5、无线通信
工业无线通信技术的快速发展是自动化仪表领域显著的亮点,它的特征是:技术方案多样化,参与者迅速增加,成立了专业组织。推出多种无线演示系统、测量仪表样机,将成为全球主要自动化仪表展览的热点。
6、控制网络
未来几年网络控测和网络仪表是自动化仪表发展的重点,发展方向是大幅提高速度、简化安装和调试的复杂性、扩展无线功能以及发展网络技术。
7、标准化
标准化在自动化仪表发展历史上发挥过重要作用,未来还会对我国仪表产品追赶世界水平发挥重大作用。在新经济时代,有大量信息接口标准的需求,它的共同特点就是在相同的技术水平上可以有很多种标准化方案。现在对高技术新产品可以先制定标准,完全改变了标准化的理念。
科学仪器未来发展应当关注以下几个方面:
1、分析仪器
光学捕获(Optical trapping)是一种新型的光学微操作技术。它将一束光用高数值孔径的物镜聚焦成微米级的光斑,形成梯度来实现对微小粒子的捕获和移动。这项技术被广泛应用于各种微观领域的研究。
微型色谱仪将会得到很快的发展。C2V公司已经推出了世界上最小最快的手持式气相色谱仪,主机大小仅124×84×60mm,所含柱模块大小为60×100×12.5mm,可在10-30秒内完成天然气主要成份的全分析。
NMR的微型化近年来已经取得重大进展,瑞士Neuchatel大学开发成功一种高质量因子可供微流控芯片NMR全分析系统使用的射频平面微线圈,所需样品量仅为1-100纳升,并可在几秒内获得所需的信噪比。NMR微型化应当是值得关注的发展方向。
光频光梳光谱法(Optical frequency comb spectroscopy)是最新发展起来的另一种重要的仪器技术,采用这种技术可以在极短的时间内以很高的灵敏度检测许多不同的气体,将在临床诊断领域发挥重要作用。
2、精密检测仪器
当今时代已经进入分子、原子分析检测新阶段,微纳科技的发展直接推动了精密检测仪器的快速发展。值得特别关注是MEMS/NEMS(微电机系统/纳机电系统)测试仪器,以扫描隧道显微镜和原子力显微镜为代表的扫描探针显微镜,以及基于STM/AFM的基本原理新发展起来一系列SPM,如磁力显微镜、静电力显微镜等这些仪器的新发展。
3、光子成像仪器
一个以光子学与生命科学相互融合的新学科——生物医学光子学随着激光、电子、光谱、显微及光纤等技术的发展而迅速成长起来,应运而生出现了不少新型科学仪器。应用这些仪器不但丰富了人们对于光与生物组织体相互作用机理的认识,而且促进了各种新的生物研究仪器和医学诊断仪器的发明。光子成像技术主要包括漫射光层析成像、荧光成像、相干层析成像、光声成像等。光学相干层像(OCT)结合了共焦显微术和低相干光的外差探测技术,它是一种在一维光学低相干反射测量技术的基础上扩展而来的二维或三维成像技术。
4、光谱分析仪器
过去,光谱分析仪器主要应用在基础学科研究和矿物分析、产品质量监控等领域。值得关注一个新的发展动向是,由于人类生存和发展一些迫切的需求,同时计算机软硬件、微电子、计算数学、微型器件发展提供的新技术成果,使得光谱技术和仪器向生物、环境、医疗等领域快速拓展,无论理论研究、技术开发和仪器创新都有了明显的发展,今后还将更快发展。
四、重大进展
前面我们谈到,我国仪器仪表与测量控制还存在不小差距,面临着落后被动的局面。但是,由于国家的重视和支持,仪器仪表界和广大科技术工作者的努力奋斗,近年来我国仪器仪表与测量控制依然取得了可喜的成绩,获得了很大的发展。认真总结我国仪器仪表与测量控制的发展,有助于我们明确方向和增强信心。下面我们简要的回顾一下我国仪器仪表与测量控制近年来的重大进展。
