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学科前沿报告 测控技术与仪器班级：测控07-2姓名：李晓楠学号：03071444浅谈现代测控技术的发展状况及趋势内 容 摘 要 现代测控技术隶属于现代信息技术，是建立在计算机信息技术上的一门新型技术。21世纪的测控将是一个开放的系统概念，通过组建网络来形成实用测控系统，提高生产率和实现信息资源共享，已成为现代测控技术以及仪器仪表的发展方向。本文正是着重介绍现代测控技术的发展状况及发展趋势，分析国内的仪器仪表在未来几年的发展方向，并简要介绍几种测控新型技术在未来工业中的应用。关键词：测控技术 现场总线 网络化 计算机技术目 录一、测控技术与仪器专业简介·········································1（一）专业的重要性·················································1（二）专业特性·····················································1二、测控技术的发展现状·············································1（一）计算机技术对测控技术发展的作用·······························1（二）网络技术已成为测控技术的关键支撑·····························2（三）我国仪器仪表技术的发展现状···································3三、测控技术的发展趋势·············································3（一）现场总线测控系统·············································3（二）网络化虚拟测试系统···········································3（三）测控技术几个创新技术·········································3（四）我国仪器科技的发展趋势·······································4四、测控技术的优先领域及其应用·····································5五、结语···························································6参考文献 ··························································6一、测控技术与仪器专业简介测控技术是现代工业技术中的重要支柱，是解放和发展生产力、增强产品市场竞争力的可靠保证。目前，国内测控行业的整体水平和国外有着很大差距，国内测控行业和国外的差距主要表现在两个层面上: 一是在先进技术的研发上，另一个是成熟技术的应用和推广上。因此要提高国内测控的行业整体水平，就需要我们对这个专业的现状及发展趋势有一定的了解，并致力于加快现代测控技术的发展。 （一）专业的重要性测控技术与仪器是研究信息的获取和处理，以及对相关要素进行控制的理论与技术；是电子、光学、精密机械、计算机、信息与控制技术多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科。测控技术与仪器仪表技术已广泛应用于制造业、能源、环保、航空、航天、国防工业以及科学研究等部门，是观察、测量、计算、记录和控制自然现象与生产过程的工具，它作为一门应用工程技术，肩负着以信息化带动自动化的重任，又扮演着以工业化促进信息化进一步发展的重要角色，无论信息化还是自动化，如果没有现进的仪器仪表的支撑作用是不可能的。（二）专业特性测控技术与仪器专业是信息科学技术的源头，是光学、精密机械、电子、计算机与信息技术多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科。它专业面广，小到制造车间的检测，大到卫星火箭发射的监控。它是现代科技的前沿技术。二、测控技术的发展现状开放化、标准化是现代测控技术发展的趋势。