浅析国内外仪器仪表的发展趋势

【摘 要】本文简要概述了仪器仪表发展概况及当今国内外仪器仪表的发展趋势。

【关键词】仪器仪表；国内；国外；发展趋势

综观科学上的重大发现，往往是由于新的观测手段的发明而开展起来的。以物理学诺贝尔奖金获得者为例，百分之五十的工作是得益于新的仪器或测试手段的发明创造。仪器仪表也是实现信息的获取、转换、存贮、处理和揭示物质运动的必备工具，仪器仪表装备水平在很大程度上反映出一个国家的生产力发展和现代化水平。

1 仪器仪表发展概况

50年代初期，仪器仪表取得了重大突破，数字技术的出现使各种数字仪器得以问世，把模拟仪器的精度、分辨力与测量速度提高了几个量级，为实现测试自动化打下了良好的基础。

60年代中期，测量技术又一次取得了进展，计算机的引入，使仪器的功能发生了质的变化，从个别电量的测量转变成测量整个系统的特征参数，从单纯的接收、显示转变为控制、分析、处理、计算与显示输出，从用单个仪器进行测量转变成用测量系统进行测量。

70年代，计算机技术在仪器仪表中的进一步渗透，使电子仪器在传统的时域与频域之外，又出现了数据域（Data domain）测试。

80年代，由于微处理器被用到仪器中，仪器前面板开始朝键盘化方向发展，过去直观的用于调节时基或幅度的旋转度盘，选择电压电流等量程或功能的滑动开关，通、断开关键已经消失。测量系统的主要模式，是采用机柜形式，全部通过IEEE-488总线送到一个控制器上。测试时，可用丰富的BASIC语言程序来高速测试。不同于传统独立仪器模式的个人仪器（Personal instrument）已经得到了发展。

90年代，仪器仪表与测量科学进一步取得重大的突破性进展。这个进展的主要标志是仪器仪表智能化程度的提高。突出表现在以下几个方面。

1.1 微电子技术的进步将更深刻地影响仪器仪表的设计；

1.2 DSP芯片的大量问世，使仪器仪表数字信号处理功能大大加强；

1.3 微型机的发展，使仪器仪表具有更强的数据处理能力；

1.4 图像处理功能的增加十分普遍；

1.5 VXI总线得到广泛的应用。

2 国内仪器仪表水平及发展趋势

仪器仪表行业整体综合技术水平达到国际80年代中期水平，微电子技术和计算机技术在仪器仪表产品中普遍采用，约15％的产品实现了智能化，达到国际90年代水平；30％的产品实现了数字化，达到国际80年代末期水平。综合服务能力显著提：可以承接30万－60万千瓦火电站、核电站、30万吨合成氨、120吨转炉、日产30 万立方米城市煤气站工程、成套大型炉窑等大型工程成套控制项目。

大类产品满足需要程度：中高档科学测试仪器国内市场满足率为30％，中低档科学仪器满足率65％；生产过程测量控制仪表及系统产品在大型工程项目中的品种满足率达50％，中小型工程达70％。进口产品往往是科研、生产所需的重大、关键设备，技术含量大，附加值高。

产业从无到有、从小到大、初步形成了门类比较齐全的仪器仪表生产、科研、营销体系。建成了一批科研开发机构(其中机械系统的仪器仪表专业科研所20家，国家级工程研究中心3家、企业技术中心5家，国家级产品质量检测中心9家)；培养了一批专业的经营、管理、技术人才。特别是部分中低档产品形成了自己的优势和特色各种数字万用表、电度表、水表、煤气表、水准仪、中低档光学显微镜、望远镜等产量世界前列，在基本满足国内需要的同时，大量出口。

通过科技攻关、联合开发、合资合作和引进技术消化吸收国产化等多种形式，使我国仪器仪表行业部分中高档主导产品缩小了与国际先进水平的差距，并形成生产能力。自主开发的主要产品包括中小型DCS、现场总线智能仪表、总线式测试系统、汽车专用检测试验设备、超声诊断仪器、微波等离子光谱、新型扩散硅敏感元件等，引进技术国产化的主要产品有记录仪、精小型调节阀、新型变送器、光谱、色谱、扫描电镜、水质分析仪、专用复合材料等；合资合作的主要产品有大型DCS、EJA、流量计、电子经纬仪、动平衡试验机、高低温试验仪器等。

一批国有、集体、民营、三资企业和科研院所通过市场竞争，在行业中脱颖而出，并显现出良好发展势头和后劲，已形成主导、核心力量。

3 国外科技目前水平及发展趋势

3.1 数字化、智能化

由于微电子技术的进步，仪器仪表产品进一步与微处理器、PC技术融合，仪器仪表的数字化、智能化水平不断得到提高。以美国德州仪器公司提出的“DSPS”概念为例，以DSP芯片为核心，配合先进的混合信号电路、ASIC电路、 元件及开发工具等提供整个应用系统的解决方案。

仪器仪表中采用了大量的超大规模集成(VLSI)的新器件、表面贴装技术(SMT)、多层线路板印刷、圆片规模集成(WSI)和多芯片模块(MCM)等新工艺，CAD、CAM、CAPP 、CAT等计算机辅助手段，使多媒体技术、人机交互、模糊控制、 人工神经元网络等新技术在现代仪器仪表中得到了广泛应用。

3.2 网络化

当前国际上现场总线与智能仪表的发展呈现多种总线及其仪表共存发展的局面。HART、FF、Profibus、Lonworks、WorldFIP、CAN 等总线都从应用于某一领域不断向其他领域扩展。

多种智能化仪器仪表已陆续推向市场，仪器仪表正经历着深刻的智能化变革。集成测试系统也走向了网络化，各台仪器之间通过GPIB总线、VXI总线相连。

3.3 微型化

MEMS是80年代中末期发达国家重点发展的领域之一，被视为21世纪广泛应用的新技术。被列为美国“对国家安全及繁荣有重大影响”的22项重大技术之一的传感器及信号处理技术，主要是依托微型化技术。应用MEMS技术的微型仪器仪表被称为芯片上的仪器仪表，MEMS产品包括汽车加速计，压力、化学、流量传器、微光谱仪等产品，广泛应用于环境科学、航天、生物医疗、汽车工业、军事、工业控制等领域。

MEMS产品在国外发达国家已产业化，年增长率高达10％－20％，预计2001年MEMS产品将形成高于80亿美元的潜在市场。美国德州仪器、罗斯蒙特、德国Karlsruhe研究中心、摩托罗拉公司等产品已广泛应用了该技术。

国际市场的仪器仪表在技术上向数字化、智能化、网络化、微型化发展，也可分类描述为：科学测试仪器正由单台智能化逐步走向通用模件化并实现即插即用，灵活方便地组成针对不同对象的自动测试系统；难于实现网络化的大型科学仪器，向更高的测量精度、高可靠性和环境适应性方向发展，其使用的自动化水平不断提高，并普遍具有自补偿、自诊断、故障处理等智能化功能。

参考文献：

[1]王锦标. 现场总线和现场总线控制系统[J]化工自动化及仪表, 1997,(02) .

[2]华建. 我国六大工程机械发展趋势[N]. 现代物流报, 2005, (2005-07-18)

[3]黄琦. 新一代智能仪表[D]浙江大学, 2006 .

[4]王静. 自动化仪表网络化实现技术研究[D]西安电子科技大学, 2009 .

[5]王平. 浅探智能仪器及其发展趋势[J]硅谷, 2010,(04) .