现代测试计量技术及仪器的发展

摘要：本文主要阐述了测量技术和仪器的研究现状和现代测量技术存在的问题与差距，并提出了测量技术和仪器的发展机遇和趋势。

关键词：测试计量；仪器；发展；机遇；趋势

中图分类号： TH71 文献标识码： A 文章编号：

测量技术和仪器研究现状

1、从静态测量到动态测量

从非现场测量到现场在线静态测量使科学研究从定性科学走向定量科学，实现了人类认识的一次飞跃。现在乃至今后，各种运动状态下、制造过程中、物理化学反应进程中等动态物理量测量将越来越普及，促使测量方式由静态向动态的转变。现代制造业已呈现出和传统制造不同的设计理念、制造技术，测量已不仅仅是最终产品质量评定的手段，更重要的是为产品设计、制造服务，以及为制造过程提供完备的过程参数和环境参数，使产品设计、制造过程和检测手段充分集成，形成一体的具备自主感知一定内外环境参数（状态），并作相应调整的“智能制造系统”，要求测量技术从传统的非现场、事后测量，进入制造现场，参与到制造过程，实现现场在线测量。

2、从简单信息获取到多信息融合

传统的测量问题涉及的测量信息种类比较单一，现代测量信息系统则复杂得多，往往包括多种类型的被测量。信息量大，如大批量工业制造的在线测量，每天的测量数据高达几十万，又如产品数字化设计与制造过程中，包含了巨量数据信息。巨量信息的可靠、快速传输和高效管理以及如何消除各种被测量之间的相互干扰，从中挖掘多个测量信息融合后的目标信息将形成一个新兴的研究领域，即多信息融合。

3、几何量和非几何量集成

传统机械系统和制造中的测量问题，主要面对几何量测量。当前复杂机电系统功能扩大，精确度提高，系统性能涉及多种参数，测量问题已不仅限于几何量，而且，日益发展的微纳尺度下的系统与结构，其机械作用机理和通常尺度下的系统也有显著区别。为此，在测量领域，除几何量外，应当将其他机械工程研究中常用的物理量包括在内，如力学性能参数、功能参数等。

4、虚拟仪器技术获得了广泛应用

虚拟仪器（Virtual Instrument）是日益发展的计算机硬件、软件和总线技术在向其他技术领域密集渗透的过程中，与测试技术、仪器技术密切结合，共同孕育出的一项全新成果，其核心是：以计算机作为仪器统一的硬件平台，充分利用计算机独具的运算、大容量存储、回放、调用、显示以及文件管理等智能化功能，同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机结合起来融为一体，从而构成一台外观与传统硬件仪器相同，功能得到显著加强，充分享用计算机智能资源的全新仪器系统。

二、现代测量技术存在的问题与差距

1、技术创新重视不够，自主创新能力较差

在已有的主流计量测试技术及仪器设备中，很少有我们自己的原创技术。诚然，和其他学科类似，原创涉及理论基础和行业积累，长期以来我国和工业发达国家在制造技术上的差距，相当程度上影响了计量测试技术的研发能力，但不可否认的是，对计量测试技术的作用和地位认识不充分、研究力度和资金投入不足、研究工作不扎实、急功近利、只重数量不重质量、不重视工程应用等因素，也直接促成了当前研究缺乏活力的状况。

2、高端、高附加值测量仪器设备几乎空白

当前主流行业应用中的高端仪器设备，国内品牌被排斥在外。高端仪器有着很高的附加值和商业利润，常常是一只进口的便携式仪器箱容纳的设备价值超过100万RMB，甚至更多，而一套大型的国产仪器设备只有相对低廉的利润。高端仪器设备的高额利润建立在高技术含量的基础上，因为利润高，保证了后续研发有充足的资金投入，形成了良性循环。与此形成反差的是，国内建立在原材料和人力成本优势基础上的仪器设备，必然利润微薄，继而造成研发投入不足，严重制约着我国测试计量技术及仪器设备的进一步发展。

