測控技術(shù)與儀器在實(shí)踐中的應(yīng)用

鄭紫月

（南京航空航天大學(xué)，江蘇 南京 211106）

前言

我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，推動高新技術(shù)融入實(shí)踐應(yīng)用中，有效提高社會運(yùn)行效率的同時(shí)，提高社會發(fā)展水平。而未來進(jìn)一步推動社會進(jìn)步，就需要重點(diǎn)關(guān)注測控技術(shù)以及相關(guān)儀器應(yīng)用，而相關(guān)專業(yè)與行業(yè)也將會成為我國實(shí)現(xiàn)科技大國重要工具。但是我國在測控技術(shù)應(yīng)用方面存在起步晚，仍需要將其充分分析，詳細(xì)解讀重點(diǎn)內(nèi)容，為未來發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

一、測控技術(shù)與儀器

測控技術(shù)以及相關(guān)儀器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)重點(diǎn)突出控制技術(shù)與儀器技術(shù)。控制技術(shù)負(fù)責(zé)測控控制系統(tǒng)整體健康運(yùn)行，保證數(shù)據(jù)性準(zhǔn)確性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高度協(xié)調(diào)化。而儀器技術(shù)則專門負(fù)責(zé)儀器前期設(shè)計(jì)、中期生產(chǎn)與后期驗(yàn)收，以及在正式投入使用后養(yǎng)護(hù)與維修[1]。在我國工業(yè)快速發(fā)展的當(dāng)下，測控技術(shù)水平與要求不斷提高。針對負(fù)責(zé)對象差異，測控技術(shù)從以下幾個(gè)角度實(shí)施，分別為傳感器、數(shù)據(jù)采集、信號分析等系統(tǒng)。這三類系統(tǒng)都在關(guān)聯(lián)計(jì)算機(jī)后實(shí)施，可以通過計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息交互。而測控技術(shù)應(yīng)用可以在短時(shí)間內(nèi)為決策者提供高精度信息甄別，將無用數(shù)據(jù)剔除，進(jìn)而提升測量準(zhǔn)確性，方便準(zhǔn)確決策。

二、測控技術(shù)與儀器應(yīng)用

（一）硬件設(shè)計(jì)

作為測控系統(tǒng)重要構(gòu)成，硬件設(shè)計(jì)是否合理，對于后續(xù)測控技術(shù)應(yīng)用，測控設(shè)備是否高質(zhì)量運(yùn)行具有重要意義。為保證設(shè)計(jì)質(zhì)量穩(wěn)步提升，需要在設(shè)計(jì)階段重點(diǎn)關(guān)注以下內(nèi)容：針對設(shè)計(jì)限制合理?xiàng)l件。從硬件外形與實(shí)際應(yīng)用效果等多方面充分分析，尤其是硬件是否對于外界環(huán)境是否具有較強(qiáng)靈敏性，在惡劣作業(yè)環(huán)境下是否具備穩(wěn)定性，以及測控精度都要重點(diǎn)思考，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，降低成本支出；針對系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)工作，可以借助CPLD、FPGA 等多種具有較強(qiáng)集成性技術(shù)應(yīng)用，可以利用可視化工具與軟件包實(shí)現(xiàn)深度開發(fā)[2]。

（二）軟件設(shè)計(jì)

在測控系統(tǒng)中，有例如控制程序、檢測程序等多種軟件，而負(fù)責(zé)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，要從程序是否具有高運(yùn)行效率，在應(yīng)用中硬件性能是否穩(wěn)定等多方面綜合分析。還要針對數(shù)據(jù)高效處理等多種功能優(yōu)化現(xiàn)有設(shè)計(jì)，重點(diǎn)關(guān)注數(shù)據(jù)誤差控制，量程轉(zhuǎn)換是否流暢，融合差值與數(shù)據(jù)是否自然等。為提高軟件應(yīng)用效果，還要提升人機(jī)交互相關(guān)設(shè)計(jì)，保障軟件應(yīng)用富有人性化，操作便捷化。

（三）抗干擾設(shè)計(jì)

對于測控系統(tǒng)而言，因?yàn)槠浣M成部分相對復(fù)雜，各個(gè)部件都需要較高精密度，這會導(dǎo)致測控系統(tǒng)極易被電磁信號干擾正常工作。所以，實(shí)際應(yīng)用需要有針對性處理測控系統(tǒng)，提升其電磁抗性。一方面，要重點(diǎn)關(guān)注數(shù)據(jù)信息抗干擾能力，可以使用小波變換或者圖像處理，針對數(shù)據(jù)采用有效補(bǔ)償與及時(shí)修正雙重工作，保證測控?cái)?shù)據(jù)具有高準(zhǔn)確性；而另一方面，需要針對電路提升其抗干擾能力。為了有效降低電路干擾影響，需要將磁性屏蔽物、低電阻材料等放在電路內(nèi)部。還可以利用脈沖變壓器或光電隔離，針對干擾因素實(shí)現(xiàn)隔離處理，保障系統(tǒng)健康運(yùn)行。

