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我国现代仪器仪表科学远景规划

专家观点中国仪表网2009年03月04日 09:57人气:487

导读:我国现代仪器仪表科学发展的未来需求是确定仪器科学与技术学科领域科技发展方向和产业发展重点的基础。现代仪器仪表在当今社会经济活动中还发挥“物化法官”的重要作用。同时,仪器仪表在试验教学、气象预报、大地测绘、诊治疾病、指挥交通、探测灾情等社会生活许多领域都有广泛应用,需求遍及“农轻重、海陆空、吃穿用”无所不在。下面主要从未来10年国民经济、社会发展和国防安全的战略目标,分析仪器科学与技术学科的未来需求。

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   (1)国民经济的发展要改变产品档次低、技术含量低、主要靠数量增加的粗放式发展模式,走以质取胜的集约式发展之路,必须广泛采用信息技术,用信息化带动传统产业的发展。仪器科学与技术学科是信息技术的重要组成部分,在实现“精确工业”、“精确农业”……的过程中有巨大的需求。

   (2)科学技术是第一生产力,科教兴国已成为既定国策。大力加强科研和建立以企业为主的技术创新体系,提高自主开发和自主创新能力,仪器科学技术必须先行。

   (3)面对世界超级大国的超强“精确打击”军力,为了国防需要,部队的快速反应能力和武器的精确打击能力急需提高,对作为军事上战斗力的仪器科技同样有巨大的需求。

   (4)面对资源短缺,水资源危机、生态环境恶劣的严峻局面,要保障人民健康和社会的可持续性发展,必须加强生命科学、食品安全、环境保护、公共安全(包括反恐、反毒)、商品质检、临床医学、医药科学等领域的研究和发展,从而增加对仪器科学与技术学科的未来需求。

我国仪器科学与技术学科发展的目标

    我国仪器科学与技术学科的总体目标是:从目前至2020年,必须充分利用我国经济高速发展和巨大的市场优势,结合测控技术的深化研究,大力推进新技术、新工艺在仪器仪表中的应用研究,掌握各类仪器仪表的设计、生产工艺等关键技术,满足国民经济、人民健康和国防安全在生产、科研、应用各个方面对测量控制与仪器仪表的需求,减少进口,扩大出口,使我国仪器科学与技术学科领域科技和产业总体水平与国际水平差距普遍缩短到3~5年;工业自动化仪表和控制系统、科学仪器、医疗仪器、电测和计量仪器、各类专用仪器仪表、相关传感器和元器件及材料等领域约30%的产品达到国际同期先进水平,国内生产的仪器仪表在大工程的配套能力达到80%以上。

我国仪器科学与技术学科领域科技研究方向建议

    从仪器科学与技术学科领域个组成部分相互关系、共性问题以及我国国民经济、科学研究、国防建设、社会发展全局进行战略研究,建议学科领域科技研究方向为:新型传感器及信息获取技术;与国家重点工程相配套的过程控制系统和测控装备及其系统集成技术;精确制造中的测量控制技术及仪器仪表;微分析仪器及其关键技术;数字化医疗仪器及其关键技术;基于量子物理的计量标准系统。

1.新型传感器及信息获取、传感技术

2.传感技术不仅是检测的基础,它也是控制的基础。这不仅是因为控制必须以检测输入的信息为基础;并且是犹豫控制达到的精度和状态,必需感知,否则不明确控制效果的控制仍然是盲目的。信息获取、传感技术是仪器科学与技术学科的基础技术;新型传感器是发展高水平测量控制仪器仪表的基础。传感技术已成为制约测量控制仪器仪表发展的瓶颈。

    新型传感器及信息获取、传感技术主要是对客观世界有用信息的检测,它包括有用呗测量敏感技术、涉及各学科工作原理、遥感遥控、新材料等技术、信息融合技术;传感器制造技术等。信息融合技术设计传感器分布、微弱信号提取(增强)、传感信息融合、成像等技术、传感器制造技术涉及微加工、生物芯片、新工艺等技术。

 3.与国家重点工程相配套的过程控制系统和测控装备及其系统集成技术

    工业发达国家高新技术仪器仪表产品品种约占总品种的75%,而国内还不到20%。工业自动化仪表和控制系统的仪表品种国内满足率,一般性工程项目达80%,大型工程项目还不到50%,主要缺少智能化和高精度、高可靠性、大量程、耐腐蚀、全密封、防爆等有特殊要求的自动化仪表品种。

    与国家重点工程相配套的过程控制系统和测控装备主要解决智能化和高精度、高可靠性、大量程、耐腐蚀、全密封、防爆等有特殊要求的自动化仪表品种。主要包括符合现场要求的各类传感器及检测仪表,实时流程分析仪器及在线分析技术,新型现场控制系统,e网控制系统,以工业控制计算机、可编程控制为基础的开放式控制系统及先进控制技术,特种测控装备和测控技术,系统成套集成技术等。

    系统集成技术直接影响测量控制仪器仪表的应用广度和水平,特别是对大工程、大系统、大型装置的自动化程度和效益有决定性影响,它是系统级层次上的信息融合控制技术没包括系统的需求分析和建模技术、物理层装置技术、系统各部分信息通信转换技术、应用层控制策略实时技术等。在操作人员为多种不同岗位的操作群体情况下,还应包括各近最佳方式监控智能化工具、装备、系统以达到既定目标的技术,是直接涉及测控系统效益发挥的技术,是从信息技术向知识经济技术发展的关键。智能控制技术可以说是测控系统中最重要和最关键的软件资源。

  从目前发展趋势看,在企业信息化ERS/MES/PCS三级节后的计算机测控系统中,软件的价格已超过硬件的3倍。而有关石化、冶金、电力、制药行业中自动化测控系统的先进控制软件价格就超过系统硬件价格。智能控制技术包括仿人的特征提取技术、目标自动化辨识技术、知识的自学习技术、环境的自适应技术、最佳决策技术等。

4.科学仪器中的为分析仪器及其关键技术

5.分析仪器是科学仪器中最重要和发展最快的组成部分,而为分析仪器包含的微量检测、微型化、高灵敏度、高分辨率和高智能化内涵,则代表了分析仪器的一个重要发展趋势和技术水平,在生命科学、食品安全、环境保护、公共安全(包括反恐、反毒)、临床医学、医药科学和化工等领域得到越来越多的应用。微分析仪器及其关键技术的研究方向包括:

(1)开展高灵敏度、高分辨率、高性能水平的微结构型传感器研究,将生物芯片技术、新型化学传感器技术、多组分(多参数)集成传感器技术应用于分析仪器的研制和开发。

(2)开展分析仪器微型化和相关微根系技术的研究,重点进行微分析仪器使用的共性技术和新技术的研究、如微流控技术、微加工技术、微检测技术、微光源、全电子分光系统、微分光仪、新型芯片等的研究。

(3)过程分析、在线分析使用的微分析仪器及其关键技术研究。

(4)不同类别分析器联用技术的研究。当复杂基体的微量、痕量物质的含量及结构分析对分析对象的分辨能力提出极高的要求,且单一的分离技术甚至质谱分离技术均已无法从复杂的信息中分离出所需要的有用信息时,需要通过相关不同类别分析器的联用技术对物质的成分、结构、形态甚至是综合形态进行分析,以便同时获得原子和分子的信息。

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