国外仪器仪表的发展趋势

1、.：.；国外仪器仪表的开展趋势上海比特经济技术信息公司朱仁康 李 瑾 朱伟民综观科学上的艰苦发现，往往是由于新的观测手段的发明而开展起来的。以物理学诺贝尔奖金获得者为例，百分之五十的任务是得益于新的仪器或测试手段的发明发明。仪器仪表也是实现信息的获取、转换、存贮、处置和提示物质运动的必备工具，仪器仪表配备程度在很大程度上反映出一个国家的消费力开展和现代化程度。 一、 仪器仪表开展概略50年代初期，仪器仪表获得了艰苦突破，数字技术的出现使各种数字仪器得以问世，把模拟仪器的精度、分辨力与丈量速度提高了几个量级，为实现测试自动化打下了良好的根底。60年代中期，丈量技术又一次获得了进展，计算机的引入，

2、使仪器的功能发生了质的变化，从个别电量的丈量转变成丈量整个系统的特征参数，从单纯的接纳、显示转变为控制、分析、处置、计算与显示输出，从用单个仪器进展丈量转变成用丈量系统进展丈量。 70年代，计算机技术在仪器仪表中的进一步浸透，使电子仪器在传统的时域与频域之外，又出现了数据域Data domain测试。80年代，由于微处置器被用到仪器中，仪器前面板开场朝键盘化方向开展，过去直观的用于调理时基或幅度的旋转度盘，选择电压电流等量程或功能的滑动开关，通、断开关键曾经消逝。丈量系统的主要方式，是采用机柜方式，全部经过IEEE-488总线送到一个控制器上。测试时，可用丰富的BASIC言语程序来高速测试。不

3、同于传统独立仪器方式的个人仪器Personal instrument曾经得到了开展。90年代，仪器仪表与丈量科学进一步获得艰苦的突破性进展。这个进展的主要标志是仪器仪表智能化程度的提高。突出表如今以下几个方面。1 微电子技术的提高将更深化地影响仪器仪表的设计；2 DSP芯片的大量问世，使仪器仪表数字信号处置功能大大加强；3 微型机的开展，使仪器仪表具有更强的数据处置才干；4 图像处置功能的添加非常普遍；5 VXI总线得到广泛的运用。二、 国外仪器仪表开展特点1 新技术的运用目前普遍采用EDA电子设计自动化、CAM计算机辅助制造、CAT计算机辅助测试、DSP数字信号处置、ASIC公用集成电路及S

4、MT外表贴装技术等。2 产品构造变化注重性能价钱比。在注重高档仪器开发的同时，注重高新技术和量大面广产品的开发与消费。注重系统集成，不仅着眼于单机，更注重系统、产品软化，随着各类仪器装上了CPU，实现了数字化后，软件上投入了宏大的人力、财力。今后的仪器归纳成一个简单的公式：仪器=AD/DA+CPU+软件，AD芯片将模拟信号变成数字信号，再经过软件处置变换后用DA输出。3 产品开发准那么发生了变化从技术驱动转为市场驱动，从一味追求高精尖转为恰到益处。开发一项胜利产品的准那么是，用户有明确的需求；能用最短的开发时间投放市场；功能与性能要恰到益处；产品开发准那么的另一变化是收缩方向，集中优势。4 消

5、费技术注重专业消费，不搞大而全消费过程采用自动测试系统。目前多以GP-IB仪器组建自动测试系统。消费线上尽是一个个大的测试柜，快速地进展自动测试、统计、分析、打印出结果。三、 国外仪器仪表开展趋势1 自动化仪表的开展趋势工业自动化控制仪表主要包括变送器、调理器、调理阀等设备，控制仪表从基地式调理器变送、指示、调理一体化的仪表开场，阅历了气动、电动单元组合仪表到计算机控制系统DDC，直至今日的分散控制系统DCS。DCS曾经走过了20多年的里程，DCS以其高度的可靠性、强大而易于扩展的功能、美丽的图形界面、方便的组态软件、丰富的控制算法、开放的联网才干等优点，得到迅速的开展，成为计算机工业控制系统

