1現(xiàn)代儀表的發(fā)展特點(diǎn)

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

　　(1)煤質(zhì)分析設(shè)備技術(shù)指標(biāo)被不斷提高

　　更快、更高、更強(qiáng)是儀器儀表永遠(yuǎn)的追求。以儀器儀表的電壓測(cè)量控制范圍來(lái)講，現(xiàn)代煤質(zhì)分析儀表的測(cè)控范圍可達(dá)納伏~百萬(wàn)伏;以測(cè)量精度指標(biāo)來(lái)說(shuō)，工業(yè)參數(shù)測(cè)量已提高至0.

　　02以上，航空航天參數(shù)測(cè)量則更高達(dá)到0.05以上，計(jì)量精度和科學(xué)儀器達(dá)到的精度更是與時(shí)俱進(jìn)。

　　以煤質(zhì)檢測(cè)儀器儀表可靠性的提高來(lái)講，一般要求為25萬(wàn)小時(shí)，高者則可靠要求25萬(wàn)小時(shí)。由以上數(shù)據(jù)足見(jiàn)煤炭分析設(shè)備儀器儀表技術(shù)指標(biāo)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(cè)控范圍向立體化、全球化擴(kuò)展，控制方式向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展隨著測(cè)量控制儀器儀表所測(cè)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(cè)控裝置已不再呈單個(gè)裝置形式，而是向著測(cè)控裝置系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。例如在一些大型水電站的測(cè)控系統(tǒng)中，僅檢測(cè)大壩安全性的傳感器就多達(dá)數(shù)千個(gè)，此外，各個(gè)發(fā)電機(jī)組狀態(tài)及水位情況的檢測(cè)控制點(diǎn)更是超過(guò)萬(wàn)個(gè)以上，要保證大型水電站的正常發(fā)電和送電，必須將各個(gè)測(cè)控點(diǎn)的測(cè)控裝置形成網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)和有機(jī)的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。而對(duì)于象衛(wèi)星測(cè)控系統(tǒng)這樣的高精尖領(lǐng)域，無(wú)論是傳感器的數(shù)量還是測(cè)控裝置的構(gòu)成就更加系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)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(yùn)算速度越來(lái)越快，且價(jià)格越來(lái)越低，目前，已被廣泛應(yīng)用于儀器儀表當(dāng)中，這使一些實(shí)時(shí)性要求很高，原本只能由硬件完成的功能，現(xiàn)在可以通過(guò)軟件方法實(shí)現(xiàn)。甚至許多原來(lái)用硬件電路難以解決或根本無(wú)法解決的問(wèn)題，也可以采用軟件技術(shù)很好地解決。特別是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展和高速數(shù)字信號(hào)處理器的廣泛采用，更極大地增強(qiáng)了儀器的信號(hào)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(jì)算機(jī)及專(zhuān)家系統(tǒng)等信息技術(shù)在測(cè)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(chǎng)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(shè)計(jì)時(shí)就要確定，而是可以在儀器使用的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)置入和動(dòng)

　　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(lái)越表現(xiàn)出柔性化和智能化，適應(yīng)性將越來(lái)越強(qiáng)，功能也越來(lái)越豐富。從目前已出現(xiàn)的芯片式儀器儀表、芯片實(shí)驗(yàn)室等看，單個(gè)裝置的微型化和智能化將是長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)。

　　(5)硬件平臺(tái)通用化現(xiàn)代儀器儀表越來(lái)越強(qiáng)調(diào)軟件的作用，在一個(gè)通用的硬件平臺(tái)上，通過(guò)調(diào)用不同的軟件來(lái)擴(kuò)展或組成各種功能的儀器或系統(tǒng)。

　　通常一臺(tái)儀器大致可分解為三個(gè)組成部分：數(shù)據(jù)的采集;數(shù)據(jù)的分析與處理;存儲(chǔ)、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(lèi)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(lái)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(guò)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(gè)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(lái)越高，體積越來(lái)越小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，功能也越來(lái)越強(qiáng)大，進(jìn)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(jiǎn)潔，而且根據(jù)需要可靈活進(jìn)行功能的擴(kuò)充。

