仪器仪表与测量控制向信息化方向发展

　　当今，仪器仪表与测量控制发展的趋势是：面对产品的稳定性、可靠性和适应性要求不断提高；技术指标和功能不断提高；最先采用新的科学研究成果；高新技术大量采用；仪器及测控单元微小型化、智能化日趋明显；要求仪器及测控单元可独立使用、嵌入式使用和联网使用；仪器测控范围向立体化、全球化扩展；测控功能向系统化、网络化发展；便携式、手持式以至个性化仪器大量发展。技术特点是：综合各种新技术，在研究仪器仪表相关类型传感器、元器件和材料及技术的基础上，创新开发新的微弱信号敏感、传感、检测、融合技术,物质原子、分子级检测技术，复杂组成样品的联用分析技术，生命科学的原位、在位、实时、在线、高灵敏度、高通量、高选择性检测技术，创建各类新型检测仪器仪表；结合系统论、控制论的发展，在开发工业自动化测控的在线分析和控制、原位分析及控制、高可靠性、高性能和高适应性等技术的基础上，创新发展工业自动化仪表与控制系统；结合生命科学、人体科学的发展，在开发医疗诊治的健康状况监测、早期诊治、无损诊断、无创和低创直视诊疗、精确定位治疗技术的基础上发展医疗仪器；同时跟踪新学科领域和各类应用领域的发展，开发各种专用、快捷、自动化检测和计量技术及专用仪器仪表。
　　工业自动化仪表与控制系统和科学仪器，在产值和市场两个方面都占据着仪器仪表与测量控制总体的一半，是仪器仪表与测量控制体系的两大支柱。由于发言时间有限，下面就让我们把主要的注意力放在这两类仪器未来的发展上。
　　工业自动化仪表与控制系统未来发展的关注点应当是：
　　1、自动化仪表与企业的信息化
　　自动化仪表技术包括信息采集、处理和应用。“企业信息化”实际上是企业信息的集成和整合。为此，必须用自动化和系统的信息模型“简化”、“规则”和“抽象”信息，以便最有效地利用信息。这是自动化仪表领域的一项基础工作，也是统一信息表达的重要手段。
　　2、自动化仪表工程项目全局信息和全生命周期信息的整合
　　这是实现自动化仪表系统的全面可互操作。可互操作是分层次的，实现需要一个漫长的过程。近年来IEC62424标准的出版，InTools工具软件功能的扩充以及控制系统与现场仪表层各项可互操作标准的推出是发展中一个重要标志点。
3、功能安全
　　近年来功能安全的重要发展是，大量经过功能安全认证的仪表推向市场。为了争取竞争中有利地位，几乎所有仪表制造商都会开展功能安全的研究。
4、系统维护与仪表诊断
　　系统维护与仪表诊断越来越受到用户、制造商和研究者各方的关注。
　　它分为四个层次，生产流程的诊断、生产装备的诊断,自动化控制系统的诊断和现场仪表的诊断。
　　生产流程的诊断原则上不属于自动化仪表范畴，但是诊断信息的交换涉及自动化仪表系统。针对生产装备的监控，诊断仪表系统已经推出了新产品。自动控制系统的诊断通常是控制系统中设备管理软件的一个模块或一种功能，负责控制系统自身以及现场仪表的实时诊断和预测性维护。现场仪表的诊断难度较大，维护周期由智能仪表的损耗情况或固定时间确定。
5、无线通信
　　工业无线通信技术的快速发展是自动化仪表领域显著的亮点，它的特征是：技术方案多样化，参与者迅速增加,成立了专业组织。推出多种无线演示系统、测量仪表样机，将成为全球主要自动化仪表展览的热点。
6、控制网络
　　未来几年网络控测和网络仪表是自动化仪表发展的重点，发展方向是大幅提高速度、简化安装和调试的复杂性、扩展无线功能以及发展网络技术。
7、标准化
　　标准化在自动化仪表发展历史上发挥过重要作用，未来还会对我国仪表产品追赶世界水平发挥重大作用。在新经济时代，有大量信息接口标准的需求，它的共同特点就是在相同的技术水平上可以有很多种标准化方案。现在对高技术新产品可以先制定标准，完全改变了标准化的理念。
　　科学仪器未来发展应当关注以下几个方面：
　　1、分析仪器
　　光学捕获（Opticaltrapping）是一种新型的光学微操作技术。它将一束光用高数值孔径的物镜聚焦成微米级的光斑，形成梯度来实现对微小粒子的捕获和移动。这项技术被广泛应用于各种微观领域的研究。
微型色谱仪将会得到很快的发展。C2V公司已经推出了世界上最小最快的手持式气相色谱仪，主机大小仅124×84×60mm，所含柱模块大小为60×100×12.5mm，可在10-30秒内完成天然气主要成份的全分析。
　　NMR的微型化近年来已经取得重大进展，瑞士Neuchatel大学开发成功一种高质量因子可供微流控芯片NMR全分析系统使用的射频平面微线圈，所需样品量仅为1-100纳升，并可在几秒内获得所需的信噪比。NMR微型化应当是值得关注的发展方向。
　　光频光梳光谱法（Opticalfrequencycombspectroscopy）是最新发展起来的另一种重要的仪器技术，采用这种技术可以在极短的时间内以很高的灵敏度检测许多不同的气体，将在临床诊断领域发挥重要作用。
　　2、精密检测仪器
　　当今时代已经进入分子、原子分析检测新阶段，微纳科技的发展直接推动了精密检测仪器的快速发展。值得特别关注是MEMS/NEMS（微电机系统/纳机电系统）测试仪器,以扫描隧道显微镜和原子力显微镜为代表的扫描探针显微镜,以及基于STM/AFM的基本原理新发展起来一系列SPM,如磁力显微镜、静电力显微镜等这些仪器的新发展。
　　3、光子成像仪器
　　一个以光子学与生命科学相互融合的新学科——生物医学光子学随着激光、电子、光谱、显微及光纤等技术的发展而迅速成长起来，应运而生出现了不少新型科学仪器。应用这些仪器不但丰富了人们对于光与生物组织体相互作用机理的认识，而且促进了各种新的生物研究仪器和医学诊断仪器的发明。光子成像技术主要包括漫射光层析成像、荧光成像、相干层析成像、光声成像等。光学相干层像（OCT）结合了共焦显微术和低相干光的外差探测技术，它是一种在一维光学低相干反射测量技术的基础上扩展而来的二维或三维成像技术。
　　4、光谱分析仪器
　　过去，光谱分析仪器主要应用在基础学科研究和矿物分析、产品质量监控等领域。值得关注一个新的发展动向是，由于人类生存和发展一些迫切的需求，同时计算机软硬件、微电子、计算数学、微型器件发展提供的新技术成果，使得光谱技术和仪器向生物、环境、医疗等领域快速拓展，无论理论研究、技术开发和仪器创新都有了明显的发展，今后还将更快发展。