6、的主流。PLC以其构造紧凑、功能简单、速度快、可靠性高、价钱低等优点，迅速获得广泛运用，已成为与DCS并驾齐驱的另一种主流工业控制系统。目前以PLC为根底的DCS开展很快，PLC与DCS相互浸透、相互交融、相互竞争，已成为当前工业控制系统的开展趋势。1 开放化开放化及小型化Down Sizing、顾客效力系统等新的、关键技术已进入自动化行业，与以往DCS相对应的PC机控制系统也曾经出现。近几年PC机及其相关技术的迅速开展，将对今后产生艰苦影响。开放化潮流的背景，有下述两方面：a 大量消费的PC机，已在企业和家庭中广泛作为信息设备。b 控制系统的范围逐渐扩展，用户希望自选设备，并能简一方便地把它

7、们相互衔接起来，进展一致管理。2 提供新的效力a 系统集成SISystem Integrator开放化经过多卖方技术设备的综合，建立系统，这就需求高效运转的控制系统集成业务，根据用户对象，熟习系统中各种自动化仪表，选择最正确设备。今后的趋势是由专门的SI部门来替代用户组成系统。b. 系统维修用通用信息处置设备组成的控制系统，当缺点出现时，判别哪台设备出缺点是非常困难的，仪表制造厂不仅要对本人的产品，还必需对在系统中的通用信息处置设备提供一定程度的综合维修效力。DCS阅历了初创1975-1980、成熟1980-1985、扩展1985以后几个开展时期，在控制功能完善、信息处置才干、速度及组态软件等

8、方面获得了令人瞩目的成就，曾经成为计算机控制系统的主流。当今几乎每个兴隆国家都消费本人的DCS，消费厂家一百多家，已销售几万台套。主要消费厂家集中在美国、日本、德国等多家公司，如美国的霍尼韦尔Honeywell，TDC300、TDC3000X、S9000；Foxboro,I/AS;Westing House,WDPF;ABB,MOD300; 日本横河Yokoyawa,CENUM,xl; 日立HIACS3000、5000；德国的西门子Siemens,TelenermM、SIPAOS200；加拿大贝莱BAILEY，N90。目前世界上约有200家PLC消费厂家，目前占控制市场份额30%。主要消费厂家

9、有美国的AB公司，莫迪康公司、GE公司、德国的西门子公司、法国的Teleme Cangue公司、日本的欧姆龙公司、三菱电机公司。PLC将与IPC、DCS集成，PLC逐渐成为占自动化安装及过程控制系统最大市场份额的产品。据美国专家预测，到2000年PLC占控制市场份额将超越50%。现场总线技术是九十年代迅速开展起来的一种用于各种现场自动化设备与其控制系统的网络通讯技术，是一种用于各种现场仪表包括变送器、执行器、记录仪、单回路调理器、可编程序控制器、流程分析器等与基于计算机的控制系统之间进展的数据通讯系统。有人预测：基于现场总线的FCSFieidbus Control System将取代DCS成为

10、控制系统的主角，Internet和Intranet技术也将进入控制领域，计算机自动化系统浸透到企业从消费到管理、直到运营的方方面面。3 自动化产品市场需求将快速增长全球的自动化产品市场销售额预测如下：全球的过程自动化产品市场销售额，在1996年达461亿美圆，到2001年将半长到559亿美圆，估计在2006年将到达700亿美圆。从1996年到2001年间的年平均增长率为3.9%，而从2001年到2006年年平均增长率将到达4.6%，以不变价钱计算，那么2006年的销售额为761亿美圆。主要运用于玻璃、陶瓷、钢铁和有色金属工业、轧钢和铝板材工业、化学、食品和制药业、石化工业、纸浆和造纸业、环保、

