1現(xiàn)代儀表的發(fā)展特點

　　隨著計算機、微電子等技術(shù)的迅猛發(fā)展，各類煤質(zhì)儀器儀表的發(fā)展也極為迅速，縱觀國內(nèi)外煤質(zhì)分析儀器儀表的發(fā)展，具有以下特點：

　　(1)煤質(zhì)分析設備技術(shù)指標被不斷提高

　　更快、更高、更強是儀器儀表永遠的追求。以儀器儀表的電壓測量控制范圍來講，現(xiàn)代煤質(zhì)分析儀表的測控范圍可達納伏~百萬伏;以測量精度指標來說，工業(yè)參數(shù)測量已提高至0.

　　02以上，航空航天參數(shù)測量則更高達到0.05以上，計量精度和科學儀器達到的精度更是與時俱進。

　　以煤質(zhì)檢測儀器儀表可靠性的提高來講，一般要求為25萬小時，高者則可靠要求25萬小時。由以上數(shù)據(jù)足見煤炭分析設備儀器儀表技術(shù)指標正在被不斷提高。

　　(2)高新技術(shù)被不斷采用

　　工欲善其事，必先利其器，新的科研成果及大量高新技術(shù)的采用使現(xiàn)代儀器儀表不僅本身處于高新技術(shù)產(chǎn)品的行列，而且利用新原理、新概念、新技術(shù)、新材料和新工藝等最新科技成果集成的裝置和系統(tǒng)也層出不窮。

　　(3)測控范圍向立體化、全球化擴展，控制方式向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化發(fā)展隨著測量控制儀器儀表所測控的區(qū)域不斷向立體化、全球化甚至星球化發(fā)展，儀器儀表和測控裝置已不再呈單個裝置形式，而是向著測控裝置系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展。例如在一些大型水電站的測控系統(tǒng)中，僅檢測大壩安全性的傳感器就多達數(shù)千個，此外，各個發(fā)電機組狀態(tài)及水位情況的檢測控制點更是超過萬個以上，要保證大型水電站的正常發(fā)電和送電，必須將各個測控點的測控裝置形成網(wǎng)絡化結(jié)構(gòu)和有機的測控網(wǎng)絡系統(tǒng)。而對于象衛(wèi)星測控系統(tǒng)這樣的高精尖領(lǐng)域，無論是傳感器的數(shù)量還是測控裝置的構(gòu)成就更加系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化。

　　(4)硬件功能軟件化、功能向著智能化方向發(fā)展

　　隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微處理器的運算速度越來越快，且價格越來越低，目前，已被廣泛應用于儀器儀表當中，這使一些實時性要求很高，原本只能由硬件完成的功能，現(xiàn)在可以通過軟件方法實現(xiàn)。甚至許多原來用硬件電路難以解決或根本無法解決的問題，也可以采用軟件技術(shù)很好地解決。特別是數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展和高速數(shù)字信號處理器的廣泛采用，更極大地增強了儀器的信號處理能力。

　　隨著微控制技術(shù)、嵌入式技術(shù)的發(fā)展，以及大量新型傳感器、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路、計算機及專家系統(tǒng)等信息技術(shù)在測量控制儀器儀表中的采用，使得儀器儀表不斷向著微型化、智能化方向發(fā)展，例如，隨著各種現(xiàn)場可編程器件和在線編程技術(shù)的發(fā)展，儀器儀表的參數(shù)甚至結(jié)構(gòu)不必在設計時就要確定，而是可以在儀器使用的現(xiàn)場實時置入和動

　　態(tài)修改。即：煤質(zhì)儀器儀表不再是功能單一、結(jié)構(gòu)固定不變，而是越來越表現(xiàn)出柔性化和智能化，適應性將越來越強，功能也越來越豐富。從目前已出現(xiàn)的芯片式儀器儀表、芯片實驗室等看，單個裝置的微型化和智能化將是長期發(fā)展趨勢。

　　(5)硬件平臺通用化現(xiàn)代儀器儀表越來越強調(diào)軟件的作用，在一個通用的硬件平臺上，通過調(diào)用不同的軟件來擴展或組成各種功能的儀器或系統(tǒng)。

　　通常一臺儀器大致可分解為三個組成部分：數(shù)據(jù)的采集;數(shù)據(jù)的分析與處理;存儲、顯示或輸出。傳統(tǒng)的儀器根據(jù)儀器功能的不同由廠家將上述三類功能部件按固定的方式組建，其結(jié)構(gòu)固定且功能只有一種或數(shù)種，而現(xiàn)代越來越多的儀器由上述一種或多種功能的通用硬件模塊組成，通過編制不同的軟件可構(gòu)成不同功能的儀器。

