當今,儀器儀表與測量控製發展的趨勢是:麵對產品的穩定性、可靠性和適應性(xìng)要求不斷提高;技術指標和功能不斷提高;最先采用新的科學研究成果;高新技術大(dà)量采用;儀器及測控單元微小(xiǎo)型化、智能(néng)化日趨明顯;要求儀器及(jí)測控單元可獨立使用、嵌入式使用和聯網使用;儀器測控範圍向立體化、全球化擴(kuò)展;測控功能向係統(tǒng)化、網絡化發展;便攜式、手持式以至(zhì)個性化儀器大量(liàng)發展。技術特點是:綜合各種新技(jì)術,在研究儀器儀表(biǎo)相關類型傳感器、元器件和材料及技術的基(jī)礎上(shàng),創新開發新的微弱信號敏感、傳感、檢測、融合技術,物質原子、分子級檢測技術,複雜組成樣品的聯用分析技術,生命科學的原位、在位、實時、在線、高靈(líng)敏度、高通量、高(gāo)選擇性檢測技術,創建各類新型檢測儀器儀表;結合係統論、控製論的發展,在開發工業自動化測控的在線分(fèn)析和控製、原位分析及(jí)控製、高可靠性、高性能和(hé)高適應性(xìng)等(děng)技(jì)術的基礎上,創(chuàng)新發展工業自動化儀表與控製係統;結合生命科學、人體科學的發展,在開發醫療診(zhěn)治的健康狀況監測、早期診治、無損診斷、無(wú)創和低創直視診療、精確定位治療技術(shù)的基(jī)礎上發展醫(yī)療儀器;同時跟蹤新學科領域和各(gè)類應用領域的發展,開發各種專(zhuān)用、快捷、自動化檢測和計量技術及專用儀器儀表。
工業自(zì)動化儀表與控製係統和科(kē)學儀器,在產值和市(shì)場兩個方麵都占據著儀器儀表與(yǔ)測量控製總體的一(yī)半,是儀器儀表與(yǔ)測量(liàng)控製體係的兩大支柱。由於(yú)發言時間(jiān)有限,下麵(miàn)就讓我們把主要(yào)的注意(yì)力放在(zài)這兩類儀器未來的發展上。
工業自動化儀表與(yǔ)控製係統未來發展的關注點應當是:
1、自動化儀表與企業的信息(xī)化
自動化儀表技(jì)術包括信(xìn)息采集、處理和應用。“企(qǐ)業信息化”實際(jì)上是企業信息的(de)集成和整合。為此,必須用自動化(huà)和係統的信息模型“簡化”、“規則”和“抽象(xiàng)”信(xìn)息,以便最有效地利用信息。這是自(zì)動化(huà)儀表領域的一項基礎工作,也是統一信息表達的重要(yào)手段。
2、自動化儀表工程項目全局信(xìn)息和全生命周期信息的整合
這是實現自動化儀表係(xì)統的全麵可互操作。可互操(cāo)作(zuò)是分層次的,實現需(xū)要(yào)一個漫長的過(guò)程。近年來IEC62424標準的(de)出版,InTools工(gōng)具軟件功能的擴(kuò)充(chōng)以及(jí)控製係統與現場儀表層各項可互操作標準的推出(chū)是發展中一個重要標誌點。
3、功能安全
近年來功能安全的重要發展是,大(dà)量經(jīng)過功能安全認證的儀表推向市場。為了爭取競爭中有利地位,幾(jǐ)乎所有儀(yí)表製造商都(dōu)會開展功能安全的研究。
4、係統維護與儀表診斷(duàn)
係統維護與儀表診斷越來(lái)越受到用戶、製造商和研究者各方的關注。
它分為四個層次,生產流程的診斷、生產(chǎn)裝備的診斷,自動化控製係統的診斷和現場(chǎng)儀表的診斷。
生(shēng)產流程的診斷原則上(shàng)不屬於自動化儀表範疇,但是診斷信息的交換涉及自動化儀表係統。針對生產裝備的監控,診斷儀表係統已經推出了新(xīn)產品。自動控製係統的診斷通常是控製係統中設備管(guǎn)理軟件的一(yī)個模塊或一種功能,負責控製係統自身以及現場儀(yí)表的實時診斷和(hé)預(yù)測性維護。現場儀表的(de)診斷(duàn)難度較大,維護周期由智能儀表的損耗情況或固定時間確定。
5、無線通信
