论电子测量仪器发展的新方向

丁心庆

[摘要]随着信息科学技术的进步和电子仪器应用领域的扩大,电子测量仪器正朝着数字化、智能化、多功能、小型化、模块化、标准化和开放型方向发展。首先对电子仪器发展历史进行回顾,介绍电子测量仪器分类,最后论述电子测量仪器发展的新方向。

[关键词]电子测量仪器发展新方向

中图分类号:TH7文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0820023-01

电子测量仪器是知识密集、技术密集、高速发展中的行业。由于微电子技术、计算机技术的高速发展及其在电子测量技术与仪器中的应用,新的测试理论、测试方法、测试领域以及新的仪器结构不断出,在电子、电力、航空、航天、能源、交通、广播、电视、通信及其信息系统、微电子及电子元器件测试等方面已冲破了传统仪器的概念。

一、电子仪器发展历史回顾

纵观电子仪器发展的历史,大致经历了从模拟式-数字式-智能式-程控式的发展过程。1915年美国首先提出峰值电子电压表的设计,1928年商品化。20世纪50年代初期,仪器仪表取得了重大突破,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、分辨力与测量速度提高了几个量级。1952年美国NLS公司首先研制出电子管式四位数字电压表。20世纪60年代中期,测量技术又一次取得了进展,计算机的引入,使仪器的功能发生了质的变化,从个别电量的测量转变成测量整个系统的特征参数,从单纯的接收、显示转变为控制、分析、处理、计算与显示输出,从用单个仪器进行测量转变成用测量系统进行测量。20世纪70年代,计算机技术在仪器仪表中的进一步渗透,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。20世纪80年代,由于微处理器被键已经消失。测量系统的主要模式是采用机柜形式,全部通过IEEE-488总线送到一个控制器上。测试时,可用丰富的BASIC语言程序来高速测试,不同于传统独立仪器模式的个人仪器已经得到了发展。20世纪90年代,电子仪器与测量科学进步取得重大的突破性进展,这个进展的主要标志是电子仪器智能化程度的提高,微电子技术的进步将更深刻地影响电子仪器。

二、电子测量仪器分类

电子测量仪器属于仪器仪表类产品。仪器仪表是用以检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备。按照国民经济行业分类标准,仪器仪表大行业包括仪器仪表及计量器具等20多个专业分类类别,按产品的主要服务对象和领域分,又通常把仪器仪表大行业概括为生产过程测量控制仪表及系统、科学测试仪器、专用仪器仪表、仪表材料和元器件四大类。

在国家制定的仪器设备专项规划中,确定的质量效益目标是:全面贯彻国际标准质量体系认证,建立行业的质量体系,加强可靠性技术研究,提高产品内在质量水平。产品可靠性指标MTBF:自动化仪表达到5～10万小时;电度表达到25年,过载达6倍;科学测试仪器达到4000～6000小时。仪器仪表器件MTBF在108小时以上,仪器仪表材料产品合格率、一等品和优等品分别由目前的85%、70%和30%上升到90%、80%和60%以上。全行业60%的企业通过ISO9000质量体系认证,其中大型企业(集团)、重点骨干企业和高新技术企业全部通过质量体系认证。通过市场竞争,形成200个国产仪器仪表的名牌产品。

三、电子测量仪器的发展方向

随着信息科学技术的进步和电子仪器应用领域的扩大,电子测量仪器正朝着数字化、智能化、多功能、小型化、模块化、标准化和开放型方向发展,而这种演进大有越来越快的趋势。

(一)电子测量仪器与计算机、通信技术等的融合。测量已成为计算机、通信和网络的重要组成部分。仪器和计算机技术的前所未有的融合,越来越多的仪器选用以Windows软件和Intel芯片为平台,采用Windows GUI和基于军用标准的软件,同时,触摸屏被广泛利用,话音控制可解决双手同时被占用时操作仪器的问题,通过网络控制仪器操作,并用基于MS Windows和MS Visual Studio实现测试自动化;另外,仪器内部的VBA软件可有效地帮助实现生产过程中的测试自动化;仪器具备了更加先进的连通性,如USB接口,LAN接口,GPIB接口等。

此外,通信测量仪器水平达到新的高度。通信产业的发展速度超过了人们的想象,为适应通信产业的发展,国内加快发展通信电子测量仪器。近几年我国相关单位研制完成了无线寻呼检测仪、电台综合测试仪、数字微波通信测试仪、误码测试仪、数字传输/数据通信分析仪,等等,这些产品都达到了二十世纪末国际先进水平。

(二)向开放型的VXI、PXI模块化方向发展。VXI总线技术是二十世纪末出现的一个新的母线技术。它首先出现于美国,应用于美国空军电子测量仪器。VXI总线将VME总线和GPIB结合起来构成一个新的标准,这种模块式仪器平台可以满足未来仪器应用的需要,使电子测量仪器和系统步入一个新的发展时期VXI总线是一个新的行业标准接口母线,是一种完全开放的、适应多厂家仪器产品(模块、插卡式)的行业标准。其优点一是具备便携性,VXI大大减小了设备的体积和重量;二是大大提高测试速度,比GPIB的速度可提高40倍;三是适应性、灵活性;四是价格适中;五是有利于充分发挥计算机的作用。我国经过几年探索,已经取得了较大的进展,有关研究成果已应用于实际产品和用户当中。

(三)产品设计和制造技术趋于现代化。国外普遍采用了EDA、SMT、CAM、CDD、CAT等设计、制造技术,提高了产品的设计水平和产品的制造质量,缩短了生产周期。CAD,CAT技术的普遍采用,以及技术的“模块化”,使测量仪器的研究周期大为缩短,更新换代加快。仪器专用集成电路ASIC技术及表面贴装技术的应用,使仪器的结构更紧凑、可靠性更高、性能价格比更好。

(四)电子测量仪器进入虚拟时代。虚拟仪器的概念在20世纪80年代最早提出,核心的思想是利用计算机资源使本来需要硬件实现的技术软件化,降低系统成本,增强系统功能与灵活性。主要功能可由数据采集、数据测试和分析、结果输出显示等三大部分组成,虚拟仪器目前已经成为了行业的发展方向,测试测量行业已经进入仪器技术2.0(Instrumentation

2.0)的时代,借用最近非常红火的web2.0的概念,突出了用户对数据的掌控和对自定义的需求,成为研发的技术热点。第一台虚拟仪器在1985年诞生于美国,目前,虚拟仪器产品已占到全世界电测、电控仪器的10%。预计到2010年,虚拟仪器将占到整个仪器产品的50%。国内方面,在我国仪器仪表行业整体回暖的大环境下,虚拟仪器也得到发展,有力打破了国外企业垄断的市场局面,促进了国内仪器行业的发展繁荣。

参考文献:

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[3]许光福,当前电子测量仪器发展趋势及对策探讨[J].电子质量,2006,(10):1-3.