現(xiàn)代儀器儀表分類和發(fā)展趨勢

現(xiàn)代儀器儀表分類和發(fā)展趨勢

 1、現(xiàn)代儀器儀表的分類 

       根據(jù)國際發(fā)展潮流和我國的現(xiàn)狀，現(xiàn)代儀器儀表按其應(yīng)用領(lǐng)域和自身技術(shù)特性大致劃分為6個大類，即工業(yè)自動化儀表與控制系統(tǒng)、科學儀器、電子與電工測量、儀器、醫(yī)療儀器、各類專用儀器，傳感器與儀器儀表元器件及材料。工業(yè)自動化儀表與控制系統(tǒng)，主要指工業(yè)，特別是流程產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用的各類檢測儀表、執(zhí)行機構(gòu)與自動控制系統(tǒng)裝置。科學儀器主要指應(yīng)用于科學研究、教學實驗、計量測試、環(huán)境監(jiān)測、質(zhì)量和安全檢查等各個方面的儀器儀表。電子與電工測量儀器，主要指低頻、高頻、超高頻、微波等各個頻段測試計量專用和通用儀器儀表。醫(yī)療儀器主要指用于生命科學研究和臨床診斷治療的儀器。各類專用儀器指農(nóng)業(yè)、氣象、水文、地質(zhì)、海洋、核工業(yè)、航空、航天等各個領(lǐng)域應(yīng)用的專用儀器�？茖W儀器可以細分為14個小類，即電子光學儀器，離子光學儀器，X射線儀器，光譜儀器，色譜儀器，波譜儀器，電化學儀器，生化分離分析儀器，氣體分析儀器，顯微鏡和成像系統(tǒng)，化學反應(yīng)及熱分析儀器，聲學振動儀器，力學性能測試儀器（材料試驗機），光電測量儀器。其中，發(fā)展最快，應(yīng)用最廣和市場容量最大的是各類光學儀器和分析儀器�，F(xiàn)代儀器儀表雖然作了大致分類，實際上存在著許多交叉，比如各類專用儀器中許多都是科學儀器。
 
     2、現(xiàn)代儀器儀表的發(fā)展趨勢 

       國際儀器儀表發(fā)展極為迅速，僅以科學儀器中的分析儀器為例，世界分析儀器市場年銷售總額由2000年256億美圓到2002年增至316億美圓，年增長11%以上，是全球經(jīng)濟增長速度的3—4倍。近10幾年來國際儀器儀表發(fā)展的主要趨勢是： 

