儀器儀表技術發展趨勢研究與分析

李琦

摘要：作為普遍應用于工業、農業、科研等領域進行測量、采集、分析和控制的手段和設備，儀器儀表產品應用范圍幾乎覆蓋了人類活動的所有領域。不僅應用范圍拓展迅速，經過幾十年的發展，我國儀器儀表行業已形成產品門類比較齊全、具有一定生產規模和開發能力的產業體系，成長極為迅速。本文就是在此基礎之上，對儀器儀表技術的發展趨勢進行了分析，內容僅供參考。

關鍵字：儀器儀表；發展現狀；發展趨勢

前言

我國儀器儀表行業發展速度極快，在機械工業的13個行業當中，儀器儀表并不屬于最發達的行業，但其在進口逆差中是變化最大的一個。儀器儀表發展包含納米級精密機械的研究，也存在分子層次的現代化學研究成果等。這些內容的研究促使儀器儀表領域產生了重大變革。不僅如此，我國的儀器儀表已經在向海外出口，并且取得了一定的突破。因此，本文對儀器儀表技術發展趨勢研究與分析具有一定的意義。

1儀器儀表技術研究的意義及現狀

1.1儀器儀表技術研究的意義

儀器是制造業的重要“工具”，是工業生產的“倍增器”，也是智能制造的前提和保障。隨著工業的更新換代，儀器儀表升級勢在必行。不言而喻，儀器儀表行業在下一輪制造業的春天里，也將具有重要地位。著名科學家錢學森先生指出：新技術革命的關鍵是信息技術，信息技術由測量技術、計算機技術、通訊技術三部分組成，測量技術則是關鍵和基礎。據估算，儀器儀表行業僅占整個工業份額的6%，卻能支撐起60%的工業產值。

同時，儀器儀表是制造業升級、智能制造的基礎。隨著現代儀器儀表“數字化、智能化、微型化”的發展，當前微電子技術不斷提高，儀器儀表產品進一步與微處理器、PC技術交融，儀器儀表的數字化、智能化程度獲得明顯進步，它是科技進步、智能制造飛速發展的產物，成為了高精密產業。因此，中國制造業轉型升級，離不開儀器儀表行業的有力支撐。

1.2儀器儀表研究現狀

近年來，隨著信息、互聯網、物聯網等技術的快速發展，工業控制系統的智能化、網絡化和安全性成為了各國政府和企業關注的焦點，工業自動化儀器儀表則是工業控制系統的核心關鍵部件。長期以來，該領域中高端產品均被國外壟斷企業把持，挾持著我國工業控制系統的發展水平和安全能力。

在國家863計劃的支持下，上海自動化儀表有限公司與浙江大學共同合作，在研發自主可控的片上控制系統（Control Module on Chip，簡稱：CMC）和符合IEC61131-3的軟件開發技術的基礎上，圍繞溫度、壓力、液位及電動執行機構等四大類工業自動化儀器儀表，建成了基于CMC的智能儀器儀表軟硬件開發平臺，并解決了基于CMC的智能儀器儀表的低功耗防爆技術、高級故障診斷技術、抗電磁干擾技術以及EPA和MODBUS等工業網絡通信技術等問題，提高了國產智能儀器儀表的電路集成度、產品的可靠性和適用性，并提升了產品的性能和功能。

CMC自主核心軟硬件的智能儀器儀表研制及應用，實現了智能儀器儀表核心技術國產化，提升了國產儀器儀表的自主可控能力和水平。目前該課題組研制的智能溫度、壓力、液位變送器和智能電動執行機構等四大類工業自動化儀器儀表產品，已經在流程工業中實現了規模化的工程應用，而且在火電、石化、化工和環保等行業具有廣泛的應用前景。

2儀器儀表技術的發展特點

2.1硬件功能軟件化

隨著我國微電子技術的不斷發展，微處理器的速度逐漸提升，價格也越來越低，當前已經被廣泛應用在儀器儀表中，這就對實時性功能提出了更高的要求。以前，只能夠通過硬件完成的任務，現在可以在軟件上完成，甚至于一些硬件不能夠解決的問題，也可以通過軟件來進行處理。同時，當前數字信號處理技術也得到了快速發展，高速數字信號處理器得到了廣大用戶的歡迎。