工業無(wú)線通信技術(shù)的快(kuài)速發展是自動化儀表領域顯(xiǎn)著的亮點(diǎn),它的特征是:技術方案多樣化,參與者迅速增加(jiā),成立了專業(yè)組織。推出(chū)多種無線演示係統、測量儀表樣機,將成為(wéi)全(quán)球主要自動化儀表展覽的熱點。
6、控製網(wǎng)絡
未來幾年網絡控測和網絡儀表是自動(dòng)化儀表發展的重點,發展方向是(shì)大幅提高速度、簡化安裝和(hé)調試的(de)複雜性、擴展無線功能以及發展網絡技術。
7、標準化
標準化在自動化儀表發展曆史上發揮過(guò)重要作用,未來還會對我(wǒ)國(guó)儀表產品追趕世(shì)界水平發揮重大作用。在(zài)新(xīn)經濟時代,有大量信息接口標準的(de)需求,它的共同特點就是在相(xiàng)同的技術水平上可以有(yǒu)很多種標準化方案。現在對高技術新產品可以先製定標準,完全改變了標準化的理念。
科學儀器未來發展應當關注以下幾個方麵:
1、分析儀器
光學捕獲(Opticaltrapping)是一種新型的光(guāng)學微操作技術。它將一束光用高數值孔徑的物(wù)鏡聚焦(jiāo)成微米(mǐ)級的光斑,形成梯度來實現對微(wēi)小粒子(zǐ)的捕獲和移動。這項技術被廣(guǎng)泛應用於各種微觀領域的(de)研究。
微型色譜儀將(jiāng)會(huì)得到很快的發展。C2V公司已(yǐ)經推出了世界上最小最快的手持(chí)式(shì)氣(qì)相色譜儀,主機大小僅124×84×60mm,所含柱(zhù)模塊大(dà)小為60×100×12.5mm,可在10-30秒內完成天(tiān)然(rán)氣主(zhǔ)要成份的全分析。
NMR的(de)微型化近年來已經取得重大進展,瑞士Neuchatel大學(xué)開發成功一種高質量因子可供微流控芯片(piàn)NMR全分析係統使(shǐ)用的射頻平麵微線圈,所需樣品量僅為(wéi)1-100納升,並可在幾秒內(nèi)獲得所需的信噪比。NMR微型化應(yīng)當是值得關注的(de)發展方向。
光(guāng)頻光梳光譜法(Opticalfrequencycombspectroscopy)是最新發展起來的另一種重要的儀(yí)器技術,采用這種技術可以在極短的時間內以很高的靈敏度檢測許(xǔ)多不同的氣體,將在臨床診斷領域發揮重要(yào)作用。
2、精密檢測儀器(qì)
當(dāng)今時代已經進入分(fèn)子、原子(zǐ)分析檢(jiǎn)測新階段,微納科技(jì)的發展(zhǎn)直接推動了精密檢測(cè)儀器的快速發展。值得特別關注是MEMS/NEMS(微電機(jī)係統(tǒng)/納機電係統)測試(shì)儀(yí)器,以掃描隧道顯微鏡和原子力(lì)顯微(wēi)鏡為代表的掃描(miáo)探針顯微鏡,以及(jí)基於STM/AFM的基本原理新發展起來一係列SPM,如磁力顯微鏡、靜電力顯微鏡等這些儀器的新發展。
3、光子成像儀(yí)器
一個以光子學(xué)與生命科學相互融合的新學科(kē)??生(shēng)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(yòng)這(zhè)些儀(yí)器不但豐富了人們對於光(guāng)與生物(wù)組織體相互作用(yòng)機理的認(rèn)識,而且促進了各種新(xīn)的生物研究儀器和(hé)醫學診斷儀器的發明。光子成像技術主要包括漫(màn)射光層析成像、熒光成像、相(xiàng)幹層析成(chéng)像、光聲成像等。光學相幹層像(xiàng)(OCT)結(jié)合了共焦顯微術和(hé)低相幹光的外差探測技術,它是一種在一(yī)維光學低相(xiàng)幹反射測量技術(shù)的基礎上擴展而來的二維或三維成像技術。
4、光譜分析儀器
過去,光譜分析儀器主要應用在基礎學科研究(jiū)和礦物分析、產品質量監控等領域。值得關注一個新的發展動向
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