电子测量仪器的现状及发展趋势研究

TECHNOLOGY

TREND随着现代科学技术以及复杂自动控制系统和信息处理与技术的提高，光电检测技术作为一门研究光与物质相互作用发展起来的新兴学科，已成为现代信息科学的一个极为重要的组成部分。光电检测技术具有测量精度高、速度快、非接触、频宽与信息容量极大、信息效率极高、以及自动化程度高等突出特点，令其发展十分迅速，并推动着信息科学技术的发展。它将光学技术与现代电子技术相结合，广泛应用于工业、农业、家庭、医学、军事和空间科学技术等领域。本文从光电检测技术本身特点出发，分析其发展趋势及应用前景。1电检测技术的发展趋势1.1光电检测技术光电检测技术是光电信息技术的主要技术之一，它是以激光、红外、光纤等现代光电子其件作为基础，通过对被检测物体的光辐射，经光电检测器接受光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，再经模/数转换接口输入计算机运算处理，最后显示输出所需要的检测物理量等参数。其工作原理如下图所示：光电检测系统工作原理图其技术主要包括光电变换技术、光信息获取与光信息测量技术以及测量信息的光电处理技术等。光电检测技术将光学技术与电子技术相结合实现对各种量的测量，它具有如下特点：1）高精度。光电测量的精度是各种测量技术中精度最高的一种。如用激光干涉法测量长度的精度可达0.05μm/m；光栅莫尔条纹法测角可达到；用激光测距法测量地球与月球之间距离的分辨力可达到1m。2）高速度。光电测量以光为媒介，而光是各种物质中传播速度最快的，无疑用光学方法获取和传递信息是最快的。3）远距离、大量程。光是最便于远距离粗寒痹的介质，尤其适用于遥控和遥测，如武器制导、光电跟踪、电视遥测等。4）非接触测量。光照到被测物体上可以认为是没有测量力的，因此也无摩擦，可以实现动态测量，是各种测量方法中效率最高的一种。1.2发展趋势从上面对光电检测技术特点的分析，并随着世界各国的激烈竞争正以日新月异的速度突飞猛进及科研技术的提高，光电检测技术的发展趋势主要表现在：高精度方向发展：检测精度向高精度方向发展，纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术是今后的发展热点；智能化方向发展：检测系统向智能化方向发展，如光电跟踪与光电扫描测量技术；数字化方向发展：检测结果向数字化，实现光电测量与光电控制一体化方向发展；多元化方向发展：光电检测仪器的检测功能向综合性、多参数、多维测量等多元化方向发展，并向人们无法触及的领域发展，如微空间三维测量技术和大空间三维测量技术；微型化方向发展：光电检测仪器所用电子元件及电路向集成化方向发展；光电检测系统朝着小型、快速的微型光、机、电检测系统发展；自动化方向发展：检测技术向自动化，非接触、快速在线测量方向发展，检测状态向动态测量方向发展；以上这些发展趋势是现代化生产的需要，是现代科学技术发展的需要，是国防建设的需要。2应用前景光电检测技术的产生使人类能更有效地扩展自身的视觉能力，使视觉的长波延伸到亚毫米波、短波延伸到紫外线、x射线，并可以在超快速度条件下检测诸如核反应、航空器发射等变化过程。光电检测技术以其所具有高精度、速度快、非接触、频宽与信息容量极大、信息效率极高、以及自动化程度高等突出特点，将光学技术与现代电子技术相结合，广泛应用于工业、农业、家庭、医学、军事和空间科学技术等许多科学领域。在工业领域方面主要表现在在线检测如零件尺寸、产品缺陷、装配定位；汽车传感器中如汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容，以及温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等。家庭应用方面主要表现在我们日常生活的用品中，如数码相机、数码摄像机的自动对焦———红外测距传感器；自动感应灯的亮度检测———光敏电阻；空调、冰箱、电饭煲的温度检测———热敏电阻、热电偶；电话、麦克风的话音转换———驻极电容传感器等。医疗卫生应用方面主要表现在：数字体温计中接触式———热敏电阻，非接触式有红外传感器；电子血压计的血压检测的压力传感器；血糖测试仪、胆固醇检测仪的离子传感器等。在国防和军事应用方面方面表现在夜视瞄准机系统的非冷却红外传感器技术、地基拦截器、早期预警系统、前沿部署（如雷达）、管理与控制系统、卫星红外线监测系统的方面。光电检测技术在航天领域的应用主要用于检测参数———加速度、温度、压力、振动、流量、应变、声学等传感器方面。从上面所述的应用现状可以看出，随着光电检测技术的发展及现代化进程的不断推进，光电检测技术的应用领域将越来越广，将广泛应用于工业、农业、家庭、医学、军事和空间科学技术等许多科学领域，其应用前景是相当乐观。3结论随着现代科学技术以及复杂自动控制系统和信息处理与技术的提高，光电检测技术将朝着检测结果高精度、系统智能化、检测结果数字化、检测功能多元化、检测器件微型化、检测系统自动化的放向发展，它将广泛应用于工业、农业、家庭、医学、军事和空间科学技术等许多科学领域，其应用前景是相当乐观

我国智能仪器仪表行业产业链现状及上下游企业优势分析

智能仪器是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器，拥有对数据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能。智能仪器的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。智能仪器仪表行业产业链上游为核心零部件及核心技术，主要包括传感器、控制器、减速器、传感技术、智能控制等；中游为智能仪表产品，主要包括智能水表、智能电表、智能温控仪等；下游为应用领域，主要包括机械、汽车、电子、航空、通信等。