三、測控技術(shù)與儀器應(yīng)用對策

（一）航天領(lǐng)域

航空領(lǐng)域不同于其他基礎(chǔ)，具有特殊性，這導(dǎo)致航空領(lǐng)域在應(yīng)用測控技術(shù)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)信息具有較高要求。而在過去很長一段時(shí)間，因?yàn)槲覈茖W(xué)技術(shù)有限，所以使用人工測量保障數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，無法保障計(jì)算精度。為提高數(shù)據(jù)測量精度，我國開始廣泛應(yīng)用測控技術(shù)，并將大量高性能儀器投入實(shí)際應(yīng)用中，有效提升航空領(lǐng)域測量質(zhì)量，對于測控精準(zhǔn)性也有顯著提升。

（二）農(nóng)業(yè)種植與澆灌

作為我國及經(jīng)濟(jì)發(fā)展基石，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對于我國具有重要意義。而在以往農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)產(chǎn)品種植多由人工完成，這會導(dǎo)致人力大量浪費(fèi)，但在現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)發(fā)展，無論是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的種植還是灌溉環(huán)節(jié)，都可以借助科學(xué)技術(shù)來完成。而借助測控技術(shù)以及相關(guān)儀器，可以有效幫助農(nóng)民在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)后期養(yǎng)護(hù)解放勞動力，將原本耗費(fèi)大量人力物力種植環(huán)節(jié)有效改善，減少體力勞動支出。而且，測控技術(shù)廣泛應(yīng)用，對于農(nóng)產(chǎn)品收獲儲存環(huán)節(jié)，也可以提供良好方案。如圖1 所示。

圖1 測控技術(shù)控制大棚內(nèi)溫度

（三）新型傳感器技術(shù)

現(xiàn)在測控技術(shù)正處于快速發(fā)展中，大量新型傳感器在時(shí)間在實(shí)踐中被廣泛應(yīng)用。實(shí)際傳感器應(yīng)用可以劃分為兩類，即數(shù)字化傳與集成化，各自傳感器應(yīng)用環(huán)境存在差異[3]。前者負(fù)責(zé)應(yīng)用過程監(jiān)控，后者則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)測量。在廣泛應(yīng)用這兩類傳感器后，獲取數(shù)據(jù)有效提升準(zhǔn)確性。但需要考慮到，這兩類傳感器不僅可以應(yīng)用于測控作業(yè)的使用，在其他作業(yè)也同樣具有良好效果。所以，未來測控是否具備良好發(fā)展前景，關(guān)鍵點(diǎn)就是如何使用新型傳感器替代傳統(tǒng)傳感器，進(jìn)而提升測量數(shù)據(jù)質(zhì)量。

（四）遠(yuǎn)程測控

測控技術(shù)除在傳統(tǒng)行業(yè)廣泛應(yīng)用，遠(yuǎn)程測控也成為其主要應(yīng)用內(nèi)容。與傳感器應(yīng)用相似，遠(yuǎn)程測控也普遍應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。遠(yuǎn)程測控核心即無線通信，再借助網(wǎng)絡(luò)通信，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用測控技術(shù)建設(shè)水電與管道等多種工作。借助遠(yuǎn)程測控可以及時(shí)監(jiān)控設(shè)備，發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行存在故障，直接利用遠(yuǎn)程測控實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障排查，有效降低應(yīng)用成本，提升問題排查效率。即使是以往人工難以有效檢測位置，也可以借助無線技術(shù)有效監(jiān)控。通過遠(yuǎn)程測控，可以有效降低遠(yuǎn)程管理難度，提升測控效率，進(jìn)而提高測控準(zhǔn)確性。

（五）控制應(yīng)用過程

為保證測控系統(tǒng)健康運(yùn)行，確保工作目標(biāo)高質(zhì)量完成，需要在實(shí)際應(yīng)用強(qiáng)化內(nèi)部管理，對其制度進(jìn)行完善，從而將以往存在部分不良操作或行為規(guī)范化處理，預(yù)防因違規(guī)操作導(dǎo)致測控作業(yè)失誤問題。同時(shí)，針對技術(shù)應(yīng)用要及時(shí)總結(jié)問題與優(yōu)秀方法，方便了解當(dāng)前測控技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)存問題，并以此為依據(jù)，采用科學(xué)手段制定合理解決方案。

