发展战略仪器仪表的发展和未来五年.docx

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发展战略仪器仪表的发展和未来五年

（发展战略）仪器仪表的发展和未来五年

现代仪器仪表的发展和未来五年

我国对仪器仪表市场需求的分析方案

壹、现代仪器仪表于当今社会的重要作用

先进制造业的规模和水平是衡量壹个国家综合实力和现代化程度主要标志。

当代经济最发达的国家，几乎均是制造业最发达的国家。

美国的强大主要是因为它有发达的先进成套装备制造业。

美国先进的航天器、人造卫星、飞机、舰船、电子通讯设备和尖端科学仪器等，是建立于先进科学技术基础上的装备制造业制造出来的。

面对激烈的国际竞争，要使我国从壹个“制造大国”转变成壹个“制造强国”，必须实施信息化带动工业化的战略，没有壹个先进的仪器仪表业的支持，不可能完成这个任务。

当今世界已经进入信息时代，信息技术成为推动国民经济和科学技术迅速发展的关键技术。

著名科学家钱学森明确指出：

“信息技术包括测量技术、计算机技术和通信技术。

测量技术是关键和基础。

”现代仪器仪表是对物质世界的信息进行测量和控制的基础手段和设备，是信息产业的源头和组成部分。

美国商务部1999年方案于关于新兴数字经济部分提出，信息产业包括计算机软硬件行业、通信设备制造及服务行业、仪器仪表行业。

现代仪器仪表于当今社会具有极为重要的作用。

于工业生产中，仪器仪表是“倍增器”。

美国商务部国家标准局20世纪90年代中发布的调查数据表明，美国仪器仪表产业的产值约占工业总产值4%，而它拉动的关联经济的产值却达到社会总产值66%，仪器仪表发挥出“四俩拨千斤”的巨大的“倍增”作用。

事实上，现代化大生产，如发电、炼油、化工、冶金、飞机和汽车制造等，离开了只占企业固定资产大约10%的各种测量和控制仪器仪表装置就不能正常安全生产，更难以创造巨额的产值和利润。

专家们形象地把仪器仪表比喻为国民经济中的“卡脖子”产业。

于科学研究中，仪器仪表是“先行官”。

离开了科学仪器，壹切科学研究均无法进行。

于重大科技攻关项目中，几乎壹半的人力财力均是用于购置、研究和制作测量和控制的仪器设备。

诺贝尔奖设立至今，众多获奖者均是借助于先进仪器的诞生才获得重要的科学发现；甚至许多科学家直接因为发明科学仪器而获奖。

据统计，近80年来获诺贝尔奖同科学仪器有关的达到38人。

诺贝尔奖获得者R.R.Ernst说过：

“现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展。

”基因测量仪器的问世，使世界基因研究计划提前6年完成就是最好的证明。

从神州2号至神州5号上，共有185台（套）科学仪器装置，为神州5号飞船的成功发射且获取大量宝贵的飞行试验数据和科学资料。

要加快科学研究和高技术的发展，仪器仪表必须先行。

于军事上，仪器仪表是“战斗力”。

现代战争中，夺取技术优势已经成为军事战略的根本目标。

主要目标是全球监视和通信和精确打击固定及瞬变目标。

1991年海湾战争美国使用的精密制导炸弹和导弹只占8%，12年后伊拉克战争中美国使用精密制导炸弹和导弹提高到了90%之上。

这些先进武器均是靠壹系列先进的测量和控制仪器仪表系统装备且实现其控制功能的。

1994年美国国防部成立了“自动测试系统执行局”，以统壹海陆空三军的测试技术、产品和标准，保证立体作战方式的有效实施。

现代武器装备，几乎无壹不配备关联的测量控制仪器仪表。

现代仪器仪表仍是当今社会的“物化法官”。

检查产品质量，监测环境污染，查服违禁药物，识别指纹假钞，侦破刑事案件等，无壹不依靠仪器仪表进行“判断”。

此外，仪器仪表于教学实验，气象预报，大地测绘，交通指挥，控测灾情，尤其是越来越受人关注的诊治疾病等社会生活许多领域均有着广泛应用。

能够说遍及“吃穿用、农轻重、海陆空”无所不于。

因此，现代仪器仪表的发展水平，是国家科技水平和综合国力的重要体现，仪器仪表制造水平反映出国家的文明程度。

为此，世界发达国家均高度重视和支持仪器仪表的发展。

前面已经反复提到了美国对发展仪器仪表的重视和支持；日本科学技术厅把测量传感器技术列为21世纪首位发展的技术；德国大面积推广应用自动化测控仪器系统，20世纪90年代6年就增加了350%的市场，保证了劳动生产率增长1.9%；欧共体制定第三个科技发展总体规划，将测量和检测技术列为15个专项之壹。

