分析儀器儀表技術的發展趨向

周宇博

摘要： 隨著電子信息技術的發展，各種實用控制技術已全面滲透到現代工業、農業、服務業的各個領域，越來越多的控制技術在走融合的道路，測控設備的發展也是越來越快，技術更新日新月異。基于此，本文針對儀器、儀表技術的發展趨勢進行了分析，提出了儀器儀表技術存在的問題，并闡述了當前我國儀器儀表技術發展的特點，包括硬件功能軟件化、集成化，參數整定修改實時化，硬件平臺通用化等。此外，還闡述了儀器儀表技術的發展趨勢，主要有分析儀器、精密檢測儀器、光子成像儀器、光譜分析儀器等。

關鍵詞： 儀器儀表技術；發展趨勢；分析

引言

我國儀器儀表行業發展速度極快，在機械工業的13個行業當中，儀器儀表并不屬于最發達的行業，但其在進口逆差中是變化最大的一個。儀器儀表發展包含納米級精密機械的研究，也存在分子層次的現代化學研究成果等。這些內容的研究促使儀器儀表領域產生了重大變革。目前，我國電度表的生產量已經占據全世界的50%，我國已經成為電度表、顯微鏡、望遠鏡、光學元件、水表等的生產和出口大國，在集裝箱設備等高檔產品的出口方面已經取得了極大的突破。

1 儀器儀表存在的技術問題

我國儀器儀表市場的競爭和發展受到國外儀器、儀表的沖擊，對此，我國儀器儀表發展要做到以下幾點：①確保儀器、儀表技術和功能的穩定性；②科學地進行智能化儀器、儀表的研制以及配套技術，建立相應標準；③建立儀器、儀表繼承途徑，構建一定的兼容系統，在相應的智能化儀器儀表上實現以廉取勝。

2 儀器儀表技術的發展特點

2.1 硬件功能軟件化

隨著我國微電子技術的不斷發展，微處理器的速度逐漸提升，價格也越來越低，當前已經被廣泛應用在儀器儀表中，這就對實時性功能提出了更高的要求。以往，只能在硬件上完成的任務，現在能夠通過軟件完成，甚至有一些硬件電路不能解決的問題，也能夠通過軟件技術解決。同時，當前數字信號處理技術也得到了快速發展，高速數字信號處理器得到了廣大用戶的歡迎。

2.2 模塊化

模塊化功能屬于現代化儀器儀表中的重要內容，為儀器儀表的發展提供了強有力的支持。模塊化的使用促使儀器的運行更加靈活，使儀器中的硬件組成更加簡潔，比如，如果需要增加一定的測試功能，則僅需要增加少量的模塊化功能硬件，然后對相應硬件進行調控即可。此外，在對儀器儀表進行設計的過程中，因為實現了電子設計自動化，促使計算機輔助制造實現了電子設計自動化，出現了計算機輔助制造和計算機輔助測試等，所以高度集成化功能的實現為其模塊化提供了一定的技術條件。

2.3 參數整定修改實時化

隨著不同現場可編程器件以及在線編程技術的逐漸發展，相應儀器儀表中的參數被確定，不需要在系統設計時設定參數，可以在儀器使用現場進行實時設置，并對其進行動態修改。此外，還可針對相應參數或結構設計的靈活性進行修改，促使后期儀器儀表系統在不改變設備硬件的情況下，可通過系統軟件的升級和換代等方式得以運行，最終使整個系統不斷升級和更新換代。

2.4 硬件平臺通用化

對于智能化儀表而言，其高度重視軟件功能，選擇一個帶有一定共性的基本儀器硬件，便可以組成一個通用硬件平臺，進而對不同軟件進行調用，對不同功能的儀器或系統等實施科學擴展。在整個平臺的二次開發方面，由于儀器儀表所使用的通用接口具備多樣化的特點，可以使軟件的開發變得更加靈活多樣。

3 儀器儀表技術發展趨向

3.1 計算機技術對于儀器儀表智能化的推動

當今的計算機技術發展的非常迅速，計算機中央處理器的處理速度也在飛速的升級，很多科學家都認為計算機中央處理器在未來幾年將會發展的更加迅速。目前來看，計算機的處理能力發展趨勢主要有圖像信息、視頻信息以及寬帶信息這幾種，計算機的處理能力提升也著重在這幾方面進行提升。隨著計算機軟件系統和硬件的飛速革新和升級，儀表儀器智能化的發展必然會受到其非常大的影響。

