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国际仪器仪表产品技术发展趋势

话题调查中国仪表网2006年09月27日 09:34人气:745

仪器仪表作为信息工业的源头,是以电脑和微处理器的技术为核心技术,以计算机、网络、系统、通信、图像显示、自动控制理论为共性关键技术基础。这些信息技术应用到仪器仪表中,促成仪器仪表产品升级为智能仪器仪表,发展成为信息工业领域中一大系列产品群体。仪器仪表产品正向智能化、微型化、网络化和虚拟化方向迅速迈进。

  微型化

  仪器仪表产品微型化主要归结于超大规模集成(VLSI)新器件、微机电系统(MEMS)、圆片规模集成(WSI)和多芯片模块(MCM)等;采用微控技术、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,使仪器仪表产品体积缩小,精度提高。

  微电子机械系统(MEMS)技术是在微电子器件制造工艺技术基础上进一步融入微机械加工技术,并把两者结合起来的微制造技术,加工尺度在微米、纳米级。应用MEMS技术的微型仪器被称为芯片上的仪器,MEMS产品包括生物芯片,汽车加速计,压力、化学、流量计,微光谱仪等产品,广泛应用于生命科学、环境科学、航天、生物医疗、汽车工业、军事、工业控制等领域。美国德州仪器、英特尔、罗斯蒙特、德国Karlsruhe研究中心、摩托罗拉公司等产品已广泛应用了该技术。

  智能化

  仪器仪表产品智能化主要归结于微处理器和人工智能技术的发展与应用。

  由于微电子技术的进步,仪器仪表产品进一步与微处理器、微控制器、DSP芯片级嵌入式系统以及嵌入式软件融合,仪器仪表的数字化、智能化水平不断得到提高。以美国德州仪器公司提出的“DSPC”概念为例,以DSP芯片为核心,配合先进的混合信号电路、ASIC电路、元件及开发工具等提供整个应用系统的解决方案。目前DSP的生产工艺正在由0.35μm转向0.25μm、0.18μm、0.13μm,2005年可达到0.075μm。到2010年,DSP芯片的集成度将会提高11倍,单个芯片上将会集成5亿只晶体管。

  仪器仪表中采用了大量的超大规模集成(VLSI)的新器件、表面贴装技术(SMT)、多层线路板印刷、圆片规模集成(WSI)和多芯片模块(MCM)等新工艺,CAD、CAM、CAPP、CAT等计算机辅助手段,使多媒体技术、人机交互、模糊控制、人工神经元网络等新技术在现代仪器仪表中得到了广泛应用。无论在测量速度、精确度、灵敏度、自动化程度和性能价格比等方面,智能仪器都具有传统仪器所不能比拟的优点。智能化光仪器仪表产品不胜枚举:由硅制成的微传感器可按需要把信号放大、处理及控制集成到一块硅芯片上,做成新型变送器。利用嵌入式芯片和软件做成具有推理、学习、联想功能的智能化仪表。光谱仪器向全自动化方向发展(如内装机械手等机器人系统,实现无人操作)。

  网络化

  由于测量设备自动化、智能化水平的提高,多台仪器联网已推广应用,虚拟仪器、三维多媒体等新技术开始实用化。仪器仪表产品网络化主要归结于现场总线技术。基于现场总线的FCS(Fieidbus Control System)将取代DCS成为控制系统的主角,Internet和Intranet技术也进入控制领域,网络化系统渗透到企业从生产到管理、直到经营等各方面。通过Internet网,仪器用户之间可异地交换信息和浏览,厂商能直接与异地用户交流,能及时完成如仪器故障诊断、指导用户维修或交换新仪器改进的数据、软件升级等工作。国外著名仪器厂商正在积极研制和开发新型网络化智能化测量设备,如美国P&S DataCom(Microchip)公司通过多年对智能设备与网络间通讯方式的研究和开发,发明了具有专利的通用网络通讯控制器芯片--WebChipTM,并提供了一种简单、低价格、完整的智能设备网络连接方案。

  虚拟化

  仪器仪表产品虚拟化主要归结于虚拟现实技术。它是一种由计算机全部或部分生成的多维感觉环境,给参与者产生各种感官信息,使参与者有身临其境的感觉,能体验、接受和认识客观世界中的客观事物,深化概念和建造新的构想和创意。

  虚拟化创造了新的仪器模式——虚拟仪器,特别适用于现代越来越复杂的测试系统。软件是虚拟仪器的核心,利用计算机、一组软件和极少的必需硬件,就可在屏幕上虚拟出与传统仪器相似的显示面板,使用者通过鼠标和键盘操纵面板上的虚拟按钮、开关、旋钮来实现传统仪器的各种功能操作,并通过面板上的虚拟显示屏、数码显示器和指示灯了解仪器的状态读取或打印测量结果。
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