电子测量仪器行业发展综述

单月晖 连潞文 任水生 谭 旭 高 媛

(1.军委装备发展部某中心，北京 100034；2.中国人民解放军海军八〇七厂，北京 102401;3.中电科思仪科技股份有限公司，山东青岛 266555)

1 引 言

电子测量仪器是以模拟电路技术、数字电路技术为基础，涵盖信号处理技术、通信技术、软件技术、总线技术等多学科融合的高精尖测量设备或系统。其用途是对电特性进行定性或定量测量，目前已经广泛应用于国民经济各个领域。电子测量仪器的技术水平体现了一个国家的科技水平，关系到国家在众多高科技领域中的能力，同时也是国防实力的重要标志。随着科技的发展，电子测量仪器呈现出智能化、软件化等新的发展形态。本文在梳理电子测量仪器特点、国内电子测量仪器行业发展存在问题的基础上，重点探讨了未来电子测量仪器发展的趋势。

2 电子测量仪器的特点

2.1 基础作用重要

电子测量仪器作为信息获取的物质基础，是开展电子装备科研、生产、试验的关键设备，是国家科技现代化的先行者，是高新技术产业发展的重要基石和倍增器。目前，电子测量仪器已经成为工业系统科研生产能力建设的一项重要内容，据不完全统计，我国约30%的基建技改费用于购买电子测量仪器，其重要性由此可见一斑。

2.2 技术门槛高

一般来讲，电子测量仪器的性能指标要比被测对象的相应性能指标至少有一个数量级的提升，对其稳定性、准确性和可靠性要求会更高，特别是不少高性能的指标已接近物理极限，涉及的技术难点多，研制难度大，导致电子测量仪器的发展具有很高的技术门槛。

随着科技的快速发展，用户对电子测量仪器的功能和性能不断提出新的需求，呈现出高速、高频、宽带、高纯、大动态、高灵敏度等高要求，并呈现出朝着功能多样化、指标极限化、产品模块化、应用智能化方向发展态势，其研制生产需要综合应用很多前沿技术和基础技术，对电子测量仪器研制单位的技术积累、加工工艺条件、测试条件、环境试验条件等方面均有很高的要求，进一步抬高了电子测量仪器行业的技术门槛。

2.3 资源投入高

一方面，电子测量仪器的技术创新需要强大的资金支撑。近年来，国家高度重视电子测量仪器的研发工作，陆续实施了“科学仪器基础研究专项”、“重大科学仪器设备开发重点专项”等一系列技术攻关专项，据统计，十二五以来，国家自然科学基金委、科技部等国家部委累计投入的科研经费近百亿元，其中单个仪器项目的经费资助力度已经超过500万元。

另一方面，电子测量仪器的研发需要高技术人才的支撑。电子测量仪器的科技含量高，导致电子测量仪器行业成为一个高技术集约型行业，对从业人员的专业能力要求很高。通常，培养一名高水平的电子测量仪器专业技术人员往往需要10年以上的时间,无形之中抬高了电子测量仪器行业准入的人才门槛。

2.4 研制周期长

由于电子测量仪器组成结构比较复杂、研制技术难度大，其产品从基础技术研发到投入市场往往需要十几年的时间，包括从基础技术到产品化应用的研究周期10年左右、从产品立项到正式投入市场的研制周期3～5年。总体上来说，电子测量仪器产品普遍存在研制周期长、投入大、见效慢的特点，投资风险比较高。

3 电子测量仪器行业存在的问题

经过多年的技术及产业积累，我国电子测量仪器行业已经具备一定的技术基础和生产规模，初步完成产业布局，具备了与国外公司同台竞争的能力，基本满足我国国民经济发展对电子测量仪器的需求，电子测量仪器依赖进口的局面得到了一定程度的改善。但是，目前国内具备一定产业规模的电子测量仪器企业整体偏少，销售额超10亿元的电子测量仪器制造企业仅有一家，大部分企业尚未实现规模化、产业化发展，其产品的技术水平与国外同类产品相比也有一定差距。

3.1 基础性、前沿性和关键共性技术攻关能力不强

国产测试仪器的发展，在很大程度上受制于国内关键技术支撑不足的情况。近年来，不少电子测量仪器制造企业更多地关注仪器产品的开发，在事关仪器长远发展的基础性、前瞻性、具有自主知识产权的关键共性技术研究方面的资金投入、人力投入严重不足，导致核心竞争力较弱。

3.2 高水平专业技术人才缺乏

科技创新本质是人才驱动，电子测量仪器产业的发展需要高技术专业人才支撑。目前，我国电子测量仪器行业的从业人员不足万人，与国外大型电子测量仪器企业人员数量相差甚远，尤其在高端创新型领军人才、专业工程人才上严重缺乏，远不能满足我国电子测量仪器产业发展的需要。

3.3 高端电子测量仪器严重依赖进口

我国测试仪器产业虽然有了一定的发展，但还不能满足国民经济各行各业日益增长的迫切需求，特别是在高端电子测量仪器方面严重依赖进口。据行业协会以及海关数据估计，我国90%以上电子测量仪器依赖进口。其中，美国是德科技、德国罗德与施瓦茨、美国泰克科技等国外公司产品在我国电子测量仪器高端市场占据很大份额。