另外，計算機的人機交互能力在這些年也得到了長足的發展，原始的人機交互是依靠文字和字符來進行交互，后來又可以通過多媒體信息來進行人機交互，目前可以發展到了通過虛擬現實的方式來進行人機交互。隨著虛擬現實交互信息方式的出現，通過這種在計算機中營造出的三維模擬現實環境，從根本上改變了人類以往的思維方式。隨著虛擬現實交互信息技術的普及和推廣，將會給儀表儀器智能化帶來非常大的推動作用。

3.2 微電子技術對于儀器儀表智能化的推動

微電子技術是從上個世紀七十年代開始發展的，到了九十年代，微電子技術已經進入了一個穩步提升的階段。目前來看，電子芯片的線寬已經達到了0.35亞微米到0.25亞微米。隨著線寬的逐漸縮小，以往的一個儀器儀表的機箱，如今都可以縮小到一塊芯片上。這種微電子技術的迅速發展，無疑會極大的推動儀表儀器智能化的發展。近些年來，微電子技術的發展速度已經大大超過了當初的預期，根據摩爾定律，在今后的十年當中，微電子技術還會得到更大的發展，并且發展速度更加迅猛。毫無疑問，微電子技術的大力發展必然會極大的推動儀器儀表智能化的發展。

當前來看，專用集成電路ASIC不管是在集成度方面還是在生產速度和價格方面都因為微電子技術的發展得到了極大的提升，這種提升對于儀器儀表智能化來說是具有極大意義的。目前這種ASIC，可以通過用戶來進行定制，從而利用CAD直接在芯片上制造最先進的儀器儀表智能化系統。這種儀器儀表的系統制作方式，不但用時短，并且設計間接，極大的提升了集成度。

另外，還有一種數字信號處理器DSP，這種處理器的發展速度非常迅速，目前已經成為了計算機硬件系統以及家電產品和網絡設備非常重要的組成部分，這種數字信號處理器目前也是儀器儀表的重要組成部件。隨著近些年DSP的迅速發展，其在運行速度上和體積上都得到了極大的升級，最新提出了DSPS概念，通過DSP技術與ASIC以及軟件開發工具等相結合，集成為一個新的系統。DSPS這種新概念的產生，無疑會對儀器儀表智能化產生非常大的推動效果。

3.3 人工智能技術對于儀器儀表智能化的推動

在上個世紀七十年代，隨著測試技術的大力發展，數學與測試技術進行融合，從而誕生了分析統計學。這種分析統計學不但可以設計合理的測量分析過程，同時可以進行處理巨大規模的信息。這種科學對于儀器儀表和人工智能相結合提供了前提條件。目前來看，人工智能技術屬于一種計算機程序，它可以通過積累的經驗與只是來進行具體行為的決策，并且擁有非常強大的處理問題能力。通過人工智能和數據庫的結合，人工智能可以賦予儀器儀表更加強大的功能，以往通過人工方式很難得到解決或者根本不能解決的問題，如今可以通過人工智能與儀表儀器相結合的方式很容易的來進行解決。從這一點上來看，人工智能對于儀表儀器智能化的發展是具有非常大的推動作用的。

結束語

我國儀器、儀表的發展與近代科學技術的進步密切聯系，特別是智能儀器的不斷更新對儀器儀表的發展造成了一定的影響。在這一背景下測控技術、計算機技術以及通信技術等構成了信息技術，這三者之間相互滲透、相互融合，促使智能儀器逐漸向著小型、輕量和多功能的方向發展。

參考文獻

[1]王雪，張莉.中國儀器儀表工程科技2035發展趨勢研究[J].中國工程科學，2017（1）：555-556.

[2]程仁杰，張玉瑩，何璇.儀器儀表技術的發展現狀與趨勢[J].中國石油和化工標準與質量，2017，37（8）：41-42.

[3]郭婷.儀器儀表的發展趨勢及相關技術[J].中國化工貿易，2013（7）：94-95.

[4]鄭軍.儀器儀表技術的發展趨勢分析[J].科技與創新，2017（7）：55-56.