浅析现代计量测试仪器的发展现状

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引言：本文就计量测试仪器的概念、特征及发展趋势进行了阐述，并对现代计量测试仪器的诸多特性，功能特征进行了说明。最后，对计量测试科学的发展做出了概况和展望。

计量测试仪器是人类认识、改造物质世界的重要手段，其发展标志着人类社会的进步与繁荣。现代社会，人们把人、管理、原材料、工艺装备和计量测试技术列为工业生产的五大支柱。西方发达国家早已将计量测试仪器列为信息学科和信息产业，从政策上给予支持。计量测试仪器的工业产值不高，但它对国民经济的影响很大。可以肯定，计量测试仪器将在国防建设、社会生产和人们生活中发挥越来越大的作用。

一、计量测试仪器的基本概念

（一）仪器仪表与计量测试的关系

传统观念上的仪器仪表是实现各种物理、化学、生物量的数值化检测的装置与设备；而计量测试的概念，包括测量与计算（即测量信息处理）两方面的内容。仪器仪表与计量测试，前者着重于对测量原理、方法、工艺及其实现过程的研究；后者则着重于利用前者实现对被测量的观测，以及对观测信息进行分析和加工处理，得到最佳观测结果。前者为后者提供手段，后者为前者提供了广阔的应用领域，二者相互依存，相互促进。

（二）现代计量测试仪器的范畴

近年来，仪器仪表与计量测试技术正朝着智能化方向发展。传感器技术、微电子技术、自动化技术、计算机技术和信息处理技术的迅猛发展，使仪器仪表在测量过程自动化、信息处理智能化和仪器功能仿人化等方面都有了巨大的进步。从广义上说，现代计量测试仪器已经远远超过了传统的“仪器”、“仪表”、“计量”、“测试”的范畴，它包括以单片机为信息处理核心的“智能仪表”、以PC机（或工控机）为信息处理核心的“自动测试系统”和目前发展势头迅猛的基于多传感器智能检测的“专家系统”，是一切以计算机为信息处理核心的智能检测设备的总称。

随着仪器仪表智能化程度、自动化程度的提高和信息处理能力的增强，过去许多依赖人工操作的测量过程和依靠手工计算的测量数据分析、加工、处理过程逐渐由现代计量测试仪器取代。过去许多人类无法观测的领域和参数，都可以由现代计量测试仪器实现。现代计量测试仪器已经成为集测量信号自动采集、测量量程自动调节、测量过程自动控制、测量结果自动处理为一体的智能化设备。现代计量测试仪器的发展，使仪器仪表与计量测试融为不可分割的整体，很难有明显的分界线。

二、现代计量测试仪器的特点

现代计量测试仪器的最主要特点便是智能化，即智能检测。所谓智能检测，应当包含采样、检验、故障诊断、信息处理和决策输出等多种内容，具有比传统的“测量”远远丰富的范畴，是检测设备采用现代传感技术、电子技术、计算机技术、自动控制技术和模仿人类专家信息综合处理能力的结晶。

现代计量测试仪器充分开发、利用计算机资源，在人工最少参与的条件下尽量以仪器设备（尤其是软件）实现智能检测功能。因此，现代计量测试仪器具有以下特点：

（一）测量过程的软件化控制

现代计量测试仪器可实现自动稳零放大、自动极性判断、自动量程切换、自动增益调节、自动报警、过载保护、非线性补偿、多功能测试和自动巡回检测。由于采用了计算机，上述过程采用软件控制。测量过程的软件控制可以简化仪器系统的硬件结构，缩小体积，降低功耗，提高仪器的可靠性和自动化程度。

（二）测量数据的智能化处理

智能化数据处理是现代计量测试仪器最突出的特点。现代计量测试仪器可以利用计算机十分方便地由软件实现线性化处理、算术平均值处理、加权平均值计算、数据融合计算、快速傅立叶变换、相关分析、模糊信息处理和其它估计算法，快速、便捷地进行各种信息处理，提高测量精度，获得和提供更多、更可靠的观测信息。

（三）高度的灵活性

现代计量测试仪器以软件为工作核心，生产、修改、复制都较容易，功能和性能指标更改方便，通用化程度高，组建、安装便捷。而传统的硬件检测设备，生产工艺复杂，参数分散性较大，每次更改都牵涉到元器件和系统结构的改变。

（四）测量速度快

高速测量是计量测试仪器始终追求的目标之一。所谓检测速度，是指从测量采样开始，经过信号放大、整流滤波、线性补偿、A/D转换、数据处理和结果输出的全过程所需的时间。目前，高速A/D转换的采样频率在1GHz以上，常用的32位PC机的时钟频率在500MHz以上。此外，高速显示、高速通信、高速存储、高速打印、高速绘图设备也日益完善。这些都为现代计量测试仪器的快速检测提供了条件。

三、现代计量测试仪器的发展方向

人类的信息化时代必将为智能检测提供更为广阔的应用前景。随着科学技术的发展，现代计量测试仪器将向着高可靠性、高智能化方向发展。

（一）采用新型信息处理方法

近年来，新型信息处理技术，如数据融合技术、模糊信息处理技术和神经网络技术等，在现代计量测试仪器中得到了有效应用，提高了系统的计量性能。例如，热处理炉温度自动测试系统采用多传感器进行数据融合处理，可以提高温度测量的可靠性与准确性，从而提高热处理产品的质量和生产效益；对于随机干扰因素较多的被测对象，利用传感器重复观测，通过基于参数估计的数据融合处理，可以提高仪器测量的准确性和重复性。

（二）高智能化发展趋势

现代计量测试仪器将在社会生产、军事防御、科学实验和人们生活的各方面获得广泛应用。计量测试仪器的操作将越来越简单，用户修改性将越来越强。提高计量测试仪器智能化的方法主要有：

（1）采用高智能化语言；

（2）发展虚拟现实技术；

（3）采用新型计算机；

（4）采用智能部件和新型器件；

（5）各种高新技术交叉渗透。

（三）通用化与标准化发展趋势

为便于获取和传输信息，实现系统更改与升级，现代计量测试仪器的通用化、标准化设计十分重要。目前的接口与总线系统较多，随着智能检测技术的发展，可望制订全世界通用的几种统一接口与总线系统标准，或者制订几种互相兼容的接口与总线系统标准，以便于系统的组建、更改、升级和连结。由于采用通用化、标准化设计，现代计量测试仪器将易于实现分散使用与大范围联网使用。现代计量测试仪器还可以与其它非检测性网络连接，获得其它系统的信息，为其它系统提供现代计量测试仪器的观测、估计、判断与决策结果。

四、结束语

计量测试仪器是理论联系实际、基础研究与应用研究并驾齐驱的高新技术学科。现代计量测试仪器技术的进步，是多学科技术和新材料、新工艺发展的综合体现。创新是计量测试仪器行业的灵魂。人类的任何进步和任何需求，都有可能促进计量测试仪器技术的发展。因此，现代计量测试仪器的科研、教学、管理和决策人员，应当敏捷地捕捉到能够促进现代计量测试仪器技术进步的信息，加快行业技术发展。

参考文献

[1]计量测试技术手册编写组. 计量测试技术手册.北京：中国计量出版社，1996.

[2]滕召胜，罗隆福，童调生. 智能检测系统与数据融合. 北京：机械工业出版社，2005.

[3]Jone P Bentley.Principles of Measurement System.Longman，1983.

（作者单位：河北省唐山市质量技术监督局芦台分局）