分析儀器儀表技術(shù)的發(fā)展趨向

周宇博

摘要： 隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，各種實(shí)用控制技術(shù)已全面滲透到現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，越來(lái)越多的控制技術(shù)在走融合的道路，測(cè)控設(shè)備的發(fā)展也是越來(lái)越快，技術(shù)更新日新月異?；诖?，本文針對(duì)儀器、儀表技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析，提出了儀器儀表技術(shù)存在的問(wèn)題，并闡述了當(dāng)前我國(guó)儀器儀表技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)，包括硬件功能軟件化、集成化，參數(shù)整定修改實(shí)時(shí)化，硬件平臺(tái)通用化等。此外，還闡述了儀器儀表技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，主要有分析儀器、精密檢測(cè)儀器、光子成像儀器、光譜分析儀器等。

關(guān)鍵詞： 儀器儀表技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)；分析

引言

我國(guó)儀器儀表行業(yè)發(fā)展速度極快，在機(jī)械工業(yè)的13個(gè)行業(yè)當(dāng)中，儀器儀表并不屬于最發(fā)達(dá)的行業(yè)，但其在進(jìn)口逆差中是變化最大的一個(gè)。儀器儀表發(fā)展包含納米級(jí)精密機(jī)械的研究，也存在分子層次的現(xiàn)代化學(xué)研究成果等。這些內(nèi)容的研究促使儀器儀表領(lǐng)域產(chǎn)生了重大變革。目前，我國(guó)電度表的生產(chǎn)量已經(jīng)占據(jù)全世界的50%，我國(guó)已經(jīng)成為電度表、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、光學(xué)元件、水表等的生產(chǎn)和出口大國(guó)，在集裝箱設(shè)備等高檔產(chǎn)品的出口方面已經(jīng)取得了極大的突破。

1 儀器儀表存在的技術(shù)問(wèn)題

我國(guó)儀器儀表市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)和發(fā)展受到國(guó)外儀器、儀表的沖擊，對(duì)此，我國(guó)儀器儀表發(fā)展要做到以下幾點(diǎn)：①確保儀器、儀表技術(shù)和功能的穩(wěn)定性；②科學(xué)地進(jìn)行智能化儀器、儀表的研制以及配套技術(shù)，建立相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)；③建立儀器、儀表繼承途徑，構(gòu)建一定的兼容系統(tǒng)，在相應(yīng)的智能化儀器儀表上實(shí)現(xiàn)以廉取勝。

2 儀器儀表技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)

2.1 硬件功能軟件化

隨著我國(guó)微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器的速度逐漸提升，價(jià)格也越來(lái)越低，當(dāng)前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在儀器儀表中，這就對(duì)實(shí)時(shí)性功能提出了更高的要求。以往，只能在硬件上完成的任務(wù)，現(xiàn)在能夠通過(guò)軟件完成，甚至有一些硬件電路不能解決的問(wèn)題，也能夠通過(guò)軟件技術(shù)解決。同時(shí)，當(dāng)前數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)也得到了快速發(fā)展，高速數(shù)字信號(hào)處理器得到了廣大用戶(hù)的歡迎。

2.2 模塊化

模塊化功能屬于現(xiàn)代化儀器儀表中的重要內(nèi)容，為儀器儀表的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持。模塊化的使用促使儀器的運(yùn)行更加靈活，使儀器中的硬件組成更加簡(jiǎn)潔，比如，如果需要增加一定的測(cè)試功能，則僅需要增加少量的模塊化功能硬件，然后對(duì)相應(yīng)硬件進(jìn)行調(diào)控即可。此外，在對(duì)儀器儀表進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，促使計(jì)算機(jī)輔助制造實(shí)現(xiàn)了電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助制造和計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試等，所以高度集成化功能的實(shí)現(xiàn)為其模塊化提供了一定的技術(shù)條件。

2.3 參數(shù)整定修改實(shí)時(shí)化

隨著不同現(xiàn)場(chǎng)可編程器件以及在線編程技術(shù)的逐漸發(fā)展，相應(yīng)儀器儀表中的參數(shù)被確定，不需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定參數(shù)，可以在儀器使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)設(shè)置，并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)修改。此外，還可針對(duì)相應(yīng)參數(shù)或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性進(jìn)行修改，促使后期儀器儀表系統(tǒng)在不改變?cè)O(shè)備硬件的情況下，可通過(guò)系統(tǒng)軟件的升級(jí)和換代等方式得以運(yùn)行，最終使整個(gè)系統(tǒng)不斷升級(jí)和更新?lián)Q代。

2.4 硬件平臺(tái)通用化

對(duì)于智能化儀表而言，其高度重視軟件功能，選擇一個(gè)帶有一定共性的基本儀器硬件，便可以組成一個(gè)通用硬件平臺(tái)，進(jìn)而對(duì)不同軟件進(jìn)行調(diào)用，對(duì)不同功能的儀器或系統(tǒng)等實(shí)施科學(xué)擴(kuò)展。在整個(gè)平臺(tái)的二次開(kāi)發(fā)方面，由于儀器儀表所使用的通用接口具備多樣化的特點(diǎn)，可以使軟件的開(kāi)發(fā)變得更加靈活多樣。

3 儀器儀表技術(shù)發(fā)展趨向

3.1 計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)于儀器儀表智能化的推動(dòng)