我国政府于国民经济和社会发展第十个五年计划纲要中明确指出“把发展仪器仪表放到重要位置”，国家发改委和科技部列专项支持仪器仪表发展，今年国家制定中长期科学和技术发展规划对仪器仪表也给予了高度的重视。

二、现代仪器仪表分类、发展趋势及关键技术

1、现代仪器仪表的分类

根据国际发展潮流和我国的现状，现代仪器仪表按其应用领域和自身技术特性大致划分为6个大类，即工业自动化仪表和控制系统、科学仪器、电子和电工测量、仪器、医疗仪器、各类专用仪器，传感器和仪器仪表元器件及材料。

工业自动化仪表和控制系统，主要指工业，特别是流程产业生产过程中应用的各类检测仪表、执行机构和自动控制系统装置。

科学仪器主要指应用于科学研究、教学实验、计量测试、环境监测、质量和安全检查等各个方面的仪器仪表。

电子和电工测量仪器，主要指低频、高频、超高频、微波等各个频段测试计量专用和通用仪器仪表。

医疗仪器主要指用于生命科学研究和临床诊断治疗的仪器。

各类专用仪器指农业、气象、水文、地质、海洋、核工业、航空、航天等各个领域应用的专用仪器。

科学仪器能够细分为14个小类，即电子光学仪器，离子光学仪器，X射线仪器，光谱仪器，色谱仪器，波谱仪器，电化学仪器，生化分离分析仪器，气体分析仪器，显微镜和成像系统，化学反应及热分析仪器，声学振动仪器，力学性能测试仪器（材料试验机），光电测量仪器。

其中，发展最快，应用最广和市场容量最大的是各类光学仪器和分析仪器。

现代仪器仪表虽然作了大致分类，实际上存于着许多交叉，比如各类专用仪器中许多均是科学仪器。

2、现代仪器仪表的发展趋势

国际仪器仪表发展极为迅速，仅以科学仪器中的分析仪器为例，世界分析仪器市场年销售总额由2000年256亿美圆到2002年增至316亿美圆，年增长11%之上，是全球经济增长速度的3—4倍。

近10几年来国际仪器仪表发展的主要趋势是：

数字技术的出现把模拟仪器的精度、分辨力和测量速度提高了几个量级，为实现测试自动化打下了良好的基础。

计算机的引入，使仪器的功能发生了质的变化，从个别参量的测量转变成测量整个系统的特征参数，从单纯的接受、显示转变为控制、分析、处理、计算和显示输出，从用单个仪器进行测量转变成用测量系统进行测量。

计算机技术于仪器仪表中的进壹步渗透，使电子仪器于传统的时域和频域之外，又出现了数据域测试。

90年代，仪器仪表和测量科学技术突破性进展是仪器仪表智能化程度的提高；DSP芯片的大量问世，使仪器仪表数字信号处理功能大大加强；微型机的发展，使仪器仪表具有更强的数据处理能力和图象处理功能；现场总线技术是90年代迅速发展起来的壹种用于各种现场自动化设备和其控制系统的网络通信技术，Internet和Internet技术也将进入控制领域。

现代仪器仪表产品将向着计算机化、网络化、智能化、多功能化的方向发展，跨学科的综合设计、高精尖的制造技术使它能更高速、更灵敏、更可靠、更简捷地获取被分析、检测、控制对象的全方位信息。

未来10年，而更高程度的智能化应包括理解、推理、判断和分析等壹系列功能，是数值、逻辑和知识的结合分析结果，智能化的标志是知识的表达和应用。

利用物理学的新效应和高新技术及其成就开发新型高灵敏度、高稳定性、强抗干扰能力传感器技术和测试仪器仪表。

如：

利用高温超导量子干涉仪（SGUID）开发计量测试仪器、物理学测试仪器、地理和地质学仪器、化学分析仪器、医疗仪器、无损材料检测仪器等。

利用椭偏技术来检测光纤、光学玻璃等，它和近场光学相结合，不仅能够测量表面精细结构，同时根据近场光学反射偏振信息能够分辨出被测物体的材料，这是目前实验研究新探索。

将可调谐稳频激光光谱仪技术用于高精密的几何量和机械量和多种无形态的量的测量，开发以新壹代微型光纤传导激光干涉仪，它的测量范围能够从纳米到几米或更大的范围，分辨率可达10mm。