2.2模塊化

模塊化功能屬于現代化儀器儀表中的重要內容，為儀器儀表的發展提供了強有力的支持。模塊化的實現，使得儀器儀表的運行更加靈活，其硬件的組成更加簡潔。例如，要是在實際使用的過程中，我們需要根據檢測的對象添加一些功能，則主要添加少量的模塊化功能硬件即可，然后在對相應的硬件進行調控就可以達到目的。此外，在對儀器儀表進行設計的過程中，因為實現了電子設計自動化，出現了計算機輔助制造和計算機輔助測試等，所以高度集成化功能的實現為其模塊化提供了一定的技術條件。

2.3參數整定修改實時化

隨著編程技術的不斷發展，編程器件可以對不同現場實現不同的編程工作，且能夠進行相應的儀器儀表現場實時設置，并對其進行現場的動態修改。除此之外，還可以對現場的相應參數或者是結構設計的靈活性進行調整，使得后期儀器儀表系統能夠在不改變設備硬件的情況下，能夠進行系統升級和更換，并保證整個系統運行的安全性和可靠性。

2.4硬件平臺通用化

對于智能化儀表而言，其高度重視軟件功能，選擇一個帶有一定共性的基本儀器硬件，便可以組成一個通用硬件平臺，進而對不同軟件進行調用，對不同功能的儀器或系統等實施科學擴展。而在整個平臺的二次開發過程中，由于儀器儀表使用的通信接口具有多樣化的特點，因此可以使得軟件的開發更加靈活。

3儀器儀表技術的發展趨勢

3.1分析儀器

光學捕獲屬于一種新型光學操作技術，其能對一束光使用高數值孔徑的物鏡進行聚焦，形成一個微米級光斑，進而形成梯度，對微小粒子進行捕獲或移動，這一技術已被充分應用于不同微觀領域的研究當中。在對儀器儀表的發展現狀進行分析，發現微型色譜儀的發展十分迅速，并且其應用的范圍十分廣泛。當前，NMR微型化技術取得了空前發展。

3.2精密檢測儀器

人類社會在儀器儀表檢測方面逐漸向著分子和原子的檢測階段邁進。而隨著納米技術的不斷研發，其對于精密檢測儀器儀表的發展具有十分重要的作用。值得注意的是，MEMS/NEMS測試儀器、掃描隧道顯微鏡、掃描探針顯微鏡、以STM/AFM基本原理共同發展起來的一系列SPM等得到了新的發展。

3.3光子成像儀器

在生物醫學光子學的發展過程中，光子與生命學的有效融合對激光、電子、光譜等學科的迅速發展具有一定的積極作用，并且其產生了較多的新型科學儀器儀表。這些儀器儀表在幫助人們豐富對相互作用機理的認識，促使各種新生物研究儀器、醫學診斷儀器的誕生等方面具有很重要的影響。而在光子成像技術中，主要有光層析成像、熒光成像以及相干成像等內容。其中，光學相干成像主要由共焦顯微技術、低相干光中外差探測技術共同組成，屬于一種在一維光學低相干反射技術基礎上的擴展技術，進而產生了二維或三維成像技術。

3.4光譜分析儀器

在傳統的光譜分析儀器應用中，其主要是對一些基礎的學科或者是礦物質進行分析和檢測，隨著人類社會的不斷發展，這種檢測已經不能夠滿足人們的實際需求，再加上新的科學技術不斷的出現，使得儀器儀表向著生物、環境等一些領域拓展。相信，在未來，不論是對其理論知識的研究，還是對相應技術的有效開發，或者是在儀器儀表的完善創新方面，都會得到快速的發展，并促進儀器儀表行業的不斷進步。

結束語

綜上所述，本文在對儀器儀表技術研究意義和現狀的基礎之上，對儀器儀表技術的發展特點以及發展趨勢進行了探討，對儀器儀表技術的發展指明了方向，從而促進了其儀器表行業的可持續發展。

參考文獻：

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