淺析現代計量測試儀器的發展現狀

引言：本文就計量測試儀器的概念、特征及發展趨勢進行了闡述，并對現代計量測試儀器的諸多特性，功能特征進行了說明。最后，對計量測試科學的發展做出了概況和展望。

計量測試儀器是人類認識、改造物質世界的重要手段，其發展標志著人類社會的進步與繁榮。現代社會，人們把人、管理、原材料、工藝裝備和計量測試技術列為工業生產的五大支柱。西方發達國家早已將計量測試儀器列為信息學科和信息產業，從政策上給予支持。計量測試儀器的工業產值不高，但它對國民經濟的影響很大。可以肯定，計量測試儀器將在國防建設、社會生產和人們生活中發揮越來越大的作用。

一、計量測試儀器的基本概念

（一）儀器儀表與計量測試的關系

傳統觀念上的儀器儀表是實現各種物理、化學、生物量的數值化檢測的裝置與設備；而計量測試的概念，包括測量與計算（即測量信息處理）兩方面的內容。儀器儀表與計量測試，前者著重于對測量原理、方法、工藝及其實現過程的研究；后者則著重于利用前者實現對被測量的觀測，以及對觀測信息進行分析和加工處理，得到最佳觀測結果。前者為后者提供手段，后者為前者提供了廣闊的應用領域，二者相互依存，相互促進。

（二）現代計量測試儀器的范疇

近年來，儀器儀表與計量測試技術正朝著智能化方向發展。傳感器技術、微電子技術、自動化技術、計算機技術和信息處理技術的迅猛發展，使儀器儀表在測量過程自動化、信息處理智能化和儀器功能仿人化等方面都有了巨大的進步。從廣義上說，現代計量測試儀器已經遠遠超過了傳統的“儀器”、“儀表”、“計量”、“測試”的范疇，它包括以單片機為信息處理核心的“智能儀表”、以PC機（或工控機）為信息處理核心的“自動測試系統”和目前發展勢頭迅猛的基于多傳感器智能檢測的“專家系統”，是一切以計算機為信息處理核心的智能檢測設備的總稱。

隨著儀器儀表智能化程度、自動化程度的提高和信息處理能力的增強，過去許多依賴人工操作的測量過程和依靠手工計算的測量數據分析、加工、處理過程逐漸由現代計量測試儀器取代。過去許多人類無法觀測的領域和參數，都可以由現代計量測試儀器實現。現代計量測試儀器已經成為集測量信號自動采集、測量量程自動調節、測量過程自動控制、測量結果自動處理為一體的智能化設備。現代計量測試儀器的發展，使儀器儀表與計量測試融為不可分割的整體，很難有明顯的分界線。

二、現代計量測試儀器的特點

現代計量測試儀器的最主要特點便是智能化，即智能檢測。所謂智能檢測，應當包含采樣、檢驗、故障診斷、信息處理和決策輸出等多種內容，具有比傳統的“測量”遠遠豐富的范疇，是檢測設備采用現代傳感技術、電子技術、計算機技術、自動控制技術和模仿人類專家信息綜合處理能力的結晶。

現代計量測試儀器充分開發、利用計算機資源，在人工最少參與的條件下盡量以儀器設備（尤其是軟件）實現智能檢測功能。因此，現代計量測試儀器具有以下特點：

（一）測量過程的軟件化控制

現代計量測試儀器可實現自動穩零放大、自動極性判斷、自動量程切換、自動增益調節、自動報警、過載保護、非線性補償、多功能測試和自動巡回檢測。由于采用了計算機，上述過程采用軟件控制。測量過程的軟件控制可以簡化儀器系統的硬件結構，縮小體積，降低功耗，提高儀器的可靠性和自動化程度。