智能仪器仪表行业产业链

资料来源：观研报告网《2022年中国智能仪器仪表行业分析报告-行业调研与前景评估预测》

一、上游分析

1.传感器

传感器是一种检测元件，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。根据数据显示，2019年我国传感器市场规模为2188.8亿元，2020年我国传感器市场规模为2510.3亿元，同比增长14.69%；预计2021年我国传感器市场规模可达2951.8亿元。 2016-2021年我国传感器市场规模、增速及预测

数据来源：观研报告网《2022年中国智能仪器仪表行业分析报告-行业调研与前景评估预测》

2.控制器

控制器是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。根据数据显示，2020年我国控制器市场规模达23746亿元，较2019年同比增长10.2%；据推测，2021年我国控制器市场规模可达27070亿元。

2016-2021年我国控制器市场规模、增速及预测

数据来源：观研报告网《2022年中国智能仪器仪表行业分析报告-行业调研与前景评估预测》

3.减速器

仪器的发展趋势

关于仪器的发展趋势，我们的x大大一直强调，“科技创新”“科技强国”“大国重器”“仪器共享”，这就足以看到国家对仪器的发展的看重性。科学技术的进步不断对仪器仪表提出更高更新的要求。仪器仪表的发展趋势是不断利用新的工作原理和采用新材料及新的元器件，例如利用超声波、微波、射线、红外线、核磁共振、超导、激光等原理和采用各种新型半导体敏感元件、集成电路、集成光路、光导纤维等元器件。其目的是实现仪器仪表的小型化，减轻重量、降低生产成本和更便于使用与维修等。另一重要的趋势是通过微型计算机的使用来提高仪器仪表的性能，担高仪器仪表本身自动化、智能化程度和数据处理能力。仪器仪表不仅供单项使用，而且可能过标准接口和数据通道与电子计算机结合起来，组成各种测试控制管理综合系统，满足更高的要求。

仪器仪表行业是中国发展的新型行业，在与国际接轨的同时，中国的仪器仪表行业发展有了长足的进步空间才能具备了与国际竞争的实力。

我国仪器仪表技术目前发展状况和差距

1.我国仪器仪表技术目前发展状况

第一、我国仪器仪表行业整体呈高速、平稳发展势态，行业呈现以下特征：首先，我国的仪器仪表需求量日益加大，成为发展最快的国家之一。目前我国生产的部分产品已经占到全世界的十分之

其次，并购重组速度加快。经过几年的发展和市场竞争，电工仪器仪表生产企业的生产集中度、集约化、规模化得到进一步提高，并形成了以少数电能表企业为龙头引领整个行业发展的局面。

第三，国际标准制定达到世界水平。国内多家企业、科研院所参与研制的具有自主知识产权技术的EPA正式纳入现场总线国际标准，标志着我国在现场总线领域拥有了国际认可的自主核心技术；

第四，先进自控系统、检测仪表、高端科学仪器等在研发及应用方面不断取得突破性进展。如上海维思仪器仪表研制的多声道超声波流量计，填补了我国高压气体超声流量计的空白，具有自主知识产权。

2.我国仪器仪表技术与国际水平的差距

— 1 — 测控技术与仪器专业发展历史、现状

摘要：测控技术与仪器是对精密仪器、电子技术、信息技术、精密测量以及其他测控技术的综合统称，并广泛应用于日常生活中，随着我国科技的不断进步与发展，及相关我国家政策的制定如中国制造2025与工业4.0计划，测控技术与仪器逐渐被各行各业所重视并且将其成功应用，相关的专业研究者也在顺应时代的步伐，加大对其的研究力度，本文从测控技术与仪器现状分析，对其发展提出自己的观点，旨在对其未来发展方向提出建议。

关键词：测控技术与仪器专业；历史沿革；培养目标

所谓测控技术与仪器，就是以精密机械仪器理论为依托，以光、电、机为主要技术方法，对自动化工作系统进行合理控制与测试的学科。随着我国互联网技术的不断完善与发展，测控技术与仪器与各个领域的关联日益紧密，涉猎范围越来越大，且在近几年的发展建设中也取得了非常大的研究成果，但因其本身的特殊性，测控技术与仪器对人才的要求标准较高，且要求综合能力较强，所以在人才的培养上就显得非常重要。本文对现阶段测控技术与仪器进行分析，并对其前景进行预测。

一、测控技术与仪器专业历史沿革

测控技术自古以来就是人类生活和生产的重要组成部分。最初的测控尝试都是来自于生产生活的需要，对时间的测控要求使人类有了日晷这一原始的时钟，对空间的测控要求使人类有了点、线、面的认识。现代社会对测控的要求当然不会停留在这些初级阶段，随着科技的发展，测控技术进入了全新的时代。 — 2 — 随着科学技术的飞速发展，光、机、电一体化系统的开发研制与应用越来越受到科研人员的重视。但是由于传统观念的影响，很多学者对本专业存在一个明显的认识误区，以为测控技术就是用三角板、直尺之类的仪器进行吃力劳苦的测量，其实这只是很浅显的认识，也是很浅薄的错误。我们可以听听清华大学测控技术与仪器专业一位同学的话，他说：“进入大学以前，我认为我将来的工作就是拿着大三角板，到处量量，呵呵，谁知开始上专业课了，才知道原来我们的专业是多么尖端，什么激光啦，纳米啊，都是我们测试的手段。现有的电脑硬件和软件，可以让我轻松地模拟实地环境，不仅学起来轻松省事，更提出了各式各样的问题，可以发挥自己的想像，设计更复杂完备的系统。”可见，一个真正的测控专业学者，需要掌握更多电学方面的知识，他们要掌握基本的电路知识，具有新颖设计思路，并且能运用多种新技术、手段进行工作。