11、矿山、石油和天燃气工业等。在1996年的自动化产品，系统和维修的461亿美圆中，有406亿美圆是属于自动化工程工程方面，有54亿美圆是用于操作方面。丈量和自动化技术作为新的投资，在工厂现代化投资中将增长2-3倍。到2006年全球过程自动化产品的市场需求情况为：矿山工业为70亿美圆、原资料工业为90亿美圆、过程工业为360亿美圆、电站为110亿美圆、环保工业为70亿美圆。就全球地域而言，北美占27.2%、西欧占26%、亚非不包括日本占21.1%、日本占12.3%、东欧占4.7%、南美占4.9%，其它地域占3.7%，从中看出亚非地域的市场开展前景最好。2 科学仪器科学仪器含光学仪器和分析析器A 光

12、学仪器光学仪器是工农业消费、资源勘探、空间探求、科学实验、国防建立以及社会生活各个领域不可短少的察看、测试、分析、控制、记录和传送和工具。特别是现代光学仪器的功能已成为人脑神经功能的延伸和拓展。集成电路消费所用制造设备种类的40%、数量的60%都是光学设备，而检验仪器所占比重就更大。计量任务约有90%属几何尺寸丈量 ，其中主要用光学计量仪器来完成。过去在计量室丈量一个凸轮需求数小时；如今在车间消费现场，用计算机控制的三坐标丈量机进展丈量只需10分钟。轧钢消费现场条件极其恶劣，被测件温度超越1000。运动速度为数米每秒，并伴有振动、高温、氧化层飞溅、冷却水雾弥漫和强电磁干扰，但是利用CCD光电在

13、线测径系统在轧钢消费中进展在线尺寸检测，控制了消费流程，就能保证产品高质量和消费高效率。 光学遥感仪器协助 人类处理面临的能源、粮食、气候预告、环境监测等方面的艰苦问题。在15号阿波罗飞船上装载的光学遥感仪器就有近十种。美国在70年代先后发射三颗陆地卫星，化费2.5亿美圆，但所获经济效益大得多，其中仅用遥感仪器监视洪水、探测农作物病虫害、改良油田勘探以及粮食估产等几项，每年的经济收益估计就达15亿美圆以上。由于光电系统具有光学和电子两方面的技术优势，从而能满足消费过程中的自动监控以及图象分析、精细丈量、信息处置和伟输、微观察看、记录、显示、传送和储存；利用光电转换能在太空、深水、高温、有毒有害

14、气体、核辐射等各种特殊环境下正常地任务。因此光机电一体化的现代光学仪器或光电仪器设备运用非常广泛。 现代光学仪器的开展趋势随着光学仪器产业构造的全球性调整，主要工业兴隆国家竞相开展高技术产品，使传统的光学仪器已向现代光学仪器转变。美日德等国为了开展现代化的光学仪器工业，大力开发和运用各种新技术、新器件、新资料、新原理，系统地运用光机电算综合技术，以最快的速度开发新颖的高附加值产品投入市场。使光学仪器向产业高技术化、产品高附加值化和智能化、企业集团化和国际化、制造技术柔性化方向开展。 现代光学仪器的特征 1 现代光学仪器冲破了传统现论以几何光学或物理光学为根底的束缚，光学技术同其它学科和技术不断

15、融化、浸透，派生出新的学科分支，构成许多交叉开展的领域，突破了长期来光学的传统运用范围。如以傅里叶变换原理为根底的各类傅里叶变换光谱仪；基于光声效应的激光光声光谱仪；利用激光开辟新的丈量原理、方法，使众多的激光计量检测仪器问世，激光技术与传统的显微镜相结合，开发出激光扫描显微镜系列产品；得用光电转换原理消费了一大批新颖的光电仪器。许多新技术如激光、红外、光纤、光信息处置、微光学等得到开发运用。 2 在构造上突破了以光学和机械为主体的根本框架，集光学、机械、电子、计算机于一体，电子技术、计算机及其软件成为仪器不可分割的重要组成部分。 3 摆脱了传统光学仪器离不开人的操作和观测的经典方式，操作、检

