儀器儀表技術的發展趨勢分析

鄭軍

摘 要：針對儀器、儀表技術的發展趨勢進行了分析，提出了儀器儀表技術存在的問題，并闡述了當前我國儀器儀表技術發展的特點，包括硬件功能軟件化、集成化，參數正定修改實時化，硬件平臺通用化等。此外，還闡述了儀器儀表技術的發展趨勢，主要有分析儀器、精密檢測儀器、光子成像儀器、光譜分析儀器等。以期通過對這些內容的分析，為儀器儀表技術的發展提供一定的幫助。

關鍵詞：儀器儀表；集成化軟件；水表；光學元件

中圖分類號：TP216 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.055

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。目前，我國電度表的生產量已經占據全世界的50%，我國已經成為電度表、顯微鏡、望遠鏡、光學元件、水表等的生產和出口大國，在集裝箱設備等高檔產品的出口方面已經取得了極大的突破。

1 儀器儀表存在的技術問題

我國儀器儀表市場的競爭和發展受到國外儀器、儀表的沖擊，對此，我國儀器儀表發展要做到以下幾點：①確保儀器、儀表技術和功能的穩定性；②科學地進行智能化儀器、儀表的研制以及配套技術，建立相應標準；③建立儀器、儀表繼承途徑，構建一定的兼容系統，在相應的智能化儀器儀表上實現以廉取勝。

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。以往，只能在硬件上完成的任務，現在能夠通過軟件完成，甚至有一些硬件電路不能解決的問題，也能夠通過軟件技術解決。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。模塊化的使用促使儀器的運行更加靈活，使儀器中的硬件組成更加簡潔，比如，如果需要增加一定的測試功能，則僅需要增加少量的模塊化功能硬件，然后對相應硬件進行調控即可。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，促使計算機輔助制造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

隨著不同現場可編程器件以及在線編程技術的逐漸發展，相應儀器儀表中的參數被確定，不需要在系統設計時設定參數，可以在儀器使用現場進行實時設置，并對其進行動態修改。此外，還可針對相應參數或結構設計的靈活性進行修改，促使后期儀器儀表系統在不改變設備硬件的情況下，可通過系統軟件的升級和換代等方式得以運行，最終使整個系統不斷升級和更新換代。

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。在整個平臺的二次開發方面，由于儀器儀表所使用的通用接口具備多樣化的特點，可以使軟件的開發變得更加靈活多樣。

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。對儀器儀表的發展現狀進行分析發現，微型色譜儀得到了快速發展，且得到了相對廣泛的應用。當前，NMR微型化技術取得了空前發展。

3.2 精密檢測儀器

人類社會逐漸走入了分子和原子檢測的新階段。隨著微納科技的快速發展，對精密檢測儀器的發展起到了強有力的推動作用。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

生物醫學光子學是一門將光學與生命科學相互融合的新學科。隨著激光、電子、光譜等學科的迅速發展，產生了較多的新型科學儀器。這些儀器的應用幫助人們豐富了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。在光子成像技術中，主要內容有光層析成像、熒光成像以及相干成像等。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

以往的光譜分析儀器主要在基礎學科的研究或礦物質的分析、產品質量檢查等工作中使用?；谌说纳婧桶l展方面的需求，加之計算機硬件、微型器件以及計算數學等的發展帶來的新技術成果，促使儀器逐漸向著生物、環境等一些領域拓展。無論是對理論進行研究，還是對相應技術進行大力開發，或是儀器的完善和創新，均得到了較為快速的發展，且在未來的發展中將得到更大的發展。

4 結束語

我國儀器、儀表的發展與近代科學技術的進步密切聯系，特別是智能儀器的不斷更新對儀器儀表的發展造成了一定的影響。在這一背景下，促使我國儀器儀表逐漸向著智能化、數字化的方向發展。測控技術、計算機技術以及通信技術等構成了信息技術，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展。隨著儀器儀表的快速發展，對相應技術人員的要求不斷提高，這就需要相應技術人員不斷提升自身的專業技能和綜合素質。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