从技术角度来看，开放化测控技术是现代测控技术发展的一个趋势; 从市场角度来看，开放化测控技术也将成为市场应用的主流。在国内产业结构迅速转变的情况下，推进开放性测控技术的应用和普及有着十分重要的意义。测控技术的开放化和标准化趋势给了国内测控行业一个非常好的发展机会，因为国内厂商可以直接接触到开放标准下的先进测控技术，并融入到这种技术标准之中，而不必要再重新去开发新的技术。随着各种产业的迅速发展，现代测控技术也获得了迅速的发展。纵观其发展史，走向开放化、标准化就是一个最为明显的趋势。从对测控技术发展历史的回顾中也可以清晰的看到这一点。（一） 计算机技术对测控技术发展的作用1、“计算机就是仪器”自从计算机技术及微电子技术渗透到测量和控制技术领域，便使得该领的面貌不断更新。相继出现的智能仪器、总线仪器和虚拟仪器都无一例外的利用了计算机软件和硬件优势，从而既增加了测量功能，又提高了技术性能。由于信号被采集变成数字形式后，更多的分析和处理工作由计算机来完成，因此仪器与计算机之间的界限日益模糊。近年来，新型徼处理器的速度不断提高，又极大提高了计算机的数值处理能力和速度。与计算机技术紧密结合已是当今测控技术发展的主潮流。2、“计算机是测控系统的中坚”总线式仪器，虚拟仪器等微机化仪器技术的应用，使组建集中和分布式测控系统变得更为容易。但集中测控越来越满足不了复杂、远程和范围较大的测控任务的需要，对此，组建网络化的测控系统显得非常必要，而计算机软、硬件技术的不断升级与进步给组建测控网络提供了越来越优异的技术条件。如OSl的开放系统互联参考模型，lnternet上使用的TCPIP协议，在开放性、稳定性方面均有很大优势，采用它们很容易实现测控网络的体系结构。（二）网络技术已成为测控技术的关键支撑 20世纪70年代以来，计算机、微电子等技术迅猛发展。测量技术与仪器不断进步，相继诞生了智能仪器、PC仪器、VXI仪器、虚拟仪器及互换性虚拟仪器等微机化仪器及其自动测试系统，计算机与现代仪器设备间的界限日渐模糊，测量领域和范围不断拓宽。近10年来，以Internet为代表的网络技术的出现以及它与其他高新科技的相互结合，网络化测量技术与具备网络功能的新型仪器应运而生。 当今时代，以Internet为代表的计算机网络的迅速发展及相关技术的日益完善，Internet拥有的硬件和软件资源正在越来越多的领域中得到应用，比如电子商务、网上教学、远程医疗、远程数据采集与控制、高档测量仪器设备资源的远程实时调用，远程设备故障诊断，等等。与此同时，高性能、高可靠性、低成本的网关、路由器、中继器及网络接口芯片等网络互联设备的不断进步，又方便了Internet、不同类型测控网络、企业网络间的互联。利用现有Internet资源而不需建立专门的拓扑网络，使组建测控网络、企业内部网络以及它们与Internet的互联都十分方便，这就为测控网络的普遍建立和广泛应用铺平了道路。     把TCPIP协议作为一种嵌入式的应用，嵌入现场智能仪器（主要是传感器）的ROM中，使信号的收、发都以TCPIP方式进行，如此，测控系统在数据采集、信息发布、系统集成等方面都以企业内部网络（Intranet）为依托，将测控网和企业内部网及Internet互联，便于实现测控网和信息网的统一。在这样构成的测控网络中，传统仪器设备充当着网络中独立节点的角色，信息可跨越网络传输至所及的任何领域，实时、动态（包括远程）的在线测控成为现实，将这样的测量技术与过去的测控、测试技术相比不难发现，今天，测控能节约大量现场布线、扩大测控系统所及地域范围。使系统扩充和维护都极大便利的原因，就是因为在这种现代测量任务的执行和完成过程中，网络发挥了不可替代的关键作用，即网络实实在在地介入了现代测量与测控的全过程。     基于Web的信息网络Intranet，是目前企业内部信息网的主流。目前，测控系统的设计思想明显受到计算机网络技术的影响，基于网络化、模块化、开放性等原则，测控网络由传统的集中模式转变为分布模式，成为具有开放性、可互操作性、分散性、网络化。智能化的测控系统。网络的节点上不仅有计算机、工作站，还有智能测控仪器仪表，测控网络将有与信息网络相似的体系结构和通信模型。比如目前测控系统中迅猛发展的现场总线，它的通信模型和OSI模型对应，将现场的智能仪表和装置作为节点，通过网络将节点连同控制室内的仪器仪表和控制装置联成有机的测控系统。