四、測控技術(shù)與儀器應(yīng)用發(fā)展前景

（一）轉(zhuǎn)變高效培養(yǎng)模式

測控技術(shù)和極其儀器應(yīng)用，與其技術(shù)深度開發(fā)與普遍性推廣具有直接聯(lián)系，這讓人才教育與長期培養(yǎng)成為發(fā)展重點(diǎn)內(nèi)容。在國家政策引導(dǎo)下，我國多所高校都提高測控技術(shù)和儀器專業(yè)相關(guān)人才培養(yǎng)工作。在人才培養(yǎng)工作中，從實(shí)踐出發(fā)，融合基礎(chǔ)理論，并配備高水平教師隊(duì)伍，有效提升整體教學(xué)檔次，并對教師定向培養(yǎng)，讓其應(yīng)用良好教學(xué)習(xí)慣與意識，提高人才培養(yǎng)水平[4]。而且，產(chǎn)學(xué)研一體化深度教學(xué)，也是對現(xiàn)有人才培養(yǎng)模式大膽創(chuàng)新，在穩(wěn)定提升人才發(fā)展水平的同時(shí)，對于企業(yè)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益也有顯著提升，這于未來測控技術(shù)進(jìn)一步研究與深度開發(fā)具有重要意義。而在高校發(fā)展速度不斷加快，越來越多專業(yè)投身行業(yè)建設(shè)，為行業(yè)健康發(fā)展提供充足后備力量，也對產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

（二）提升企業(yè)研發(fā)水平

在過去很長一段時(shí)間，我國企業(yè)發(fā)展多依靠大量采購測控儀器，或者增加測控技術(shù)引入力度，既可以有效降低成本支出，對于更換設(shè)備也較為簡單，從而有效提升生產(chǎn)水平。但是在我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，部分大型企業(yè)在儀器引用與技術(shù)引進(jìn)的過程中發(fā)現(xiàn)，核心技術(shù)才是企業(yè)未來健康發(fā)展重要內(nèi)容，所以開始以自身技術(shù)深度研發(fā)設(shè)備、儀器，并積極組織建設(shè)研發(fā)部門，在穩(wěn)定提升研發(fā)水平的同時(shí)，在行業(yè)中也有效提升競爭力。使用這種方法讓外部采購資金支出比例有效降低，也可以有效降低技術(shù)與儀器不兼容問題，對于提升企業(yè)未來健康發(fā)展的核心競爭力非常有利，讓企業(yè)在未來發(fā)展不再被其他企業(yè)受限制，可以有效提升企業(yè)發(fā)展?jié)摿Γ瑢τ谖覈鴾y控技術(shù)以及儀器健康發(fā)展也是具有促進(jìn)效果。而技術(shù)發(fā)展重要環(huán)節(jié)，就是結(jié)合企業(yè)當(dāng)前開發(fā)能力與高校產(chǎn)學(xué)研體系有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)行業(yè)長久發(fā)展。

（三）智能化發(fā)展

在測控技術(shù)以及儀器快速發(fā)展下，信息與計(jì)算機(jī)技術(shù)在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展推動下，也在進(jìn)行良性發(fā)展。而測控技術(shù)以及儀器目前正朝自動化發(fā)展，而測控技術(shù)目前主要應(yīng)用的智能化技術(shù)，其目的就是降低勞動力成本支出。借助計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部優(yōu)化基本算法，對于關(guān)鍵信息及時(shí)收集，從而顯著提升常規(guī)人工收集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性[5-6]。并借助信息反饋，及時(shí)下達(dá)系統(tǒng)運(yùn)營相關(guān)指令，從而將行業(yè)過去過分依賴該技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量問題有效處理。而自動化技術(shù)即實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在運(yùn)營時(shí)的自動化測試，完成動態(tài)反饋。借助該項(xiàng)技術(shù)也能有效降低工作強(qiáng)度，提升工作效率。尤其是在計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用的當(dāng)下，可以將大部分任務(wù)有效完成，而工作人員主要負(fù)責(zé)簡單審驗(yàn)，任務(wù)即可高質(zhì)量完成。而在社會不斷發(fā)展的當(dāng)下，行業(yè)發(fā)展朝向高度人性化、智能化方向快速發(fā)展，對于測控技術(shù)應(yīng)用水平，與相關(guān)信息是否具備高效整合能力都有顯著提升。及時(shí)抓住時(shí)代發(fā)展步伐，將會是未來企業(yè)與相關(guān)行業(yè)發(fā)展重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容。

結(jié)論

現(xiàn)在我國測控技術(shù)以及儀器在人們生產(chǎn)生活起到重要應(yīng)用地位，推動整體生活水平顯著提升，但是也需要當(dāng)前應(yīng)用仍存在不少問題，需要從多方面綜合考量，并以科學(xué)手段處理問題。同時(shí)，相關(guān)人才培養(yǎng)工作也要及時(shí)跟上，積極融合各種先進(jìn)技術(shù)，例如大數(shù)據(jù)、智能化，穩(wěn)定提升測控質(zhì)量與水平，為我國科技發(fā)展奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)科技興國。