       數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn)把模擬儀器的精度、分辨力與測量速度提高了幾個量級，為實現(xiàn)測試自動化打下了良好的基礎(chǔ)。計算機的引入，使儀器的功能發(fā)生了質(zhì)的變化，從個別參量的測量轉(zhuǎn)變成測量整個系統(tǒng)的特征參數(shù)，從單純的接受、顯示轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂�、分析、處理、計算與顯示輸出，從用單個儀器進行測量轉(zhuǎn)變成用測量系統(tǒng)進行測量。計算機技術(shù)在儀器儀表中的進一步滲透，使電子儀器在傳統(tǒng)的時域與頻域之外，又出現(xiàn)了數(shù)據(jù)域測試。90年代，儀器儀表與測量科學技術(shù)突破性進展是儀器儀表智能化程度的提高；DSP芯片的大量問世，使儀器儀表數(shù)字信號處理功能大大加強；微型機的發(fā)展，使儀器儀表具有更強的數(shù)據(jù)處理能力和圖象處理功能；現(xiàn)場總線技術(shù)是90年代迅速發(fā)展起來的一種用于各種現(xiàn)場自動化設(shè)備與其控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，Internet和Internet技術(shù)也將進入控制領(lǐng)域�，F(xiàn)代儀器儀表產(chǎn)品將向著計算機化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多功能化的方向發(fā)展，跨學科的綜合設(shè)計、高精尖的制造技術(shù)使它能更高速、更靈敏、更可靠、更簡捷地獲取被分析、檢測、控制對象的全方位信息。未來10年，而更高程度的智能化應(yīng)包括理解、推理、判斷與分析等一系列功能，是數(shù)值、邏輯與知識的結(jié)合分析結(jié)果，智能化的標志是知識的表達與應(yīng)用。利用物理學的新效應(yīng)和高新技術(shù)及其成就開發(fā)新型高靈敏度、高穩(wěn)定性、強抗干擾能力傳感器技術(shù)和測試儀器儀表。如：利用高溫超導(dǎo)量子干涉儀（SGUID）開發(fā)計量測試儀器、物理學測試儀器、地理和地質(zhì)學儀器、化學分析儀器、醫(yī)療儀器、無損材料檢測儀器等。利用橢偏技術(shù)來檢測光纖、光學玻璃等，它與近場光學相結(jié)合，不僅可以測量表面精細結(jié)構(gòu)，同時根據(jù)近場光學反射偏振信息可以分辨出被測物體的材料，這是目前實驗研究新探索。將可調(diào)諧穩(wěn)頻激光光譜儀技術(shù)用于高精密的幾何量與機械量和多種無形態(tài)的量的測量，開發(fā)以新一代微型光纖傳導(dǎo)激光干涉儀，它的測量范圍可以從納米到幾米或更大的范圍，分辨率可達10mm。它還可用于稱重，研制新型電子天平、高精度的電子皮帶稱、高分辨率的壓力計等。發(fā)展納米測量技術(shù)，建立納米計量測試標準，這是當今在計量與測試技術(shù)研究中十分活躍的課題。分析儀器正在經(jīng)歷一場革命性的變化，傳統(tǒng)的光學、熱學、電化學、色譜、波譜類分析技術(shù)都已從經(jīng)典的化學精密機械電子結(jié)構(gòu)、實驗室內(nèi)人工操作應(yīng)用模式，轉(zhuǎn)化為光、機、電、算（計算機）一體化、自動化的結(jié)構(gòu)，并正向更名副其實的智能系統(tǒng)發(fā)展（帶有自診斷自控、自調(diào)、自行判斷決策等高智能功能）。由于以信息技術(shù)為代表高新科學技術(shù)的突飛猛進，使科學儀器的工作原理，設(shè)計思想、設(shè)計方法發(fā)生了明顯的變化，其關(guān)鍵技術(shù)主要表現(xiàn)為：

     （1）微分析技術(shù)即分析儀器的微型化和微量化，其共性技術(shù)有微控技術(shù)、微加工技術(shù)、微檢測技術(shù)、微光源、微分光光學系統(tǒng)、微傳感器等，應(yīng)用上述技術(shù)的微分析儀器如：微流控制芯片、芯片實驗室、微近紅外光譜儀等。

     （2）生物、化學傳感器包括新型傳感技術(shù)在分析儀器中的應(yīng)用，將生物芯片技術(shù)，新型化學傳感技術(shù)，智能傳感器技術(shù)應(yīng)用于分析儀器的研制。

     （3）成像技術(shù)包括廣義成像，納米級超高分辨成像，信息處理等，具體的領(lǐng)域有：核磁共振技術(shù)、圖像自動分析及綜合技術(shù)、成像光譜技術(shù)、近場光學成像技術(shù)。

     （4）儀器的聯(lián)用技術(shù)通過信息分離、專用軟件接口技術(shù)，實現(xiàn)多種科學技術(shù)間的聯(lián)用以實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的痕量成份分析、結(jié)構(gòu)分析、形態(tài)分析等綜合分析，如：色譜—質(zhì)譜聯(lián)用、色譜—光譜聯(lián)用等。多臺儀器、多個實驗室結(jié)合的綜合分析管理系統(tǒng)(LIMS, Laboratory Information Management System)已經(jīng)推廣應(yīng)用；儀器可以上網(wǎng)、制造廠商進行遠距診斷、指導(dǎo)正確使用或提出維修指導(dǎo)，各同類儀器用戶或相同分析工作用戶直接進行數(shù)據(jù)、情報共享，儀器的遠程校準和量值溯源等已指日可待。分析儀器在生物、環(huán)保、醫(yī)學等有關(guān)人的生存、發(fā)展領(lǐng)域的應(yīng)用日新月異，現(xiàn)代高科技軍事方面的發(fā)展也促進了分析技術(shù)和分析儀器的應(yīng)用拓展，靈敏、準確的現(xiàn)場毒物檢測、生命保障任務(wù)也大大擴大了分析了儀器的應(yīng)用領(lǐng)域。