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

　　而檢測(cè)儀器的現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)時(shí)在線化，特別是家庭和個(gè)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(diǎn)和趨勢(shì)，各類(lèi)儀器儀表在按上述特點(diǎn)發(fā)展的同時(shí)也表現(xiàn)出不同發(fā)展方向，并且今后將會(huì)向著如下方向發(fā)展：

　　(1)工業(yè)自動(dòng)化儀表其發(fā)展重點(diǎn)將是基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的主控系統(tǒng)裝置及智能化儀表、特種和專(zhuān)用自動(dòng)化儀表。將過(guò)去需要多臺(tái)變送器多個(gè)任務(wù)系統(tǒng)共同完成的工作由一臺(tái)智能化儀表來(lái)完成，并且具有自診斷、自校正、自動(dòng)維護(hù)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(chǎng)處理對(duì)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(yīng)用日益廣泛，推進(jìn)了工業(yè)儀器儀表的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程，今后將逐步完成自動(dòng)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(shí)現(xiàn)電磁測(cè)量過(guò)程中所需技術(shù)工具的總稱(chēng)。按測(cè)量對(duì)象不同可分為電流表、電壓表、功率表、電度表、歐姆表等。這類(lèi)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(huì)從儀表的長(zhǎng)壽命、數(shù)字化以及便攜式和低能耗等方面進(jìn)一步增強(qiáng)其功能，另外，一些特種專(zhuān)用電測(cè)儀表和電網(wǎng)計(jì)量自動(dòng)管理系統(tǒng)的發(fā)展也會(huì)使上述儀表的使用和管理更加方便。

　　(3)科學(xué)測(cè)試儀器尤其是煤質(zhì)分析儀器面對(duì)資源短缺，水資源危機(jī)、生態(tài)環(huán)境惡劣的嚴(yán)峻局面，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展，必須加強(qiáng)生命科學(xué)、食品安全、環(huán)境保護(hù)、公共安全(包括反恐、反毒)、商品質(zhì)檢、臨床醫(yī)學(xué)、醫(yī)藥科學(xué)等領(lǐng)域的研究和發(fā)展，因此，科學(xué)測(cè)試儀器的發(fā)展將主要滿足這些領(lǐng)域的未來(lái)需求，今后的發(fā)展也以上述領(lǐng)域?yàn)橹攸c(diǎn)，不斷涌現(xiàn)出過(guò)程分析儀器、環(huán)保監(jiān)測(cè)儀器儀表、工業(yè)爐窯節(jié)能分析儀器以及工業(yè)、汽車(chē)排放檢測(cè)儀、大地測(cè)量?jī)x、電

　　子速測(cè)儀、測(cè)量型全球定位系統(tǒng)以及其他實(shí)驗(yàn)機(jī)、實(shí)驗(yàn)室儀器等新產(chǎn)品。

　　(4)各類(lèi)專(zhuān)用儀器這類(lèi)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(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的專(zhuān)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(shì)，本文僅以環(huán)保儀器儀表和分析化學(xué)儀器為例對(duì)其發(fā)展方向作一簡(jiǎn)要說(shuō)明。環(huán)保儀器儀表：隨著全球性水資源的缺乏以及人類(lèi)生態(tài)環(huán)境的惡化，國(guó)際社會(huì)以及我國(guó)都越來(lái)越注重加強(qiáng)對(duì)生存環(huán)境的保護(hù)，其中對(duì)大氣環(huán)境、水環(huán)境、土壤環(huán)境的環(huán)保監(jiān)測(cè)是重中之中，因此，相應(yīng)的環(huán)保自動(dòng)化檢測(cè)與控制儀表是今后發(fā)展的重點(diǎn)方向;分析化學(xué)儀器：分析化學(xué)的突破將促進(jìn)生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、新材料科學(xué)及制藥工業(yè)的實(shí)質(zhì)性發(fā)展，其水平高低極大地影響國(guó)際貿(mào)易、醫(yī)藥和食品安全及其標(biāo)準(zhǔn)制定，分析檢測(cè)直接影響到工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制和產(chǎn)品的質(zhì)量，能從多方面拉動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。這是中科院有關(guān)專(zhuān)家的感言。