　　(6)微型、便攜式、集成化以及個性化儀器儀表正大量涌現(xiàn)大規(guī)模集成工藝的發(fā)展，使集成電路的密度越來越高，體積越來越小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越復雜，功能也越來越強大，進而使得儀器儀表的集成度大為提高。另外，模塊化功能硬件使得儀器儀表更加靈活，儀器硬件的組成更加簡潔，而且根據(jù)需要可靈活進行功能的擴充。

　　隨著生產(chǎn)發(fā)展以及生活水平的提高，人們對自己的生活質(zhì)量和健康水平日益關(guān)注，檢測與人們生活密切相關(guān)的各類商品、食品質(zhì)量的儀器儀表，預防和治療疾病的各種醫(yī)療儀器也今后發(fā)展的一個重要趨勢。

　　而檢測儀器的現(xiàn)場、實時在線化，特別是家庭和個人使用的健康狀況和疾病警示儀器儀表將有較大發(fā)展。

　　2現(xiàn)代儀表今后的發(fā)展方向

　　縱觀現(xiàn)代儀表所呈現(xiàn)出的上述發(fā)展特點和趨勢，各類儀器儀表在按上述特點發(fā)展的同時也表現(xiàn)出不同發(fā)展方向，并且今后將會向著如下方向發(fā)展：

　　(1)工業(yè)自動化儀表其發(fā)展重點將是基于現(xiàn)場總線技術(shù)的主控系統(tǒng)裝置及智能化儀表、特種和專用自動化儀表。將過去需要多臺變送器多個任務系統(tǒng)共同完成的工作由一臺智能化儀表來完成，并且具有自診斷、自校正、自動維護等多種智能化功能。另外，隨著數(shù)字處理技術(shù)的快速發(fā)展，以及工業(yè)現(xiàn)場處理對控制速度和精度要求的提高，數(shù)字技術(shù)在工業(yè)儀表中的應用日益廣泛，推進了工業(yè)儀器儀表的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化進程，今后將逐步完成自動控制儀表從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變。

　　(2)電工儀器儀表電工儀表是實現(xiàn)電磁測量過程中所需技術(shù)工具的總稱。按測量對象不同可分為電流表、電壓表、功率表、電度表、歐姆表等。這類儀表的工作原理大多基于磁電轉(zhuǎn)換原理構(gòu)成，目前已發(fā)展的比較完善，今后將會從儀表的長壽命、數(shù)字化以及便攜式和低能耗等方面進一步增強其功能，另外，一些特種專用電測儀表和電網(wǎng)計量自動管理系統(tǒng)的發(fā)展也會使上述儀表的使用和管理更加方便。

　　(3)科學測試儀器尤其是煤質(zhì)分析儀器面對資源短缺，水資源危機、生態(tài)環(huán)境惡劣的嚴峻局面，為了實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展，必須加強生命科學、食品安全、環(huán)境保護、公共安全(包括反恐、反毒)、商品質(zhì)檢、臨床醫(yī)學、醫(yī)藥科學等領(lǐng)域的研究和發(fā)展，因此，科學測試儀器的發(fā)展將主要滿足這些領(lǐng)域的未來需求，今后的發(fā)展也以上述領(lǐng)域為重點，不斷涌現(xiàn)出過程分析儀器、環(huán)保監(jiān)測儀器儀表、工業(yè)爐窯節(jié)能分析儀器以及工業(yè)、汽車排放檢測儀、大地測量儀、電

　　子速測儀、測量型全球定位系統(tǒng)以及其他實驗機、實驗室儀器等新產(chǎn)品。

　　(4)各類專用儀器這類儀表指在環(huán)境、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)域應用的專用儀器。這些儀表根據(jù)其所在領(lǐng)域的不同具有不同的發(fā)展趨勢，本文僅以環(huán)保儀器儀表和分析化學儀器為例對其發(fā)展方向作一簡要說明。環(huán)保儀器儀表：隨著全球性水資源的缺乏以及人類生態(tài)環(huán)境的惡化，國際社會以及我國都越來越注重加強對生存環(huán)境的保護，其中對大氣環(huán)境、水環(huán)境、土壤環(huán)境的環(huán)保監(jiān)測是重中之中，因此，相應的環(huán)保自動化檢測與控制儀表是今后發(fā)展的重點方向;分析化學儀器：分析化學的突破將促進生命科學、環(huán)境科學、新材料科學及制藥工業(yè)的實質(zhì)性發(fā)展，其水平高低極大地影響國際貿(mào)易、醫(yī)藥和食品安全及其標準制定，分析檢測直接影響到工業(yè)生產(chǎn)過程控制和產(chǎn)品的質(zhì)量，能從多方面拉動國家經(jīng)濟的發(fā)展。這是中科院有關(guān)專家的感言。

