性(xing)等(deng)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)基(ji)礎上,創新(xin)發(fa)展(zhan)工(gong)業自(zi)動(dong)(dong)化(hua)儀(yi)(yi)表(biao)(biao)與控制(zhi)系(xi)統;結合(he)生命科學(xue)、人體科學(xue)的(de)(de)發(fa)展(zhan),在開(kai)發(fa)****診(zhen)治(zhi)的(de)(de)健康狀況監測(ce)、早期診(zhen)治(zhi)、無(wu)(wu)損診(zhen)斷、無(wu)(wu)創和(he)低創直視診(zhen)療、****定位(wei)治(zhi)療技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)基(ji)礎上發(fa)展(zhan)****儀(yi)(yi)器(qi);同時跟蹤新(xin)學(xue)科領(ling)域和(he)各(ge)類應用領(ling)域的(de)(de)發(fa)展(zhan),開(kai)發(fa)各(ge)種專用、快捷(jie)、自(zi)動(dong)(dong)化(hua)檢測(ce)和(he)計量技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)及(ji)(ji)(ji)專用儀(yi)(yi)器(qi)儀(yi)(yi)表(biao)(biao)。

  未來(lai)應(ying)當關(guan)注(zhu)以下幾個方面(mian):

  1)****檢(jian)測儀器

  當今時代(dai)已經進入分子、原子分析檢測新階段,微(wei)納科技的(de)發展(zhan)(zhan)直接推動了****檢測儀(yi)器(qi)的(de)快速發展(zhan)(zhan)。值得特別關注(zhu)是(shi)MEMS/NEMS(微(wei)電機系(xi)統(tong)/納機電系(xi)統(tong))測試(shi)儀(yi)器(qi),以(yi)掃描隧道顯微(wei)鏡和原子力顯微(wei)鏡為代(dai)表的(de)掃描探針顯微(wei)鏡,以(yi)及基于STM/AFM的(de)基本原理(li)新發展(zhan)(zhan)起來(lai)一系(xi)列SPM,如磁力顯微(wei)鏡、靜電力顯微(wei)鏡等這些儀(yi)器(qi)的(de)新發展(zhan)(zhan)。

  2)分析儀器

  光(guang)(guang)學(xue)(xue)捕(bu)獲(Opticaltrapping)是一種新(xin)型的光(guang)(guang)學(xue)(xue)微操(cao)作技(ji)術(shu)。它將(jiang)一束光(guang)(guang)用(yong)高數值孔徑的物鏡聚焦成(cheng)微米(mi)級(ji)的光(guang)(guang)斑,形成(cheng)梯度來實現對微小粒子的捕(bu)獲和(he)移動。這項技(ji)術(shu)被廣泛應用(yong)于各種微觀領域(yu)的研究(jiu)。

  微型(xing)色譜(pu)儀將會得(de)到(dao)很快的(de)(de)發展。C2V公司已(yi)經推出了(le)世界上****小(xiao)****快的(de)(de)手持(chi)式氣相(xiang)色譜(pu)儀,主機(ji)大(da)小(xiao)僅1248460mm,所含柱模(mo)塊大(da)小(xiao)為6010012.5mm,可在10-30秒內完成天然氣主要成份的(de)(de)全(quan)分(fen)析。

  NMR的(de)微(wei)(wei)型(xing)化(hua)近年來(lai)已經取得(de)重大(da)進(jin)展,瑞士Neuchatel大(da)學開發成功一種高(gao)質量因子可供(gong)微(wei)(wei)流(liu)控芯片NMR全分析(xi)系統使用的(de)射(she)頻(pin)平面微(wei)(wei)線圈,所需(xu)樣品量僅(jin)為1-100納升,并可在幾秒(miao)內獲得(de)所需(xu)的(de)信噪比。NMR微(wei)(wei)型(xing)化(hua)應當是值得(de)關(guan)注的(de)發展方向。、

  光(guang)頻光(guang)梳(shu)光(guang)譜(pu)法(Opticalfrequencycombspectroscopy)是****新發展起來的(de)另一種(zhong)重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)的(de)儀(yi)器技(ji)術(shu),采用這種(zhong)技(ji)術(shu)可以(yi)在(zai)極短的(de)時間內(nei)以(yi)很高的(de)靈敏度(du)檢測(ce)許多不同的(de)氣體(ti),將在(zai)臨床(chuang)診斷(duan)領域發揮重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)作用。

  3)光譜(pu)分析儀(yi)器(qi)

  過去,光譜(pu)分析儀器主要應用(yong)在基(ji)礎學科研究(jiu)和(he)礦(kuang)物分析、產品質(zhi)量監控(kong)等(deng)領域。值得關注一個新的發(fa)展動向(xiang)是,由(you)于(yu)人類生存和(he)發(fa)展一些迫(po)切(qie)的需求,同(tong)時計算機軟硬件、微電子、計算數學、微型(xing)器件發(fa)展提供的新技(ji)術成果,使得光譜(pu)技(ji)術和(he)儀器向(xiang)生物、環境、****等(deng)領域快(kuai)速拓展,無(wu)論理(li)論研究(jiu)、技(ji)術開發(fa)和(he)儀器創新都(dou)有(you)了明顯(xian)的發(fa)展,今后還將(jiang)更(geng)快(kuai)發(fa)展。

  4)光子(zi)成(cheng)像儀器(qi)

  一個以光子學與生命科學相互融合的新學科生物醫學光子學隨著激光、電子、光譜、顯微及光纖等技術的發展而迅速成長起來,應運而生出現了不少新型科學儀器。 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,而且促進了各種新的生物研究儀器和醫學診斷儀器的發明。光子成像技術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。光學相干層像(OCT)結合了共焦顯微術和低相干光的外差探測技術,它是一種在一維光學低相干反射測量技術的基礎上擴展而來的二維或三維成像技術。

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