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          我國儀器儀表與測量控制系統發展趨勢探討

          自動化儀表與控制系統和科學儀器,在產值和市場兩個方面都占據著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。由于發言時間有限,下面就讓我們把主要的注意力放在這兩類儀器未來的發展上。

            自動化儀表與控制系統未來發展的關注點應當是:

            1、功能安全

            近年來功能安全的重要發展是,大量經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,幾乎所有儀表制造商都會開展功能安全的研究。

            2、自動化儀表與企業的信息化

            自動化儀表技術包括信息采集、處理和應用。企業信息化實際上是企業信息的集成和整合。為此,必須用自動化和系統的信息模型簡化、規則和抽象信息,以便最有效地利用信息。這是自動化儀表領域的一項基礎工作,也是統一信息表達的重要手段。

            3、無線通信

            工業無線通信技術的快速發展是自動化儀表領域顯著的亮點,它的特征是:技術方案多樣化,參與者迅速增加,成立了專業組織。推出多種無線演示系統、測量儀表樣機,將成為全球主要自動化儀表展覽的熱點。

            4、自動化儀表工程項目全局信息和全生命周期信息的整合

            這是實現自動化儀表系統的全面可互操作?苫ゲ僮魇欠謱哟蔚,實現需要一個漫長的過程。近年來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儀表層各項可互操作標準的推出是發展中一個重要標志點。

            5、系統維護與儀表診斷

            系統維護與儀表診斷越來越受到用戶、制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、生產裝備的診斷,自動化控制系統的診斷和現場儀表的診斷。生產流程的診斷原則上不屬于自動化儀表范疇,但是診斷信息的交換涉及自動化儀表系統。針對生產裝備的監控,診斷儀表系統已經推出了新產品。自動控制系統的診斷通常是控制系統中設備管理軟件的一個模塊或一種功能,負責控制系統自身以及現場儀表的實時診斷和預測性維護,F場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間確定。

            6、標準化

            標準化在自動化儀表發展歷史上發揮過重要作用,未來還會對我國儀表產品追趕世界水平發揮重大作用。在新經濟時代,有大量信息接口標準的需求,它的共同特點就是在相同的技術水平上可以有很多種標準化方案,F在對高技術新產品可以先制定標準,完全改變了標準化的理念。

            7、控制網絡

            未來幾年網絡控測和網絡儀表是自動化儀表發展的重點,發展方向是大幅提高速度、簡化安裝和調試的復雜性、擴展無線功能以及發展網絡技術。

            當今,儀器儀表與測量控制發展的趨勢是:面對產品的穩定性、可靠性和適應性要求不斷提高;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、嵌入式使用和聯網使用;儀器測控范圍向立體化、全球化擴展;測控功能向系統化、網絡化發展;便攜式、手持式以至個性化儀器大量發展。

            技術特點是:綜合各種新技術,在研究儀器儀表相關類型傳感器、元器件和材料及技術的基礎上,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,復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、高靈敏度、高通量、高選擇性檢測技術,創建各類新型檢測儀器儀表;結合系統論、控制論的發展,在開發工業自動化測控的在線分析和控制、原位分析及控制、高可靠性、高性能和高適應性等技術的基礎上,創新發展工業自動化儀表與控制系統;結合生命科學、人體科學的發展,在開發醫療診治的健康狀況監測、早期診治、無損診斷、無創和低創直視診療、精確定位治療技術的基礎上發展醫療儀器;同時跟蹤新學科領域和各類應用領域的發展,開發各種專用、快捷、自動化檢測和計量技術及專用儀器儀表。

            未來應當關注以下幾個方面:

            1)精密檢測儀器

            當今時代已經進入分子、原子分析檢測新階段,微納科技的發展直接推動了精密檢測儀器的快速發展。值得特別關注是MEMS/NEMS(微電機系統/納機電系統)測試儀器,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展。

            2)分析儀器

            光學捕獲(Opticaltrapping)是一種新型的光學微操作技術。它將一束光用高數值孔徑的物鏡聚焦成微米級的光斑,形成梯度來實現對微小粒子的捕獲和移動。這項技術被廣泛應用于各種微觀領域的研究。

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

            NMR的微型化近年來已經取得重大進展,瑞士Neuchatel大學開發成功一種高質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圈,所需樣品量僅為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注的發展方向。、

            光頻光梳光譜法(Opticalfrequencycombspectroscopy)是最新發展起來的另一種重要的儀器技術,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多不同的氣體,將在臨床診斷領域發揮重要作用。

            3)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是,由于人類生存和發展一些迫切的需求,同時計算機軟硬件、微電子、計算數學、微型器件發展提供的新技術成果,使得光譜技術和儀器向生物、環境、醫療等領域快速拓展,無論理論研究、技術開發和儀器創新都有了明顯的發展,今后還將更快發展。

            4)光子成像儀器

            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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