1、工业自动化仪表与控制系统
在工业自动化仪表方面,近年来温度仪表的重要进展主要体现在红外热像仪的应用迅速扩大。流量仪表内锥流量计创新成果显著,我国已经拥有各种与V锥相关或相近的流量计产品专利超过20项,其中至少6项目是发明专利,超过了美国,成为V锥流量计专利高产国。国产低端压力变送器和带HART功能的压力变送器近年来也发展很快,品种多、规格全、价格低,在市场上已经很具竞争力。控制阀行业近年来的进展是显著的,产品“跑冒滴漏”现象得到很大改进,不少产品质量达到国外主流产品水平。
在控制系统方面,进展令人鼓舞。国产DCS系统已经进入大型超临界火电机组控制系统。2007年1月,上海自动化仪表股份有限公司的DCS系统在襄樊电厂首台600MW超临界机组上投运成功移交生产。国电智深公司于2007年11月成功签定江苏谏壁1000MW超临界机组自动化控制系统项目,并于2008年3季度成功中标两项大型超临界火电机组自动化控制系统项目。和利时公司和浙江中控公司的DCS系统,近年来在大型交通和石化工程项目上都得到了成功应用。特别应该提到的是,国产DCS系统在核电工程上的应用已经进入核岛控制系统。
浙江中控软件技术有限公司按照ISA-95中定义的MES系统模型,开发了ESP-Supplant Production Suite软件,它涵盖了ISA-95大部分功能,应用取得良好业绩。该公司已经成为ISA-95的正式会员,直接参与MES标准的制定。
和利时公司2007年被ARC和控制杂志评为全球50强过程自动化公司,浙江中控公司在评选过程中也被提名,这标志着我国自动化控制系统的企业已经进入可参与国际竞争的新境地。
2、科学仪器
科学仪器最能体现仪器仪表既是知识创新和技术创新的重要工具,也是科技创新研究的主题内容之一和创新成就的重要体现。
近年来,在国家的大力支持下,科学仪器获得了很快发展,以质谱仪为代表的高端科学仪器取得了重大进展,出现了可以与国外产品竞争的国产色——质联用仪器。特别是,我国“嫦娥”环月空间卫星上天,就携带了我国自主研发的多光谱遥测、信号传送仪器。四川汶川大地震,全国各地很快送去了大量环境、水文测量便携式分析仪器,表明了我国科学仪器产业的实力。
必须着重强调的是,嫦娥一号卫星携带的8种探测仪器,它们是用于月球表面三维影像探测的CCD相机和激光高度计;用于月表化学元素与物质成分及丰度探测的干涉成像光谱仪、γ射线谱仪、X射线谱仪;用于月壤厚度探测的微波探测仪;用于地月空间环境探测的太阳高能粒子探测器和两台低能粒子探测器等,全都是我国科技人员自主设计研制的。这些仪器不仅总体上达到了国际同类仪器的技术水平,而且在不少方面还有我国自己的特点和创新。这8种探测仪器的特点和创新包括:实现首次对月球表面进行全月面三维立体照相,这对月球表面形貌、地质构造、撞击坑等研究具有重要意义;所使用的伽马射线谱仪探测的分辨率和灵敏度比国际上以往月球探测中使用的同类仪器要高,所以有可能探测到更多元素等等。这一项进展被专家们认为是近两年来我国仪器仪表最重大的进展。
此外,近年来在科学仪器领域我国还取得了多项很有价值的进展。比如,自主研制出领先国际的分子束科学仪器——氢原子里德伯态飞渡时间谱交叉分子束装置;国际第一台真空紫外激光角分辨光电子能谱仪;离子迁移谱探测技术痕量爆炸物快速检测仪;新型生命探测仪器“SJ—3000搜救雷达”;便携式高分辨浅水多波束测深仪;光学捕获理论研究取得进展;光学相干层析成像技术及相关仪器开发取得多方面进展等等。