测控网络的功能将远远大于系统中各独立个体功能的总和。结果是测控系统的功能显著增强，应用领域及范围明显扩大。（三）我国仪器仪表技术的发展现状1、由于长期习惯于仿制国外产品，我国的仪器仪表工业缺乏创新能力，跟不上科学研究和工程建设的需要。 2、我国仪器科学与技术研究领域积累了大量科研成果，许多成果处于国际领先水平，有待筛选、提高和转化，但产业化程度很低，没有形成具有国际竞争力的完整产业。三、测控技术的发展趋势（一）现场总线测控系统现场总线测控系统用现场总线这一开放的，具有互操作性的网络将现场各控制器及仪器仪表设备互连，构成现场总线测控系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。因此，现场总线测控系统是一种开放式的、具有互操作性的、彻底分散的分布式测控系统。现场总线把通用或专用的微处理器置入传统的测量仪表，使之具有数字计算和数字通信能力，采用一定的介质(如双绞线、同轴电缆、光纤、无线、红外)作为通信总线，按照公开、规范的通信协议，在位于现场的多个设备之间及现场设备与远程监控计算机之间，实现数据传输和信息交换，形成各种适应实际需要的测控系统。（二） 网络化虚拟测试系统网络化虚拟测试是发展的必然趋势。虚拟仪器的出现给自动测试系统带来了变革，把计算机软、硬件技术结合起来，易于集成。网络化测试已成为当前研究的热点，尤其是LXI仪器总线出现后，对于构建网络化测试系统带来极大方便，构建以虚拟仪器和网络通信技术为基础的虚拟仪器测试系统是测试技术发展的必然趋势。目前，被人们称之为“下一代互联网”的网格技术将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体，为科技人员提供更多的资源、功能和交互性。（三）测控技术几个创新技术1、配合数控设备的技术创新(如主轴速度，精度创成)   数控设备的主要误差来源可分为几何误差（共有21项）和热误差。对于重复出现的系统误差，可采用软件修正；对于随机误差较大的情况，要采用实时修正方法。对于热误差，一般要通过温度测量进行修正。我国机床行业市场萎缩同时又大量进口国外设备的原因之一就是因为这方面的技术没有得到推广应用。为此，需要高速多通道激光干涉仪：其测量速度达60m/min以上，采样速度达5000次/sec以上，以适应热误差和几何误差测量的需要。空气折射率实时测量应达到2×10的-7次方水平，其测量结果和长度测量结果可同步输入计算机。 2、运行和制造过程的监控和在线检测技术综合运用图像、频谱、光谱、光纤以及其它光与物质相互作用原理的传感器具有非接触、高灵敏度、高柔性、应用范围广的优点。在这个领域综合创新的天地十分广阔，如振动、粗糙度、污染物、含水量、加工尺寸及相互位置等。 3、配合信息产业和生产科学的技术创新 为了在开放环境下求得生存空间，没有自主创新技术是没有出路的。因此应该根据有专利权、有技术含量、有市场等原则选择一些项目予以支持。根据当前发展现状，信息、生命医学、环保、农业等领域需要的产品应给予优先支持。如医学中介入治疗的精密仪器设备、电子工业中的超分辨光刻和清洁方法和机理研究等。（四）我国仪器科技的发展趋势未来几年间，我国仪器仪表将重点围绕以下方面发展：1、工业自动化仪表重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用自动化仪表；全面扩大服务领域，推进仪器仪表系统的数字化、智能化、网络化，完成自动化仪表从模拟技术向数字技术的转变，5年内数字仪表比例达到60%以上；推进具有自主版权的自动化软件的商品化。2、电工仪器仪表重点发展长寿命电能表、电子式电度表、特种专用电测仪表和电网计量自动管理系统。2005年，中低档电工仪器仪表国内市场占有率要达到95%；到2010年，高中档电工仪器仪表国内市场占有率达到80%。3、科学测试仪器重点发展过程分析仪器、环保监测仪器仪表、工业炉窑节能分析仪器以及围绕基础产业所需的汽车零部件动平衡、动力测试及整车性能检测仪、大地测量仪器、电子速测仪、测量型全球定位系统以及其他试验机、实验室仪器等新产品。产品以技术含量较高的中档产品为主，到2005年在总产值中占50%60%。