16、测、数据处置和信息传送实现自动化，任务效率、文凭性和可靠性是传统光学仪器无可比较的。4 在设计方法上日益采用计算机辅助设计、优化设计和三化设计。整个系列产品种类之间零部件通用性强，规范化程度高，规范件多，因此使仪器本钱下降，质量提高。5 现代光学仪器的质量评价规范更全面、更严厉。过去，评价传统光学仪器的质量，主要着眼于功能目的，即仪器的运用范围、精度等级、灵敏度、反复性、稳定性及构造特性等。如今较全面地客观评价现代光学仪器的质量目的、可靠性、工艺性、经济性、人机学目的、美学目的、规范化及专利权目的等八个方面。 开展趋势 从传统光学仪器转变现代光学仪器，关键在于计算机化，而微电子技术是根底。光谱

17、仪器开展最快，兴隆国家80年代已实现微机化，现已向联用技术、全自动化如内装机械手等机器人系统，实现无人操作，实验室信息管理系统自动化及智能化方向开展。光学计量仪器从大型精细仪器-三坐标丈量机到传统的自准直仪和投影仪都已实现微机化、光电化；激光技术的结合和CCD等光电器件的引入，更为快速、准确、可靠的在线检测和监控发明了条件。在未来10年，由于高新技术的开展和运用，将进一步推进光学仪器实现光机电算一体化和智能化。现今的智能化仪器更确切地应称为微机化仪器。而更高程度的智能化是信息技术的最高层次，应包括了解、推理、判别与分析等一系列功能，是数值、逻辑与知识的综合分析结果，智能化的标志是知识的表达与运

18、用。电子技术、计算机技术和光电器件的不断开展和功能的完善，为仪器向更高档次的智能开展发明了条件。 未来10年，光和电的浸透会进一步强化，更多的新技术、新器件推行运用，因此在光机电算一体化的根底上熔入不同原理，派生出新用途的产品，以满足各领域日益增长的需求。具有优良性能的光电器件和功能资料的开和运用，将加速现代光学仪器的开展。如CCD器件、半导体激光器、光纤传感器等制造技术趋于成熟，实践运用已获突破，显示了广泛的运用前景。它必将使光学仪器领域发生重要变革，推进产品向小型化、高分辨、光电化和自动化开展。光学计量仪器 未来的光学计量仪器仪表必需简化设计，大量紧缩零部件，提高智能化和便于操作，开展在线

19、计量测试仪器仪表 利用物理学的新效应和高新技术及其成就开发新型计量测试仪器仪表和新型高灵敏度、高稳定性、强抗干扰才干的新型传感器技术如：利用高温超导量子干涉器SGUID开发计量测试仪器、物理学测试仪器、地学和地质学仪器、化学分析仪器、医学仪器帮无损资料检验仪器等。利用椭偏技术来检测光纤、光学玻璃等，这是大家所共知的。但它与近场光学相结合，不仅可以丈量外表精细构造，同时根据近场光学反射偏振信息可以分辨出被测物体的资料。这是目前实验研讨的新探求。 将可调谐稳频激光光谱仪的技术用于高精细的几何量与机械量和多种无形状的量的丈量，如：高精度的折射率丈量、光波波前沿的丈量、超薄膜层厚度的丈量等。 开发新一

20、代微型光纤传导激光干涉仪，它的丈量范围可以从纳米到几米或更大的范围。分辨率可达10nm。并且抑制了HP激光干涉仪的缺陷，但它具有HP激光干涉仪的一切功能。另外，它还可用于称重，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。开展纳米丈量技术，建立纳米计量测试规范。这是当今在计量与丈量技术研讨中非常活泼的课题。 开展丈量机器人。类似的丈量仪器已出现。即Zeiss的Scan Max三坐标丈量机。操作非常方便，工人学习510分钟即掌握运用；可放在车间运用，自动修正影响丈量精度的外界干扰；目前的丈量精度为35m。 它是利用了智能机器人技术，但要保证丈量量值的计量正确性是一个非常复杂实际和技术