　　隨著生命、環(huán)境、新材料科學(xué)的發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)、光學(xué)、微加工、數(shù)據(jù)處理和模擬技術(shù)的引入，分析化學(xué)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。但總體上與國(guó)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(yīng)用方面的差距更為明顯。今后應(yīng)重點(diǎn)研究的方向包括：高通量分析，即在單位時(shí)間內(nèi)可分析測(cè)試大量的樣品;極端條件分析，其中單分子單細(xì)胞分析與操縱為目前熱門(mén)的課題;在線、實(shí)時(shí)、現(xiàn)場(chǎng)或原位分析，即從樣品采集到數(shù)據(jù)輸出，實(shí)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(bǔ)充，從而完成更復(fù)雜的分析任務(wù)。

　　(5)醫(yī)療儀器：在先進(jìn)科技的推動(dòng)下，醫(yī)療儀器相關(guān)技術(shù)日新月異，納米機(jī)械元件、隨身佩戴式化學(xué)感測(cè)器、居家保健應(yīng)用醫(yī)療器材等已成為未來(lái)醫(yī)療儀器的代表產(chǎn)品。美國(guó)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(xué)感測(cè)器。這類(lèi)化學(xué)感測(cè)器的主要構(gòu)造非常精密，包含超細(xì)具納米級(jí)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(diǎn)狀化學(xué)接收器�？捎迷诙嘣獞�(yīng)用領(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(gè)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(cè)器除了可檢測(cè)特定癌癥產(chǎn)生的蛋白質(zhì)外，還可檢測(cè)藥品臨床實(shí)驗(yàn)的功效，是一種能辨視蛋白質(zhì)且具即時(shí)感測(cè)功能的偵測(cè)器。醫(yī)療儀器在朝著微型化方向發(fā)展的同時(shí)也會(huì)重點(diǎn)發(fā)展醫(yī)用光學(xué)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(kāi)放式超導(dǎo)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(jì)80年代以來(lái)，在世界范圍內(nèi)，利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)了一批新型傳感器、新型功能材料。由于在制造中引進(jìn)了微細(xì)加工技術(shù)與現(xiàn)代集成技術(shù)等先進(jìn)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(jī)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(dǎo)、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(kāi)發(fā)新材料、采用新工藝。發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)和生物效應(yīng)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(gè)重要基礎(chǔ)。例如控制半導(dǎo)體氧化物的成分，可以制造出各種氣體傳感器;光導(dǎo)纖維是傳感器功能材料的一個(gè)重大

　　發(fā)現(xiàn);有機(jī)材料作為功能材料正引起國(guó)內(nèi)外科學(xué)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(jìn)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(gè)芯片上集成多種功能敏感元件或同一功能的多個(gè)敏感元件。智能傳感器是一種帶微型計(jì)算機(jī)兼有檢測(cè)、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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，用軟件解決硬件難于解決的問(wèn)題，完成數(shù)據(jù)計(jì)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(jué)器官的傳感器，即視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)等。目前，只有視覺(jué)傳感器與觸覺(jué)傳感器解決得比較好，其他幾種遠(yuǎn)不能滿足機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的需求。

　　3結(jié)語(yǔ)

　　縱觀儀器儀表的發(fā)展呈現(xiàn)出來(lái)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(diǎn)，同時(shí)，對(duì)于不同類(lèi)別的儀器儀表根據(jù)所處領(lǐng)域和應(yīng)用場(chǎng)合的不同也具有不同的發(fā)展方向，在今后儀表的研究、設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中，我們應(yīng)該根據(jù)其特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)因勢(shì)利導(dǎo)，促進(jìn)我國(guó)儀器儀表的健康快速發(fā)展。