　　隨著生命、環(huán)境、新材料科學的發(fā)展，以及計算機、光學、微加工、數(shù)據(jù)處理和模擬技術(shù)的引入，分析化學進入了一個新的階段。但總體上與國際水平仍有較大的差距，特別是在新技術(shù)、新方法和新儀器的研究和應用方面的差距更為明顯。今后應重點研究的方向包括：高通量分析，即在單位時間內(nèi)可分析測試大量的樣品;極端條件分析，其中單分子單細胞分析與操縱為目前熱門的課題;在線、實時、現(xiàn)場或原位分析，即從樣品采集到數(shù)據(jù)輸出，實現(xiàn)快速的或一條龍的分析;聯(lián)用技術(shù)，即將兩種(或兩種以上)分析技術(shù)聯(lián)接，互相補充，從而完成更復雜的分析任務。

　　(5)醫(yī)療儀器：在先進科技的推動下，醫(yī)療儀器相關(guān)技術(shù)日新月異，納米機械元件、隨身佩戴式化學感測器、居家保健應用醫(yī)療器材等已成為未來醫(yī)療儀器的代表產(chǎn)品。美國的前瞻科技已發(fā)展出一種體積小、可攜式、并可像徽章一般隨身佩戴的化學感測器。這類化學感測器的主要構(gòu)造非常精密，包含超細具納米級皺紋的金質(zhì)底片，金質(zhì)底片的表面布滿覆有超薄液態(tài)晶體的點狀化學接收器�？捎迷诙嘣獞妙I(lǐng)域中，包含軍事、醫(yī)療、食品及工業(yè)安全等用途。其最難得的技術(shù)則屬把所有技術(shù)集中于體積微小的個人用產(chǎn)品上，如貼片或徽章般可隨身使用的物件。這種微小化感測器除了可檢測特定癌癥產(chǎn)生的蛋白質(zhì)外，還可檢測藥品臨床實驗的功效，是一種能辨視蛋白質(zhì)且具即時感測功能的偵測器。醫(yī)療儀器在朝著微型化方向發(fā)展的同時也會重點發(fā)展醫(yī)用光學儀器、以數(shù)字成像、高檔黑白超、彩超、彩超換能器為研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)的超聲醫(yī)用儀器、X線圖像處理系統(tǒng)、開放式超導型核磁共振系統(tǒng)等大型醫(yī)療儀器和臨床信息系統(tǒng)、高能智能化腫瘤治療大型儀器系統(tǒng)。

　　(6)傳感器20世紀80年代以來，在世界范圍內(nèi)，利用現(xiàn)代科學技術(shù)研究開發(fā)了一批新型傳感器、新型功能材料。由于在制造中引進了微細加工技術(shù)與現(xiàn)代集成技術(shù)等先進工藝使得傳感器技術(shù)得到飛速發(fā)展。目前，新型傳感器主要包括光纖、固態(tài)圖像、紅外、生物、機器人、氣體、濕度、非晶態(tài)合金、智能、微波、和其他新型傳感器(如超導、液晶、射線式、聲傳感器)等。

　　其主要研究和發(fā)展方向有如下方面：

　　發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、開發(fā)新材料、采用新工藝。發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象、化學反應和生物效應等新現(xiàn)象是發(fā)現(xiàn)新型傳感器的基礎(chǔ)。功能材料是發(fā)展新型傳感器的另一個重要基礎(chǔ)。例如控制半導體氧化物的成分，可以制造出各種氣體傳感器;光導纖維是傳感器功能材料的一個重大

　　發(fā)現(xiàn);有機材料作為功能材料正引起國內(nèi)外科學家的極大關(guān)注。傳感器的敏感元件除了由其功能材料決定外，還與其加工工藝有關(guān)。許多現(xiàn)代先進技術(shù)引入到傳感器的制造技術(shù)，例如集成、離子注入、薄膜技術(shù)等。

　　研究多功能集成傳感器和智能式傳感器。多功能集成傳感器是在一個芯片上集成多種功能敏感元件或同一功能的多個敏感元件。智能傳感器是一種帶微型計算機兼有檢測、判斷、信息處理等功能的傳感器。它可以確定傳感器的工作狀態(tài)，對數(shù)據(jù)進行修正，用軟件解決硬件難于解決的問題，完成數(shù)據(jù)計算與處理工作等。

　　研究仿生傳感器。仿生傳感器是模仿人的感覺器官的傳感器，即視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺等。目前，只有視覺傳感器與觸覺傳感器解決得比較好，其他幾種遠不能滿足機器人技術(shù)發(fā)展的需求。

　　3結(jié)語

　　縱觀儀器儀表的發(fā)展呈現(xiàn)出來高、精、尖的發(fā)展方向和微型化、集成化、智能化、系統(tǒng)化、多功能化等等特點，同時，對于不同類別的儀器儀表根據(jù)所處領(lǐng)域和應用場合的不同也具有不同的發(fā)展方向，在今后儀表的研究、設計和使用過程中，我們應該根據(jù)其特點和發(fā)展趨勢因勢利導，促進我國儀器儀表的健康快速發(fā)展。