现代测试计量技术及仪器的发展

现代测试计量技术及仪器的发展

一．研究现状及研究水平

当今发展和制造技术快速进步引发了许多新型计测问题，推动着传感器、测试计量仪器的研究与发展，促使测量技术中的新原理、新技术、新装置系统不断出现。和传统的计测技术比较，现代测试计量技术呈现出一些新的特点。

1. 测量精确度不断提高

2. 从静态测量到动态测量

3. 从简单信息获取到多信息融合

4 几何量和非几何量集成

5. 测量对象复杂化、测量条件极端化

6 虚拟仪器技术获得了广泛应用

二.存在的问题和差距

纵观我国计量测试技术及仪器设备的历史与现状，和国外先进水平相比，存在下列不足：（1）对技术创新重视不够，自主创新能力较差，原创技术少。在已有的主流计量测试技术及仪器设备中，很少有我们自己的原创技术。诚然，和其他学科类似，原创涉及理论基础和行业积累，长期以来我国和工业发达国家在制造技术上的差距，相当程度上影响了计量测试技术的研发能力，但不可否认的是，对计量测试技术的作用和地位认识不充分、研究力度和资金投入不足、研究工作不扎实、急功近利、只重数量不重质量、不重视工程应用等因素，也直接促成了当前研究缺乏活力的状况。

（2）高端、高附加值测量仪器设备几乎空白。当前主流行业应用中的高端仪器设备，国内品牌被排斥在外。高端仪器有着很高的附加值和商业利润，常常是一只进口的便携式仪器箱容纳的设备价值超过100 万RMB，甚至更多，而一套大型的国产仪器设备只有相对低廉的利润。高端仪器设备的高额利润建立在高技术含量的基础上，因为利润高，保证了后续研发有充足的资金投入，形成了良性循环。与此形成反差的是，国内建立在原材料和人力成本优势基础上的仪器设备，必然利润微薄，继而造成研发投入不足，严重制约着我国测试计量技术及仪器设备的进一步发展。

（3）测试计量技术是面向工程应用的学科，推动学科发展的主要动力来源于应用需求，理论成果如无工程背景，不能解决工程应用中的测量问题，则意义和价值将大打折扣。况且，我国在测试计量理论上也很薄弱，近年来虽发表了大量的学术论文，出现了很多研究成果，高水平、实用性强的成果不够多，而较多的则是低水平重复。此外，由于行业原因，我国计量测量从业人员较少，业务素质整体水平不高，人才流失，尤其是高层次人才流失严重，也严重阻碍了学科的发展。

三.研究动向和主攻点

当今制造技术的快速进步引发了许多新型测试计量问题，推动着传感器、测试计量仪器的研究与发展，促使测试计量技术中的新原理、新技术、新装置系统不断出现。和传统的技术比较，现代测试计量技术呈现出测量仪器的作用愈加重要，新的仪器不断出现，如便携式

形貌测量、基于视觉的在线检测、基于机器人的在线检测与监控、微/纳米级测量和虚拟测试技术等。除此，仪器设备的精确度有了质的飞跃，自动化程度得到显著改善，近10余年来，由于信息技术快速、密集的渗透和扩展使测试计量技术及其仪器受到深刻的影响和严峻的挑战。测试计量系统中的新原理、新方法和新的制造工艺在信息学的影响下不断涌现。特别是测试计量及仪器技术与软件技术之间的响应日益快速、交融日益紧密，使得计测系统在大型、复杂、高精确度、多功能等方面出现了一次又一次的跨越。从目前世界趋势看，工程系统的计测手段正在被快速发展的智能测试和虚拟测试技术逐渐取代。目前，国内计测技术的研究及仪器设备的水平与国外比较还有一定差距，与国内快速发展的制造业还不很协调。同时也应看到，当前全球同步发展的计算技术、信息技术，高性能器件、全球市场的开放和融合，加之国内制造业的兴起等等，为国内计测技术及仪器设备的振兴提供了现实的机遇。加强计测技术研究，提高仪器设备性能应当成为当前乃至今后一段时期国内制造领域内的一项重要任务。

1.发展趋势

当前的传感、测试计量和计测仪器在机械系统和制造过程中的作用和重要性较之过去有明显提高，已作为必须的组成部分参与到系统的功能中。这种地位的变化，加之机械及制造技术的快速发展促使对传感器、测量仪器的研究不断深入，内容不断拓展，使得当前乃至将来一段时间内，该领域内研究的问题都将主要集中在传感原理、数字化测量、超精密测量、测量理论及基准标准等方面。其中涉及的共性问题有：新型传感原理及技术，先进制造的现场、非接触及数字化测量，机械测试类仪器“有界无限”统一模型的建立及实现，超大尺寸精密测量，微/ 纳米级超精密测量，基准标准及相关测量理论研究等，上述问题的研究也是测量技术研究领域内最具活力、最有代表性的研究方向。

1.1 新的测试计量问题的不断出现

新的测量问题不断出现和最终解决有赖于传感原理和测量传感器研究的创新。综合目前国内外研究状况，该领域大致有两方面主要工作：（1）研究开发全新传感器原理和传感器；（2）深入研究和改进已有的传感原理和传感器，以获得更好的性能。前者如近年来获得广泛关注的基于MEMS 工艺的集成多参数传感器、耐高温压力传感器、微惯性传感器、光纤传感器等；后者如电容、电感、电涡流、光栅尺、磁栅尺、观测型扫描电镜、激光干涉仪等传统传感器的深入原理研究和性能改进措施。

1.2 测试计量技术应该符合现代制造的要求

传统的制造系统中，制造和检测常常是分离的，测量环境和制造环境不一致，测量的目的是判断产品是否合格，测量信息对制造过程无直接影响。现代制造业已呈现出和传统制造不同的设计理念、制造技术，测量技术应当从传统的非现场、“事后”测量，进入制造现场，参与到制造过程，实现现场在线测量。现场、在线测量的共同问题包括非接触、快速测量传感器研制与开发、测量系统及其控制、测量设备与制造设备的集成几方面。近年来数字化测量的迅速发展为先进制造中的现场、非接触测量提供了有效解决方案，多尺寸视觉在线测量、数码柔性坐标测量、机器人测量机、三维形貌测量等数字化测量原理、技术与系统的研究取得了显著的研究成果，并获得成熟的工业应用。

1.3 领域测试类仪器统一模型的建立

领域测试类（例如机械测试类）仪器的“有界无限”统一模型的建立。所谓“有界无限”是指领域测试是一个“界”，只要在这个“界”内，同类测试的功能或仪器都将被包含或可添加到这一系统中。这一统一模型称之为“岩石模型”。基于这一模型理论，对测试功能虚拟控件进行多次、深度集成制造便可由上述模型演变成为一个“有界无限”、包含大量测试