儀器儀表產(chǎn)品技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

儀器儀表作為信息工業(yè)的源頭，是以電腦和微處理器的技術(shù)為核心技術(shù)，以計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)、通信、圖像顯示、自動(dòng)控制理論為共性關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。這些信息技術(shù)應(yīng)用到儀器儀表中，促成儀器儀表產(chǎn)品升級為智能儀器儀表，發(fā)展成為信息工業(yè)領(lǐng)域中一大系列產(chǎn)品群體。儀器儀表產(chǎn)品正向智能化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和虛擬化方向迅速邁進(jìn)。

 

　　微型化

 

　　儀器儀表產(chǎn)品微型化主要?dú)w結(jié)于超大規(guī)模集成（VLSI）新器件、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、圓片規(guī)模集成（WSI）和多芯片模塊（MCM）等;采用微控技術(shù)、微加工技術(shù)、微檢測技術(shù)、微光源、微分光光學(xué)系統(tǒng)、微傳感器等，使儀器儀表產(chǎn)品體積縮小，精度提高。

 

　　微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)是在微電子器件制造工藝技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步融入微機(jī)械加工技術(shù)，并把兩者結(jié)合起來的微制造技術(shù)，加工尺度在微米、納米級。應(yīng)用MEMS技術(shù)的微型儀器被稱為芯片上的儀器，MEMS產(chǎn)品包括生物芯片，汽車加速計(jì)，壓力、化學(xué)、流量計(jì)，微光譜儀等產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、航天、生物醫(yī)療、汽車工業(yè)、軍事、工業(yè)控制等領(lǐng)域。美國德州儀器、英特爾、羅斯蒙特、德國Karlsruhe研究中心、摩托羅拉公司等產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用了該技術(shù)。

 

　　智能化

 

　　儀器儀表產(chǎn)品智能化主要?dú)w結(jié)于微處理器和人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

 

　　由于微電子技術(shù)的進(jìn)步，儀器儀表產(chǎn)品進(jìn)一步與微處理器、微控制器、DSP芯片級嵌入式系統(tǒng)以及嵌入式軟件融合，儀器儀表的數(shù)字化、智能化水平不斷得到提高。以美國德州儀器公司提出的“DSPC”概念為例，以DSP芯片為核心，配合*的混合信號電路、ASIC電路、元件及開發(fā)工具等提供整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案。目前DSP的生產(chǎn)工藝正在由0.35μm轉(zhuǎn)向0.25μm、0.18μm、0.13μm，2005年可達(dá)到0.075μm。到2010年，DSP芯片的集成度將會(huì)提高11倍，單個(gè)芯片上將會(huì)集成5億只晶體管。

 

　　儀器儀表中采用了大量的超大規(guī)模集成（VLSI）的新器件、表面貼裝技術(shù)（SMT）、多層線路板印刷、圓片規(guī)模集成（WSI）和多芯片模塊（MCM）等新工藝，CAD、CAM、CAPP、CAT等計(jì)算機(jī)輔助手段，使多媒體技術(shù)、人機(jī)交互、模糊控制、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)在現(xiàn)代儀器儀表中得到了廣泛應(yīng)用。無論在測量速度、度、靈敏度、自動(dòng)化程度和性能價(jià)格比等方面，智能儀器都具有傳統(tǒng)儀器所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)。智能化光儀器儀表產(chǎn)品不勝枚舉：由硅制成的微傳感器可按需要把信號放大、處理及控制集成到一塊硅芯片上，做成新型變送器。利用嵌入式芯片和軟件做成具有推理、學(xué)習(xí)、聯(lián)想功能的智能化儀表。光譜儀器向全自動(dòng)化方向發(fā)展（如內(nèi)裝機(jī)械手等機(jī)器人系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無人操作）。

 

　　網(wǎng)絡(luò)化

 

　　由于測量設(shè)備自動(dòng)化、智能化水平的提高，多臺(tái)儀器聯(lián)網(wǎng)已推廣應(yīng)用，虛擬儀器、三維多媒體等新技術(shù)開始實(shí)用化。儀器儀表產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)化主要?dú)w結(jié)于現(xiàn)場總線技術(shù)。基于現(xiàn)場總線的FCS（FieidbusControlSystem）將取代DCS成為控制系統(tǒng)的主角，Internet和Intranet技術(shù)也進(jìn)入控制領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)滲透到企業(yè)從生產(chǎn)到管理、直到經(jīng)營等各方面。通過Internet網(wǎng)，儀器用戶之間可異地交換信息和瀏覽，廠商能直接與異地用戶交流，能及時(shí)完成如儀器故障診斷、指導(dǎo)用戶維修或交換新儀器改進(jìn)的數(shù)據(jù)、軟件升級等工作。國外著名儀器廠商正在積極研制和開發(fā)新型網(wǎng)絡(luò)化智能化測量設(shè)備，如美國P&SDataCom（Microchip）公司通過多年對智能設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)間通訊方式的研究和開發(fā)，發(fā)明了具有的通用網(wǎng)絡(luò)通訊控制器芯片--WebChipTM，并提供了一種簡單、低價(jià)格、完整的智能設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接方案。

 

　　虛擬化

 

　　儀器儀表產(chǎn)品虛擬化主要?dú)w結(jié)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。它是一種由計(jì)算機(jī)全部或部分生成的多維感覺環(huán)境，給參與者產(chǎn)生各種感官信息，使參與者有身臨其境的感覺，能體驗(yàn)、接受和認(rèn)識客觀世界中的客觀事物，深化概念和建造新的構(gòu)想和創(chuàng)意。

 

　　虛擬化創(chuàng)造了新的儀器模式——虛擬儀器，特別適用于現(xiàn)代越來越復(fù)雜的測試系統(tǒng)。軟件是虛擬儀器的核心，利用計(jì)算機(jī)、一組軟件和極少的必需硬件，就可在屏幕上虛擬出與傳統(tǒng)儀器相似的顯示面板，使用者通過鼠標(biāo)和鍵盤操縱面板上的虛擬按鈕、開關(guān)、旋鈕來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各種功能操作，并通過面板上的虛擬顯示屏、數(shù)碼顯示器和指示燈了解儀器的狀態(tài)讀取或打印測量結(jié)果。