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直流電阻箱 儀器儀表的分類 發(fā)展趨勢及關鍵技術

點擊次數(shù):1636 發(fā)布時間:2011-12-10

根據(jù)發(fā)展潮流和我國的現(xiàn)狀,現(xiàn)代儀器儀表按其應用領域和自身技術特性大致劃分為6個大類。本文介紹了現(xiàn)代儀器儀表的發(fā)展趨勢及其5個特點,根據(jù)其趨勢和特點列出了儀器儀表發(fā)展的5個關鍵技術。

1、現(xiàn)代儀器儀表的分類

根據(jù)發(fā)展潮流和我國的現(xiàn)狀,現(xiàn)代儀器儀表按其應用領域和自身技術特性大致劃分為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)過程中應用的各類檢測儀表、執(zhí)行機構與自動控制系統(tǒng)裝置??茖W儀器主要指應用于科學研究、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、航天等各個領域應用的儀器。科學儀器可以細分為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zui快,應用zui廣和市場容量zui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

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,是經(jīng)濟增長速度的3—4倍。近10幾年來儀器儀表發(fā)展的主要趨勢是:

數(shù)字技術的出現(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。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變成測量整個系統(tǒng)的特征參數(shù),從單純的接受、顯示轉變?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變成用測量系統(tǒng)進行測量。計算機技術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)場自動化設備與其控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信技術,Internet和Internet技術也將進入控制領域。現(xiàn)代儀器儀表產(chǎn)品將向著計算機化、網(wǎng)絡化、智能化、多功能化的方向發(fā)展,跨學科的綜合設計、高精尖的制造技術使它能更高速、更靈敏、更可靠、更簡捷地獲取被分析、檢測、控制對象的信息。未來10年,而更高程度的智能化應包括理解、推理、判斷與分析等一系列功能,是數(shù)值、邏輯與知識的結合分析結果,智能化的標志是知識的表達與應用。利用物理學的新效應和技術及其成就開發(fā)新型高靈敏度、高穩(wěn)定性、強抗干擾能力傳感器技術和測試儀器儀表。如:利用高溫超導量子干涉儀(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。

利用橢偏技術來檢測光纖、光學玻璃等,它與近場光學相結合,不僅可以測量表面精細結構,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,建立納米計量測試標準,這是當今在計量與測試技術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、波譜類分析技術都已從經(jīng)典的化學精密機械電子結構、實驗室內(nèi)人工操作應用模式,轉化為光、機、電、算(計算機)一體化、自動化的結構,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)。由于以信息技術為代表科學技術的突飛猛進,使科學儀器的工作原理,設計思想、設計方法發(fā)生了明顯的變化,其關鍵技術主要表現(xiàn)為:(1)微分析技術即分析儀器的微型化和微量化,其共性技術有微控技術、微加工技術、微檢測技術、微光源、微分光光學系統(tǒng)、微傳感器等,應用上述技術的微分析儀器如: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在分析儀器中的應用,將生物芯片技術,新型化學傳感技術,智能傳感器技術應用于分析儀器的研制。(3)成像技術包括廣義成像,納米級超高分辨成像,信息處理等,具體的領域有:核磁共振技術、圖像自動分析及綜合技術、成像光譜技術、近場光學成像技術。(4)儀器的聯(lián)用技術通過信息分離、軟件接口技術,實現(xiàn)多種科學技術間的聯(lián)用以實現(xiàn)復雜系統(tǒng)的痕量成份分析、結構分析、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、多個實驗室結合的綜合分析管理系統(tǒng)(LIMS,LaboratoryInformationManagementSystem)已經(jīng)推廣應用;儀器可以上網(wǎng)、制造廠商進行遠距診斷、指導正確使用或提出維修指導,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)學等有關人的生存、發(fā)展領域的應用日新月異,現(xiàn)代高科技軍事方面的發(fā)展也促進了分析技術和分析儀器的應用拓展,靈敏、準確的現(xiàn)場毒物檢測、生命保障任務也大大擴大了分析了儀器的應用領域。

根據(jù)上述儀器儀表發(fā)展的趨勢,可以十分清楚的看出現(xiàn)代儀器儀表發(fā)展具有以下主要特點:

①技術指標不斷提高

就如奧林匹克運動的口號是更高、更快、更強一樣,儀器儀表在提高檢測控制技術指標上是永遠的追求。以儀器儀表和測量控制的技術范圍指標來說,如電壓從納伏~100萬伏;電阻從超導至1014Ω;諧波測量到51次;加速度從10-4—104g;頻率測量至1010HZ;壓力測量至108Pa;溫度測量從接近零度至1010℃等。以提高測量精度指標來說,工業(yè)參數(shù)測量提高至0.02%以上,航空航天參數(shù)測量達到0.05%以上,計量精度和科學儀器達到的精度更是與時俱進。以提高測量的靈敏度來說更是向單個粒子、分子、原子級發(fā)展。提高測量速度(響應速度),靜態(tài)0.1~0.2ms,動態(tài)為Lμs。提高可靠性,一般要求為2~5萬小時,高可靠要求25萬小時。穩(wěn)定性(年變化)<0.05%(高精度儀器)或<0.1%(一般儀器)。此外還不斷提高產(chǎn)品環(huán)境適應性。

②zui先應用新的科學研究成果,技術大量采用
 

 

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