学科前沿报告

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··························································61一、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2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TCP／IP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TCP／IP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TCP／IP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、3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4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