3、医疗仪器
国家“十一五”规划和建设创新型国家都把医疗仪器产业列为重点发展产业,国家在研发、技术平台建设、研究中心、重点实验室、产业基地各方面都加大了支持的力度,近年来医疗仪器也取得了长足的进展。在医学影像仪器方面,X射线机、计算机断层扫描机(CT)、超声扫描成像仪以及影像后处理与分析系统,无论技术水平和产品质量都有显著提高。在医用电子技术和仪器方面,值得提出的是清华大学研制出可作为个人电脑外设的脑控键盘和鼠标,还研制完成基于嵌入系统的脑控家居环境控制器,用于帮助丧失运动能力长期卧床的残疾人,2007年世界技术评估中心对这一成果给予了高度的评价。在眼科仪器方面,中科院成都光电技术研究所在波前像差的检查和自适应光学矫正技术方面具有很强的实力,近两年来他们创新地把技术优势应用于眼科领域,研制出了人眼波前像差检查和矫正系统,同时利用人眼的自适应光学矫正技术拍摄出分辨率很高的视网膜细胞照片,在国际上引起了高度关注。他们研发出的超高分辨率眼底照像仪器和人眼自适应光学矫正仪器在国际上居先进水平。医用激光仪器方面,复旦大学和长春应用化学研究所经过4年共同努力,利用毛细血管电泳电化学发光检测、表面等离子体共振(SPR)及激光诱导荧光和其他光谱技术,并和蛋白质芯片或基因芯片传感器等技术相结合,创新研制出某些肿瘤标志物的快速检测仪及配套的肿瘤标志物分析参数数据库,对恶性肿瘤的预警和早期诊断具有很高的临床应用价值。生物芯片技术在疾病分子诊断、癒后评价与预测、个体化医疗和保健、新药研究和开发、优生优育、公共卫生及传染病监控等许多领域具有广泛的应用价值。生物芯片(北京)国家工程研究中心暨博奥生物有限公司已经形成了生物芯片制备、微阵列制备、杂交、清洗甩干、扫描、试剂耗材、配套仪器控制软件、数据分析软件和数据库平台资源的全线配套和系列化,不仅打破了长期约束我国微阵列芯片和相关科研工作发展的国外垄断,而且形成了具有产业规模和国际竞争力的生物芯片技术平台产品。其技术完善和质量稳定的双激光共聚焦扫描仪近年来出口量年均复合增长率超过100%,在国际市场特别是欧美发达国家占据了一席之地,赢得了良好的声誉。
4、电子与电工测量仪器
这里,我们只列举两项突出的进展。一是微波毫米波矢量网络分析仪器跨入了世界先进行列,二是电能表综合技术达到国际先进水平。矢量网络分析仪是现代电子装备必备的关键的测试设备。我国在前几年研制成功矢量网络分析仪基础上,将其应用领域从线性网络向非线性、大功率网络的测试和分析发展,掌握了多种以矢量网络分析仪为核心的自动测试技术和自动测试系统构成及应用,使我国矢量网络分析仪的设计、制造和应用水平跨入了国际先进行列。我国是电能表生产大国,近年来非常注意在准确度、可靠性、功能、能耗、产品兼容性、环境适应性及可维护性等多方面提高技术水平,在国际市场上占有重要地位。
至于各种专用仪器、传感器、元器件和功能材料,近年来也有不小的进展,这里就不再一一列举了。
我国仪器仪表与测量控制正处在高速发展的时期,我们每一位科技工作者、企业家肩负着时代的期望和历史的重任,让我们团结一致,努力奋斗,为促进我国仪器仪表与测量控制更快更大的发展,彻底摆脱被动落后的局面作出应有的贡献。
各位代表,上面我就我国仪器仪表与测量控制的发展作了一个发言,谈谈自己粗浅的认识,作为参加学会30周年庆祝活动的一份礼物。发言中遗漏和不当之处在所难免,请大家批评指正。