當(dāng)今的計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的非常迅速，計(jì)算機(jī)中央處理器的處理速度也在飛速的升級(jí)，很多科學(xué)家都認(rèn)為計(jì)算機(jī)中央處理器在未來(lái)幾年將會(huì)發(fā)展的更加迅速。目前來(lái)看，計(jì)算機(jī)的處理能力發(fā)展趨勢(shì)主要有圖像信息、視頻信息以及寬帶信息這幾種，計(jì)算機(jī)的處理能力提升也著重在這幾方面進(jìn)行提升。隨著計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)和硬件的飛速革新和升級(jí)，儀表儀器智能化的發(fā)展必然會(huì)受到其非常大的影響。

另外，計(jì)算機(jī)的人機(jī)交互能力在這些年也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，原始的人機(jī)交互是依靠文字和字符來(lái)進(jìn)行交互，后來(lái)又可以通過(guò)多媒體信息來(lái)進(jìn)行人機(jī)交互，目前可以發(fā)展到了通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)的方式來(lái)進(jìn)行人機(jī)交互。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)交互信息方式的出現(xiàn)，通過(guò)這種在計(jì)算機(jī)中營(yíng)造出的三維模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，從根本上改變了人類(lèi)以往的思維方式。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)交互信息技術(shù)的普及和推廣，將會(huì)給儀表儀器智能化帶來(lái)非常大的推動(dòng)作用。

3.2 微電子技術(shù)對(duì)于儀器儀表智能化的推動(dòng)

微電子技術(shù)是從上個(gè)世紀(jì)七十年代開(kāi)始發(fā)展的，到了九十年代，微電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)穩(wěn)步提升的階段。目前來(lái)看，電子芯片的線寬已經(jīng)達(dá)到了0.35亞微米到0.25亞微米。隨著線寬的逐漸縮小，以往的一個(gè)儀器儀表的機(jī)箱，如今都可以縮小到一塊芯片上。這種微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，無(wú)疑會(huì)極大的推動(dòng)儀表儀器智能化的發(fā)展。近些年來(lái)，微電子技術(shù)的發(fā)展速度已經(jīng)大大超過(guò)了當(dāng)初的預(yù)期，根據(jù)摩爾定律，在今后的十年當(dāng)中，微電子技術(shù)還會(huì)得到更大的發(fā)展，并且發(fā)展速度更加迅猛。毫無(wú)疑問(wèn)，微電子技術(shù)的大力發(fā)展必然會(huì)極大的推動(dòng)儀器儀表智能化的發(fā)展。

當(dāng)前來(lái)看，專(zhuān)用集成電路ASIC不管是在集成度方面還是在生產(chǎn)速度和價(jià)格方面都因?yàn)槲㈦娮蛹夹g(shù)的發(fā)展得到了極大的提升，這種提升對(duì)于儀器儀表智能化來(lái)說(shuō)是具有極大意義的。目前這種ASIC，可以通過(guò)用戶(hù)來(lái)進(jìn)行定制，從而利用CAD直接在芯片上制造最先進(jìn)的儀器儀表智能化系統(tǒng)。這種儀器儀表的系統(tǒng)制作方式，不但用時(shí)短，并且設(shè)計(jì)間接，極大的提升了集成度。

另外，還有一種數(shù)字信號(hào)處理器DSP，這種處理器的發(fā)展速度非常迅速，目前已經(jīng)成為了計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)以及家電產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備非常重要的組成部分，這種數(shù)字信號(hào)處理器目前也是儀器儀表的重要組成部件。隨著近些年DSP的迅速發(fā)展，其在運(yùn)行速度上和體積上都得到了極大的升級(jí)，最新提出了DSPS概念，通過(guò)DSP技術(shù)與ASIC以及軟件開(kāi)發(fā)工具等相結(jié)合，集成為一個(gè)新的系統(tǒng)。DSPS這種新概念的產(chǎn)生，無(wú)疑會(huì)對(duì)儀器儀表智能化產(chǎn)生非常大的推動(dòng)效果。

3.3 人工智能技術(shù)對(duì)于儀器儀表智能化的推動(dòng)

在上個(gè)世紀(jì)七十年代，隨著測(cè)試技術(shù)的大力發(fā)展，數(shù)學(xué)與測(cè)試技術(shù)進(jìn)行融合，從而誕生了分析統(tǒng)計(jì)學(xué)。這種分析統(tǒng)計(jì)學(xué)不但可以設(shè)計(jì)合理的測(cè)量分析過(guò)程，同時(shí)可以進(jìn)行處理巨大規(guī)模的信息。這種科學(xué)對(duì)于儀器儀表和人工智能相結(jié)合提供了前提條件。目前來(lái)看，人工智能技術(shù)屬于一種計(jì)算機(jī)程序，它可以通過(guò)積累的經(jīng)驗(yàn)與只是來(lái)進(jìn)行具體行為的決策，并且擁有非常強(qiáng)大的處理問(wèn)題能力。通過(guò)人工智能和數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)合，人工智能可以賦予儀器儀表更加強(qiáng)大的功能，以往通過(guò)人工方式很難得到解決或者根本不能解決的問(wèn)題，如今可以通過(guò)人工智能與儀表儀器相結(jié)合的方式很容易的來(lái)進(jìn)行解決。從這一點(diǎn)上來(lái)看，人工智能對(duì)于儀表儀器智能化的發(fā)展是具有非常大的推動(dòng)作用的。

結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)儀器、儀表的發(fā)展與近代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步密切聯(lián)系，特別是智能儀器的不斷更新對(duì)儀器儀表的發(fā)展造成了一定的影響。在這一背景下測(cè)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)等構(gòu)成了信息技術(shù)，這三者之間相互滲透、相互融合，促使智能儀器逐漸向著小型、輕量和多功能的方向發(fā)展。

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