21、问题。目前已得到了初步处理。 环境维护科学仪器仪表的开展与提高，将是当今和21世纪的重点研讨领域。有关环保科学仪器仪表的检测和有关这方面的配套的计量仪器仪表还缺乏。 用于消费平安与防护的科学仪器仪表也还需大力开发与开展。它将成为仪器仪表行业的新分支。B. 分析仪器分析仪器是集光、机、电、化、计算机等多学科技术为一体的高技术产品，在计算机技术、微电子技术、现代数字手段、信息处置论，数字图像技术以及人工智能技术的开展推进下分析仪器仪器正向智能化方向开展智能化包括了了解、推理、判别、分析等一系列功能，它是数值、逻辑和知识的综合分析结果，智能化是知识的表达和运用。 分析仪器智能化开展趋势主要表现是：基

22、于微电子技术和计算机技术的运用实现分析仪器的自动化，经过计算机控制器和数字模型进展数据采集、运算、统计、分析、处置提高分析仪器数据处置才干，数字图像处置系统实现了分析仪器数字图像处置功能的开展；分析仪器的联用技术与人工智能的广泛运用等。这些使现代分析测试速度超高速化、分析试样超微量化，分析仪器的超小型化的开展趋势。 世界分析仪器事业继续快速开展可以由二个角度来看：从技术开展角度来看，世纪之交的世界分析仪器技术可以说正在阅历一场革命性的变化，传统的光学、热学、电化学、色谱、波谱类分析技术都已从经典的化学精细机械电子学构造、实验室内人工操作运用方式转化为光、机、电、算计算机一体化、自动化的构造，并

23、正向更名副其实的智能系统开展带动有自诊断自控、自调、自行判别决策等高智能功能，可与多台仪器、多个实验室结合的综合分析管理系统LIMS, Laboratory Information Management System曾经推行运用：仪器计算机内装上调制解调器从而可以上网、制造厂商可与全球用户或用户之间实现实时信息交流例如厂商对用户正在运用的仪器进展远距诊断、指点正确运用或提出维修指点，各同类仪器用户或一样分析任务用户直接进展数据互换、情报共享等，曾经不是研讨开发的方向，普遍抗议运用亦已指日可待。从世界分析仪器销售增势来看，世纪之交在农业、能源、信息、环境、资料、生物、医学等领域快速开展的全球需求

24、刺激下，加上分析仪器技术开展推进的分析仪器更新换代周期不断缩短、使多年来世界分析仪器市场销售额坚持10%左右甚至更高的年增长率，这阐明分析仪器行业不是夕阳产业，而是能不断更新坚持旺盛的生命力。世界分析仪器技术更新快、高科技含量增长迅猛。为顺应现代高科技研讨和产业的迅猛开展，作为信息时代信息获取-处置-传输链的源头技术，分析仪器技术的开展是必然的。没有新的分析方法、分析技术和相应的全新分析仪器，不能更高、更全面、更灵敏、更可靠、更方便地获取研讨、消费、社会、环境等领域中全方位的分析检测信息，21世纪的信息时代就无从谈起。这是我们在世纪之交期间面临新情势的一个特征，也是分析仪器新技术、新元器件、新

25、产品会不断涌现、高科技含量越来越大的缘由。从另一个角度来说，也是被世界科技和产业、人类社会开展大情势的要求逼出来的、是分析仪器技术顺应大情势开展的结果。分析技术和分析仪器的运用日益拓展在20世纪前些年，经典的分析技术和分析仪器主要是为现代产业大消费效力的，主要为了顺应分析、监控工农业消费、保证产质量量、保证大消费流程平安高效的要求而开展、提高的；当今世纪之交分析技术和分析仪器的用武之地曾经大大拓展，最引人注目的是在生物、环保、医学等有关人的生存、开展领域的运用日新月异现代高科技在军事方面的开展也促进了分析技术和分析仪器的运用拓展例如生物武器、化学武器战争中高速、灵敏、准确的现场毒物检测、生命保