另外，由于我国高端电子测量仪器长期依赖进口，相关的用户单位已经习惯使用进口仪器，导致对国产仪器的了解不足、认可度不高，使用意愿较低。

4 发展趋势

针对电子测量仪器的特点以及我国电子测量仪器行业存在的现实问题，建议从两方面着手加快推进电子测量仪器的发展。一方面，应持续加大投入，加强关键技术攻关、人才队伍建设、产业化建设等，夯实电子测量仪器发展基础，提升国产化能力，逐步缓解高端仪器严重依赖进口的被动局面。另一方面，应持续跟踪测试技术前沿发展动态，前瞻布局测试仪器软件化、智能化等新形态研究，提升测试仪器领域的自主创新和原始创新能力，增强行业发展后劲。本节着重介绍电子测量仪器软件化和智能化两个发展趋势。

4.1 电子测量仪器软件化

伴随着测试需求的多样化和复杂化，以及动态可重构技术的发展，可以重新配置的测试系统应运而生。其系统硬件应具备可编程、可重新配置能力，系统软件应具备足够的灵活性在仪器内部实现智能处理。其中涉及的关键技术是软件定义仪器技术，即基于单片系统技术，构建仪器系统硬件通用平台，对传统仪器的硬件、软件组成进行合理的模块化，定义标准的控制接口、互联接口、结构形式，实现硬件电路的灵活组合和连接，信号处理的可重配置，软件功能的可扩展和测试任务可重构，满足不同的测试需求。

软件定义仪器技术是对以结构和功能固化为特征的传统测量仪器的柔性化升级，包括硬件可重构技术和软件可重构技术。

硬件可重构技术是以FPGA等可编程逻辑器件作为系统的逻辑控制核心，在仪器运行过程中通过软件实时控制，根据用户需求重新加载硬件的配置信息，改变其内部的逻辑结构和布局布线，实现电路重构，从而使固定的硬件实现多种可编程解法。硬件可重构技术不仅可以提高测试系统的实时处理能力、自适应能力、可靠性，还可以减小系统硬件的规模和降低功耗。

软件可重构技术是利用已有的软件成分来构造新的软件，实现软件框架和软件功能的重构。在软件定义仪器体系结构中，测试软件在可重构仪器系统平台的结构或者任务发生变化时，改变相应的软件，或调用已有的但未启用的组件，配合可重构仪器系统进行快速重构实现功能扩展，以满足测试任务的要求。

4.2 电子测量仪器智能化

人工智能作为一个新兴前沿学科，是引领未来发展的战略性技术，是德科技、NI等国际知名电子测量仪器生产企业纷纷投入大量资金和人力，加紧布局人工智能技术在测试仪器中的应用研究。我国也将加紧布局“人工智能+测试仪器”产业，推进新一代人工智能与电子测量仪器深度融合，打造“有思想、会思考”的智慧仪器产业，用现代人工智能技术赋予电子测量仪器新动能。当前，测量与计算机、控制、通信和人工智能技术的融合,形成了MCI体系架构,正朝着智能故障诊断预测、智能测试对象认知、智能测试流程规划、智能测试决策生成等方向发展。

智能故障诊断预测是目前应用前景最为确定的智能测试技术研究方向。随着大型电子设备集成化、信息化水平越来越高，其结构越来越复杂，轴承等内部部件故障发生率和维修成本也越来越高。对电子设备部件的故障机理进行深入研究，对监测指标进行趋势分析和故障预测是未来电子设备保障维护的重要发展方向。智能故障诊断预测使用大量信息数据，采用推断统计、神经网络等研究方法，对测试数据进行分析和预测，从而评估电子设备剩余寿命和健康状况，在寿命周期内、故障发生前对指标进行预测和采取预防举措，最大限度保证电子设备健康工作。

智能测试对象认知是智能测试技术的基础。目前的测试模式是测试人员集成资源适应测试对象，测试资源不具备对测试对象的自主认知功能。在复杂环境下电子设备的测试过程中，复杂多变的被测信号或种类繁多的被测对象要求装备测试具备自适应测试对象认知、测试资源构建与参数优化能力，实现多对象、多场景装备的应变认知测试，为信号变化产生的测试对象应变认知提供能力支撑，进而要求具备信号或对象的快速感知认知能力，为快速准确无人化设备测试提供支撑，未来急需突破基于机器视觉、目标检测等智能交互手段的测试对象智能认知技术。

智能测试流程规划可以解决目前测试流程生成慢、人员依赖度高等问题，实现测试流程快速自主规划，满足电子设备的智能化测试需求。急需技术攻关的主要内容包括：一是如何从复杂多变的测试流程中选择精准认知的测试方法，以应对不同测试任务下的测试流程需求。二是如何设计覆盖指定任务、测试思维形成、测试指令全局下达、测试参数自主全局提取等各流程的测试行为响应机制，实现全流程的测试行为全局自主响应。

智能测试决策生成是智能测试技术研究的核心。未来电子设备的智能集成化、控制无人化、场景适应化、性能尖端化程度高，对其进行测试，需要测试仪器具备决策辅助结论的快速准确生成能力。当前，电子设备进行性能测试以信号测试为主，对生成决策辅助结论的支撑较弱；进行状态测试必须依赖测试专家人为判断，且无法生成准确的决策辅助结论。未来，基于信号数据到辅助决策的决策自主生成技术研究，是实现智能测试决策生成的一个重要发展方向。

5 结束语

科技要发展，测试需先行。作为一个工业大国、科技大国，电子测量仪器要实现自主发展，必须打造我国自己的电子测量仪器工业体系，培养自己的测量仪器尖端企业，构建从前沿技术研究、关键技术攻关、产品研制到市场销售各环节在内的现代电子测量仪器一条龙发展的格局。本文从专业角度对电子测量仪器特点、行业发展存在问题进行了综合论述，并探讨了电子测量仪器未来发展趋势，希望能对电子测量仪器发展提供参考。