（二）測量數據的智能化處理

智能化數據處理是現代計量測試儀器最突出的特點。現代計量測試儀器可以利用計算機十分方便地由軟件實現線性化處理、算術平均值處理、加權平均值計算、數據融合計算、快速傅立葉變換、相關分析、模糊信息處理和其它估計算法，快速、便捷地進行各種信息處理，提高測量精度，獲得和提供更多、更可靠的觀測信息。

（三）高度的靈活性

現代計量測試儀器以軟件為工作核心，生產、修改、復制都較容易，功能和性能指標更改方便，通用化程度高，組建、安裝便捷。而傳統的硬件檢測設備，生產工藝復雜，參數分散性較大，每次更改都牽涉到元器件和系統結構的改變。

（四）測量速度快

高速測量是計量測試儀器始終追求的目標之一。所謂檢測速度，是指從測量采樣開始，經過信號放大、整流濾波、線性補償、A/D轉換、數據處理和結果輸出的全過程所需的時間。目前，高速A/D轉換的采樣頻率在1GHz以上，常用的32位PC機的時鐘頻率在500MHz以上。此外，高速顯示、高速通信、高速存儲、高速打印、高速繪圖設備也日益完善。這些都為現代計量測試儀器的快速檢測提供了條件。

三、現代計量測試儀器的發展方向

人類的信息化時代必將為智能檢測提供更為廣闊的應用前景。隨著科學技術的發展，現代計量測試儀器將向著高可靠性、高智能化方向發展。

（一）采用新型信息處理方法

近年來，新型信息處理技術，如數據融合技術、模糊信息處理技術和神經網絡技術等，在現代計量測試儀器中得到了有效應用，提高了系統的計量性能。例如，熱處理爐溫度自動測試系統采用多傳感器進行數據融合處理，可以提高溫度測量的可靠性與準確性，從而提高熱處理產品的質量和生產效益；對于隨機干擾因素較多的被測對象，利用傳感器重復觀測，通過基于參數估計的數據融合處理，可以提高儀器測量的準確性和重復性。

（二）高智能化發展趨勢

現代計量測試儀器將在社會生產、軍事防御、科學實驗和人們生活的各方面獲得廣泛應用。計量測試儀器的操作將越來越簡單，用戶修改性將越來越強。提高計量測試儀器智能化的方法主要有：

（1）采用高智能化語言；

（2）發展虛擬現實技術；

（3）采用新型計算機；

（4）采用智能部件和新型器件；

（5）各種高新技術交叉滲透。

（三）通用化與標準化發展趨勢

為便于獲取和傳輸信息，實現系統更改與升級，現代計量測試儀器的通用化、標準化設計十分重要。目前的接口與總線系統較多，隨著智能檢測技術的發展，可望制訂全世界通用的幾種統一接口與總線系統標準，或者制訂幾種互相兼容的接口與總線系統標準，以便于系統的組建、更改、升級和連結。由于采用通用化、標準化設計，現代計量測試儀器將易于實現分散使用與大范圍聯網使用。現代計量測試儀器還可以與其它非檢測性網絡連接，獲得其它系統的信息，為其它系統提供現代計量測試儀器的觀測、估計、判斷與決策結果。

四、結束語

計量測試儀器是理論聯系實際、基礎研究與應用研究并駕齊驅的高新技術學科。現代計量測試儀器技術的進步，是多學科技術和新材料、新工藝發展的綜合體現。創新是計量測試儀器行業的靈魂。人類的任何進步和任何需求，都有可能促進計量測試儀器技術的發展。因此，現代計量測試儀器的科研、教學、管理和決策人員，應當敏捷地捕捉到能夠促進現代計量測試儀器技術進步的信息，加快行業技術發展。

參考文獻

[1]計量測試技術手冊編寫組. 計量測試技術手冊.北京：中國計量出版社，1996.

[2]滕召勝，羅隆福，童調生. 智能檢測系統與數據融合. 北京：機械工業出版社，2005.

[3]Jone P Bentley.Principles of Measurement System.Longman，1983.

（作者單位：河北省唐山市質量技術監督局蘆臺分局）