儀器儀表技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

張友德

[摘 要]在科研與工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，儀器儀表在監(jiān)督和保證產(chǎn)品質(zhì)量中起著非常重要的作用。本文重在探討它有怎樣的發(fā)辰現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。

[關(guān)鍵詞]儀器儀表；數(shù)字化；智能化；網(wǎng)絡(luò)化

[中圖分類號]F626.5

[文獻標(biāo)識碼]A

[文章編號]1672—5158（2013）05—0481—01

智能儀器系集電子、單片機、自動化儀表、自動控削、計算機應(yīng)用等技術(shù)于一體的跨學(xué)科的專業(yè)技術(shù)。近20年以來，智能儀器已逐步在電子信息、通迅、自動化等信息類領(lǐng)域普及運用。伴隨著做電子技術(shù)、計算機技術(shù)的高速發(fā)展，各類測控儀器在虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展中，已呈現(xiàn)出富有生命力的更加廣闊的發(fā)展前景。下面，筆者結(jié)合工作實踐和個人思考，對智能儀器的概況進行初步介紹，并對其發(fā)展趨勢進行探討。

一、我國儀器儀表技術(shù)目前發(fā)展?fàn)顩r和差距

1.我國儀器儀表技術(shù)目前發(fā)展?fàn)顩r

我國儀器儀表行業(yè)整體呈高速、平穩(wěn)發(fā)展勢態(tài)，行業(yè)呈現(xiàn)以下特征：

首先，我國的儀器儀表需求量日益加大，成為發(fā)展最快的國家之一。目前我國生產(chǎn)的部分產(chǎn)品已經(jīng)占到全世界的十分之一；

其次，并購重組速度加快。經(jīng)過幾年的發(fā)展和市場競爭，電工儀器儀表生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)集中度、集約化、規(guī)模化得到進一步提高，并形成了以少數(shù)電能表企業(yè)為龍頭引領(lǐng)整個行業(yè)發(fā)展的局面。

第三，國際標(biāo)準(zhǔn)制定達到世界水平。國內(nèi)多家企業(yè)、科研院所參與研制的具有自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)的EPA正式納入現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著我國在現(xiàn)場總線領(lǐng)域擁有了國際認(rèn)可的自主核心技術(shù)；

第四，先進自控系統(tǒng)、檢測儀表、高端科學(xué)儀器等在研發(fā)及應(yīng)用方面不斷取得突破性進展。如上海維思儀器儀表有限公司研制的多聲道超聲波流量計，填補了我國高壓氣體超聲流量計的空白，具有自主知識產(chǎn)權(quán)。

2.我國儀器儀表技術(shù)與國際水平的差距

首先，我國儀器儀表行業(yè)與發(fā)達國家相比有10年～15年的差距。我國企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品基本能夠滿足科研、生產(chǎn)和社會各個方面的一般性需求，但是高端需要主要依賴進口；

第二，產(chǎn)品可靠性差。現(xiàn)代工業(yè)儀器儀表的總體特征是高可靠性、高性能、高適用性，我國企業(yè)的大部分產(chǎn)品與國外產(chǎn)品的差距也正在這些方面。

第三，數(shù)字化、智能化、集成化水平低。我國產(chǎn)品一般常規(guī)品種居多，智能型產(chǎn)品剛剛起步。

第四，新技術(shù)應(yīng)用不夠。國際上目前普遍采用電子設(shè)計自動化（EDA）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助測試（CAT）等技術(shù)。而在我國這些技術(shù)尚不能得到充分利用；

第五，創(chuàng)新能力不足。目前我國的先進儀器儀表絕大多數(shù)依靠進口，但國外最先進的儀器儀表一般都在實驗室里自行研制，市場上無法買到。我國要進行第一流的科技創(chuàng)新活動不能只依靠進口儀器儀表，必須從現(xiàn)在就開展研制最先進的儀器儀表的活動。

第六，環(huán)境在線監(jiān)測市場有待開拓。目前，我國環(huán)境監(jiān)測儀器多是中小企業(yè)生產(chǎn)的中低檔產(chǎn)品，技術(shù)水平一般，產(chǎn)品種類少，故障率高，使用壽命短。

二、我國儀器儀表技術(shù)的發(fā)展趨勢

1.數(shù)字化

有“數(shù)字化時代驕子”之譽的DSP（Digital SignaiProcessing）“信號處理技術(shù)”與數(shù)字信號處理器DSP（DigitalSignal Processor）的結(jié)合就是數(shù)字信號處理解決方案（DSPS）。它是數(shù)字化時代解決電子儀器開放式的體系結(jié)構(gòu)（OSA）設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)之一，其應(yīng)用廣度與深度正在不斷擴展。DSP是一種適用于密集型數(shù)學(xué)運算與實時信號處理的做處理器，以其精巧而復(fù)雜的技術(shù)提供了豐富而優(yōu)良的軟硬件資源，具有良好的性價比和靈活性。它可實時完成FIR濾波、IIR濾波、FFT及DFT、各種通信體制下的信號編解碼等。數(shù)字化信息時代的背景下，DSP應(yīng)用幾乎遍及整個電子領(lǐng)域。另外，隨著VLSI技術(shù)的發(fā)展，在DSP系統(tǒng)的研制和設(shè)計中引入了并行處理技術(shù)，比如，以ADSP2106X系列并行32bit浮點DSP為代表可方便地組建大規(guī)模分布式并行系統(tǒng)和共享總線式并行系統(tǒng)，它可以滿足運算量日益增長的雷達、聲納、軟件無線電等應(yīng)用領(lǐng)域的要求。以DSP為核心的技術(shù)及創(chuàng)新產(chǎn)品正成為現(xiàn)代儀器儀表領(lǐng)域的制高點。