3、测量技术在理论上的薄弱

测试计量技术是面向工程应用的学科，推动学科发展的主要动力来源于应用需求，理论成果如无工程背景，不能解决工程应用中的测量问题，则意义和价值将大打折扣。况且，我国在测试计量理论上也很薄弱，近年来虽发表了大量的学术论文，出现了很多研究成果，高水平、实用性强的成果不够多，而较多的则是低水平重复。此外，由于行业原因，我国计量测量从业人员较少，业务素质整体水平不高，人才流失，尤其是高层次人才流失严重，也严重阻碍了学科的发展。

测量技术和仪器的发展机遇

1、利用计算机信息处理技术提供的同步平台，充分发挥其数据处理优势，实现基于大规模数据处理的测量原理和算法，以计算资源补偿机械系统性能，以数据处理成本降低机械硬件系统成本。例如新型的复杂功能测试系统、机器人测量机技术，可以充分利用计算机系统的巨大资源，在全工作空间，补偿机械系统的运动误差，在机械系统不变的情况下，显著提高测量测试精度和仪器功能。

2、充分借助新型器件的性能，降低测量技术及仪器设备对机械制造水平等的依赖，大幅提高和改善测量仪器设备性能。如采用高性能的数字成像器件作为传感器，配合合理的模型及解算方法就可以利用器件自身的精密制造工艺，设计无需精密机械结构的高精确度测量系统。

四、测量技术和仪器的发展趋势

当前的传感、测试计量和计测仪器在机械系统和制造过程中的作用和重要性较之过去有明显提高，已作为必须的组成部分参与到系统的功能中。

1、测试计量技术应该符合现代制造的要求。传统的制造系统中，制造和检测常常是分离的，测量环境和制造环境不一致，测量的目的是判断产品是否合格，测量信息对制造过程无直接影响。现代制造业已呈现出和传统制造不同的设计理念、制造技术，测量技术应当从传统的非现场、“事后”测量，进入制造现场，参与到制造过程，实现现场在线测量。现场、在线测量的共同问题包括非接触、快速测量传感器研制与开发、测量系统及其控制、测量设备与制造设备的集成几方面。近年来数字化测量的迅速发展为先进制造中的现场、非接触测量提供了有效解决方案，多尺寸视觉在线测量、数码柔性坐标测量、机器人测量机、三维形貌测量等数字化测量原理、技术与系统的研究取得了显著的研究成果，并获得成熟的工业应用。

2、微/纳米技术迅速发展

微/纳米技术作为当前发展最迅速，研究广泛、投入最多的科学技术之一，被认为是当前科技发展的重要前沿。在该科技中，微/纳米的超精密测量技术是代表性的研究领域，也是微/纳米科技得以发展的前提和基础。在微、 纳米测量领域，基础问题包括纳米计量、纳米测量系统理论与设计、微观形貌测量等方面，主要研究问题的方向为：基于扫描电子显微镜的精密纳米计量、微纳坐标测量机（分子测量机）、基于干涉的非接触微观形貌测量、基于原子晶格作刻度的X 射线干涉测量及其与光学干涉仪的组合原理、纳米测量系统设计理论和微纳尺寸测量条件的研究等。

3、发展超大尺寸测量和超大型设备

超大尺寸测量的主要任务是获取与评价大型和超大型装备与系统制造过程中机械特性和物理特性等信息，分析各影响制造性能的要素与机理，为提升制造能力与水平提供科学依据。在超大尺寸测量领域内的、共性基础问题包括距离测量原理、超大尺寸空间坐标测量、超大尺寸测量的现场溯源原理与方法。代表性研究方向和重要测量问题，如：大尺寸、高速跟踪坐标测量系统；车间范围空间定位系统（WPS）；GPS在超大机械系统中的应用关键技术；数字造船中结构尺寸、容积测量；飞机制造中形状尺寸测量；超大型电站装备和重机装备制造中的测量；面向大型尖端装备制造的超精密测量等。

五．结束语

在未来的测量及仪器的发展中，应重视基础研究，着力加大科研投入紧密联系工程应用，相信在不久的将来我国测试计量技术及相关领域定可获得快速的发展，为我国科学技术和国民经济的发展发挥更大的作用。

参考文献：

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