26、证义务也大大扩展了分析仪器的运用领域。可以一定：在新世纪到来后，分析技术和分析仪器的运用由物人的拓展趋势将更加显著。我们必需看准这个开展潮流，在分析仪器事业的开展思绪中摆正位置、选好方向。21世纪初，世界分析仪器市场的年销售额递增率为8-10%。2000年世界市场将达300亿美圆，世界分析仪器最大的市场是美国，约占总销售额的40%，其次是欧洲约占27%，第三是日本，约占20%，中国进口分析仪器仅占世界销售额的1.4%。科学仪器世界市场 科学仪器随着世界经济增长，市场需求今后可望每年以3-6%的速度增长。需求潜力最大的产业部门有：通讯、电力、信息、生物、生物技术、医药、环保等。市场前景最好的国家

27、和地域为东亚和墨西哥。全球科学仪器的市场规模约200亿美圆，主要市场为美、德、日、法、英、意等工业兴隆国家。主要消费国和出口国是美、德、英、瑞士、日本、意大利。近年来部分开展国家对科学仪器的需求增长很快，这些国家地域有智利、捷克、洪都拉斯、印度、台湾省、厄瓜多尔、埃及等，他们对科学仪器的进口正在以年均15-30%的速度增长。拉美市场由于不断开放，国内工业正在面对大量进口产品的竞争。市场的开放导致科学仪器进口关税率下调和外汇控制放宽，例如哥斯达黎加不仅减速让关税，耐用为进口商及时提供外汇，进口商可从任何一家当地银行获得外汇，而无须中央银行同意，进口产品与当地产品的竞争迫使当地企业加强质量管理，提

28、高产质量量，并添加质量管理所用的各种检测仪器的进口。拉美地域大部分国家没有科学仪器的消费才干，少数国家如巴西虽然有一定制造才干，但无法供应精细的高程度的仪器。一些进展经济改革，特别是企业私有化进程加快的国家，如墨西哥的企业为了提高竞争力，对研讨开发工程越南来越注重，这有利于科研用的各种物理、化学分析仪器需求的增长，另外，环保也更加遭到政府的注重，气体分析仪器等的需求量正在上升。美国、德国、瑞士和日本是拉美国家科学设备的主要供应国，巴西因地理优势也占有一份市场。该市场要求产品价钱合理，质量优良，送货及时并耐用性强。东欧国家中引人注目的市场是捷克、波兰、罗马尼亚。由于公费医疗被取消和大型环保工程方

29、案出台，捷克对仪器仪表有强大需求。波兰是东欧最大的仪表市场，国内消费有限，进口壁垒很小，用于科研的设备免征关税。匈牙利的医疗制度也正在变革，但受预算约束，购买。乌克兰等其他东欧国家的主要需求部门也是科研和教育机构，这些部门购买力有限。东欧、俄罗斯、乌克兰精于消费各种分析丈量仪，但在消费自动控制仪器，边缘设备和软件等方面逊于西方国家。在非洲，埃及、摩洛哥是重要的仪器仪表市场。根据埃及1992年-1997年的五年方案，政府拨款4亿美圆改造科研机构的配备，由于本国产量很小，几乎均依托进口，其中进口较多的产品有：化学分析仪器、光学仪器、检测仪器。此外，尼日利亚也很引人注目，该国对科仪器需求很少，但食品

30、、制药业、化装品的国家规范非常严厉，迫使企业大量购买检测仪表。在东亚，亚洲四小、印度、印尼、马来西亚、菲律宾、巴基斯坦、泰国对仪器仪表有旺盛的需求。亚洲四小面临产业构造晋级，对科研开发非常注重。新加坡政府对工业企业研讨开发有专门的财政资助，香港为产业转轨也加大了科研开发投入，台湾省当局不仅添加了根底研讨开发的财政支出，而且对私人企业的研讨开发给予减免税优惠。这些国家和地域对高附加值的化学分析仪器、物理分析仪器、电子丈量仪器肖很大需求。印度的仪器仪表市场呈现继续上升的势头，由于政府强调提高效率和竞争力，再加上对能源、电力、钢铁、化肥、纺织、造纸、石油、石化、制药、生物技术、食品加工等各个部门的投资规划，以及随着印度制造商和出口商越来越多地实行ISO9000系列质量规范认证体系，对购置仪器仪表的支出正在添加。印度还有相当大量的科研机构和大学从事高科技研讨和质量控制任务，这些