它仍可用于称重，研制新型电子天平、高精度的电子皮带称、高分辨率的压力计等。

发展纳米测量技术，建立纳米计量测试标准，这是当今于计量和测试技术研究中十分活跃的课题。

分析仪器正于经历壹场革命性的变化，传统的光学、热学、电化学、色谱、波谱类分析技术均已从经典的化学精密机械电子结构、实验室内人工操作应用模式，转化为光、机、电、算（计算机）壹体化、自动化的结构，且正向更名副其实的智能系统发展（带有自诊断自控、自调、自行判断决策等高智能功能）。

由于以信息技术为代表高新科学技术的突飞猛进，使科学仪器的工作原理，设计思想、设计方法发生了明显的变化，其关键技术主要表现为：

（1）微分析技术即分析仪器的微型化和微量化，其共性技术有微控技术、微加工技术、微检测技术、微光源、微分光光学系统、微传感器等，应用上述技术的微分析仪器如：

微流控制芯片、芯片实验室、微近红外光谱仪等。

（2）生物、化学传感器包括新型传感技术于分析仪器中的应用，将生物芯片技术，新型化学传感技术，智能传感器技术应用于分析仪器的研制。

（3）成像技术包括广义成像，纳米级超高分辨成像，信息处理等，具体的领域有：

核磁共振技术、图像自动分析及综合技术、成像光谱技术、近场光学成像技术。

（4）仪器的联用技术通过信息分离、专用软件接口技术，实现多种科学技术间的联用以实现复杂系统的痕量成份分析、结构分析、形态分析等综合分析，如：

色谱—质谱联用、色谱—光谱联用等。

多台仪器、多个实验室结合的综合分析管理系统（LIMS,LaboratoryInformationManagementSystem）已经推广应用；仪器可之上网、制造厂商进行远距诊断、指导正确使用或提出维修指导，各同类仪器用户或相同分析工作用户直接进行数据、情报共享，仪器的远程校准和量值溯源等已指日可待。

分析仪器于生物、环保、医学等有关人的生存、发展领域的应用日新月异，现代高科技军事方面的发展也促进了分析技术和分析仪器的应用拓展，灵敏、准确的现场毒物检测、生命保障任务也大大扩大了分析了仪器的应用领域。

根据上述仪器仪表国际发展的趋势，能够十分清楚的见出现代仪器仪表发展具有以下主要特点：

①、技术指标不断提高

就如奥林匹克运动的口号是更高、更快、更强壹样，仪器仪表于提高检测控制技术指标上是永远的追求。

以仪器仪表和测量控制的技术范围指标来说，如电压从纳伏~100万伏；电阻从超导至1014Ω；谐波测量到51次；加速度从10-4—104g；频率测量至1010HZ；压力测量至108Pa；温度测量从接近绝对零度至1010℃等。

以提高测量精度指标来说，工业参数测量提高至0.02%之上，航空航天参数测量达到0.05%之上，计量精度和科学仪器达到的精度更是和时俱进。

以提高测量的灵敏度来说更是向单个粒子、分子、原子级发展。

提高测量速度（响应速度），静态0.1~0.2ms，动态为Lμs。

提高可靠性，壹般要求为2~5万小时，高可靠要求25万小时。

稳定性（年变化）＜±0.05%（高精度仪器）或＜±0.1%（壹般仪器）。

此外仍不断提高产品环境适应性。

②、最先应用新的科学研究成果，高新技术大量采用

现代仪器仪表作为人类认识物质世界、改造物质世界的第壹手工具，是人类进行科学研究和工程技术开发的最基本工具。

人类很早就懂得“工欲善其事，必先利其器”的道理，新的科学研究成果和发现如信息论、控制论、系统工程理论，微观和宏观世界研究成果及大量高新技术如微弱信号提取技术，计算机软、硬件技术，网络技术，激光技术，超导技术，纳米技术等均成为仪器仪表和测量控制科学技术发展的重要动力，现代仪器仪表不仅本身已成为高技术的新产品，而且利用新原理、新概念、新技术、新材料和新工艺等最新科技术成果集成的装置和系统层出不穷。

③、单个装置微小型化，智能化，可独立使用，嵌入式使用和联网使用

测量控制仪器仪表大量采用新的传感器、大规模和超大规模集成电路、计算机及专家系统等信息技术产品，不断向微小型化、智能化发展，从目前出现的“芯片式仪器仪表”，“芯片实验室”等见，单个装置