2.智能化

微型計算機技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的迅速發(fā)展引起了儀器儀表結(jié)構(gòu)的根本性變革，即以微型計算機為主體，代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀表的常規(guī)電子線路，成為新一代具有某種智能的靈巧儀表。這類儀表的設(shè)計重點，己經(jīng)從模擬和邏輯電路的設(shè)計轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ玫奈C模板或微機功能部件、接口電路和輸入/輸出通道的設(shè)計，以及應(yīng)用軟件的開發(fā)。傳統(tǒng)模擬式儀表的各種功能是由單元電路實現(xiàn)的，而在以單片機或嵌入式系統(tǒng)為主體的儀表中，則由編程軟件、各種特殊而復(fù)雜的功能模塊、簡化的用戶組態(tài)編程功能以及各種典型應(yīng)用的控制策略包等模塊組成的軟件，來完成眾多的數(shù)據(jù)處理和控制任務(wù)。這類儀表已經(jīng)實現(xiàn)人腦的一部分功能，例如四則運算、邏輯判斷、命令識別等，有的還能夠進行自校正、自診斷，并具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的能力，因此稱之為“智能儀表”。

從儀器儀表技術(shù)的發(fā)展趨勢來看，儀器儀表的智能化是儀器儀表發(fā)展中不可逆轉(zhuǎn)的趨勢，數(shù)字技術(shù)在儀表中的應(yīng)用不但使其性能、精度得到了快速的提升，而伴隨現(xiàn)場總線的問世，為儀器儀表的更新?lián)Q代、產(chǎn)品升級以及實現(xiàn)進一步的高精度、高性能，特別是多參數(shù)在線實時測控與自動測控，高穩(wěn)定、高可靠、高適應(yīng)性、多功能、低消耗等提供了巨大動力和發(fā)展空間，讓智能儀表的信息交換更為迅捷，預(yù)診斷、預(yù)維護等功能成為現(xiàn)實。

3.網(wǎng)絡(luò)化

基于Internet和Intranet的網(wǎng)絡(luò)儀器是計算機技術(shù)、虛擬技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的完美結(jié)合，代表了當(dāng)前和今后儀器儀表領(lǐng)域的發(fā)展潮流，已在測量與測控領(lǐng)域內(nèi)顯現(xiàn).如網(wǎng)絡(luò)化流量計、網(wǎng)絡(luò)化傳感器、網(wǎng)絡(luò)化示波器、網(wǎng)絡(luò)化分析儀和網(wǎng)絡(luò)化計量表等，都成為人們的新寵.網(wǎng)絡(luò)化儀器可實現(xiàn)任意時間、任何地點對系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問，實時獲得儀器的工作狀態(tài)；通過友好的用戶界面，不僅可對遠(yuǎn)程儀器進行功能控制和狀態(tài)檢測，還能將遠(yuǎn)程儀器測得的數(shù)據(jù)快速傳遞給本地計算機.與傳統(tǒng)的儀器相比，網(wǎng)絡(luò)儀器具有無可比擬的優(yōu)勢，如功能分散、危險分散、地理分散、管理集中、通信功能強、網(wǎng)絡(luò)隔離度高、分布廣泛；系統(tǒng)操作簡單，人機界面友好，便于擴展和維護；通信標(biāo)準(zhǔn)公開、一致、開放，儀器間信息資源共享，具有互操作性，可組建大規(guī)模分布式測控網(wǎng)絡(luò)，等等.因此，網(wǎng)絡(luò)儀器已成為現(xiàn)代儀器儀表發(fā)展的突出方向.

三、結(jié)束語

伴隨著微電子技術(shù)、測量控制技術(shù)、計算機技術(shù)等技術(shù)不斷進步和彼此滲透，更加有效地促進了智能儀器的迅速發(fā)展，智能儀器儀表因為其體積小、功能強、功耗低等優(yōu)勢，也迅速在家用電器、工業(yè)生產(chǎn)、科研系統(tǒng)等得到了有效運用。可以預(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來，各種功能的智能儀器儀表會廣泛地使用在社會的各個領(lǐng)域。

參考文獻

[1]王平，淺探智能儀器及其發(fā)展趨勢，硅谷，2010年04期

[2]侯立宇，我國儀器儀表行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展，機械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2011年11期

[3]宋慧欣，儀器儀表智能化漸成趨勢，自動化博覽，2012年10期