4、环保仪器仪表重点发展大气环境、水环境的环保监测仪器仪表、取样系统和环境监测自动化控制系统产品，2005年技术水平达到20世纪90年代后期国际先进水平，国内市场占有率达到50%60%，到2010年国内市场占有率达到70%以上。5、仪器仪表仪器仪表元器件“十五”及2010年前，尽快开发出一批适销对路、市场效果好的产品，品种占有率达到70%80%，高档产品市场占有率达60%以上；通过科技攻关、新品开发，使产品质量水平达到国际20世纪90年代末水平，部分产品接近国外同类产品先进水平。6、信息技术电测仪器主要发展电测仪器软件化、智能化技术，总线式自动测试技术，综合自动化测试系统，新型元器件测量技术及测试仪器，在线测试技术，信息产业产品测试技术，多媒体测量技术以及相应测试仪器，用电监控管理技术等。四、测控技术的优先领域及其应用在基础研究的初期，对于能否有突破性进展是很难预测的。但是，当已经取得突破性进展时，则需要有一个转化机制以进入市场。 ·纳米溯源技术和系统。 ·介入安装和制造的坐标跟踪测量系统。关键理论和技术：超半球反射器(n=2或在机构上创新)，快速、多路干涉仪(频差35兆)，二维精密跟踪测角系统(0.20.5)，通用信号处理系统(工作频率5兆)，无导轨半导体激光测量系统(分辨率1m)，热变形仿真，力变形仿真。 这些内容不局限于一种技术方案，而是几种不同技术方案中概括出来的共同点。如采用无导轨干涉仪，对跟踪系统的要求可以降低；采用二维精密跟踪测角系统在1M3测量范围内可以得到高精度；有了超半球反射镜可以提高4路跟踪方案的精度。在现场进行介入制造和装配不能等待很长时间，力和热变形的补偿是必须的而且需要足够快，现在的技术还有相当大的差距，所以这些进展是关键性的。 应用范围：新型并行机构机床的鉴定，飞机装配型架的鉴定，大型设备安装，用于生物芯片精密机器人校准等。 ·非接触测头以及各种扫描探针显微镜 航空航天行业对此已经提出迫切要求，这是今后坐标测量机发展的关键技术。目前接触式测头已完全被国外所垄断，非接触测头还没有发展成熟，我们有参与竞争的机遇。以前较多采用的激光三角法原理受到很多限制，难以有突破性进展，但可在原理创新上下功夫。应该突破0.10.5m分辨率。·计算机辅助测量理论 信号处理系统的标准化、模块化、兼容和集成。例如，目前多数采用ISA总线、IEEE488口，今后计算机可能取消ISA总线，用于笔记本电脑的USB接口将广泛应用。过去，我国生产的仪器满足于数字显示，没有数据交换接口，难以进入国际市场。国外生产的仪器普遍配备IEEE488(GPIB)口。RS232：目前有可能成为替代物的高性能标准是USB、IEEE1394和VXI。在此转折期为我们提供了机遇。目前虚拟仪器的工作频段在千赫数量级，对于干涉信号处理显得太低，可以采取联合互补的方法形成模块系列，同时降低成本，从总体上提高研发工作的效率。根据已有基础，发展特长，有利于克服重复研究。 ·新器件，新材料过去，科研评价体系存在偏重于整机和系统，忽视材料和器件的趋向。新的突破点可能出现在新光源、新型高频探测器。目前探测器的响应频率只有10的9次方，而光频高达10的14次方，目前干涉仪实际上是起着混频器的作用，适应探测器的不足(如果探测器的响应果真能超过光频，干涉仪也就没有用了)。如果探测器的性能得到显著提高，对于通讯也是很大的突破。 ·半导体激光器计量特性的研究和创新 半导体激光器用于计量需要解决很多问题(如线宽、定标、变频等)。但如果解决了诸多问题以后，半导体激光系统比气体激光系统更复杂，就不会有竞争力。有些问题在物理层面上也没有完全解决。例如半导体激光器如果能形成双频，无疑是一种十分重要的特性，如果既能扫频又有两个相近的频率扫描，就会成为一种新的无导轨测量工具。五、结语现代测控技术是21世纪重点发展的技术之一。现代科学技术的融入不但使现代测控技术在各方面得到广泛的应用，而且加快了现代测控技术的发展。随着其在国防、工业、农业等领域应用的深度和广度的扩大，它将为提高生产效率、改进技术水平做出巨大的贡献。参考文献：【1】于振海，孙志玲浅析现代测控技术的发展现状及趋势【J】衡水市集中供热管理处 【2】众多专家研讨测控前沿技术【J】航天工业管理2007，（6）【3】测量技术与仪器发展趋势【J】中国机械资讯网，2006，(8)【4】范铠现场总线的发展趋势【J】上海工业自动化仪表研究所2002，（3）