當下煤質(zhì)分析儀器進(jìn)展的優(yōu)勢和走勢

　　1現代儀表的發(fā)展特點(diǎn)

　　隨著(zhù)計算機、微電子等技術(shù)的迅猛發(fā)展，各類(lèi)煤質(zhì)儀器儀表的發(fā)展也極為迅速，縱觀(guān)國內外煤質(zhì)分析儀器儀表的發(fā)展，具有以下特點(diǎn)：

　　(1)煤質(zhì)分析設備技術(shù)指標被不斷提高

　　更快、更高、更強是儀器儀表永遠的追求。以?xún)x器儀表的電壓測量控制范圍來(lái)講，現代煤質(zhì)分析儀表的測控范圍可達納伏~百萬(wàn)伏;以測量精度指標來(lái)說(shuō)，工業(yè)參數測量已提高至0.

　　02以上，航空航天參數測量則更高達到0.05以上，計量精度和科學(xué)儀器達到的精度更是與時(shí)俱進(jìn)。

　　以煤質(zhì)檢測儀器儀表可靠性的提高來(lái)講，一般要求為25萬(wàn)小時(shí)，高者則可靠要求25萬(wàn)小時(shí)。由以上數據足見(jiàn)煤炭分析設備儀器儀表技術(shù)指標正在被不斷提高。

　　(2)高新技術(shù)被不斷采用

　　工欲善其事，必先利其器，新的科研成果及大量高新技術(shù)的采用使現代儀器儀表不僅本身處于高新技術(shù)產(chǎn)品的行列，而且利用新原理、新概念、新技術(shù)、新材料和新工藝等最新科技成果集成的裝置和系統也層出不窮。

　　(3)測控范圍向立體化、全球化擴展，控制方式向系統化、網(wǎng)絡(luò )化發(fā)展隨著(zhù)測量控制儀器儀表所測控的區域不斷向立體化、全球化甚至星球化發(fā)展，儀器儀表和測控裝置已不再呈單個(gè)裝置形式，而是向著(zhù)測控裝置系統化、網(wǎng)絡(luò )化方向發(fā)展。例如在一些大型水電站的測控系統中，僅檢測大壩安全性的傳感器就多達數千個(gè)，此外，各個(gè)發(fā)電機組狀態(tài)及水位情況的檢測控制點(diǎn)更是超過(guò)萬(wàn)個(gè)以上，要保證大型水電站的正常發(fā)電和送電，必須將各個(gè)測控點(diǎn)的測控裝置形成網(wǎng)絡(luò )化結構和有機的測控網(wǎng)絡(luò )系統。而對于象衛星測控系統這樣的高精尖領(lǐng)域，無(wú)論是傳感器的數量還是測控裝置的構成就更加系統化、網(wǎng)絡(luò )化。

　　(4)硬件功能軟件化、功能向著(zhù)智能化方向發(fā)展

　　隨著(zhù)微電子技術(shù)的發(fā)展，微處理器的運算速度越來(lái)越快，且價(jià)格越來(lái)越低，目前，已被廣泛應用于儀器儀表當中，這使一些實(shí)時(shí)性要求很高，原本只能由硬件完成的功能，現在可以通過(guò)軟件方法實(shí)現。甚至許多原來(lái)用硬件電路難以解決或根本無(wú)法解決的問(wèn)題，也可以采用軟件技術(shù)很好地解決。特別是數字信號處理技術(shù)的發(fā)展和高速數字信號處理器的廣泛采用，更極大地增強了儀器的信號處理能力。

　　隨著(zhù)微控制技術(shù)、嵌入式技術(shù)的發(fā)展，以及大量新型傳感器、大規模和超大規模集成電路、計算機及專(zhuān)家系統等信息技術(shù)在測量控制儀器儀表中的采用，使得儀器儀表不斷向著(zhù)微型化、智能化方向發(fā)展，例如，隨著(zhù)各種現場(chǎng)可編程器件和在線(xiàn)編程技術(shù)的發(fā)展，儀器儀表的參數甚至結構不必在設計時(shí)就要確定，而是可以在儀器使用的現場(chǎng)實(shí)時(shí)置入和動(dòng)

　　態(tài)修改。即：煤質(zhì)儀器儀表不再是功能單一、結構固定不變，而是越來(lái)越表現出柔性化和智能化，適應性將越來(lái)越強，功能也越來(lái)越豐富。從目前已出現的芯片式儀器儀表、芯片實(shí)驗室等看，單個(gè)裝置的微型化和智能化將是長(cháng)期發(fā)展趨勢。

　　(5)硬件平臺通用化現代儀器儀表越來(lái)越強調軟件的作用，在一個(gè)通用的硬件平臺上，通過(guò)調用不同的軟件來(lái)擴展或組成各種功能的儀器或系統。

　　通常一臺儀器大致可分解為三個(gè)組成部分：數據的采集;數據的分析與處理;存儲、顯示或輸出。傳統的儀器根據儀器功能的不同由廠(chǎng)家將上述三類(lèi)功能部件按固定的方式組建，其結構固定且功能只有一種或數種，而現代越來(lái)越多的儀器由上述一種或多種功能的通用硬件模塊組成，通過(guò)編制不同的軟件可構成不同功能的儀器。

　　(6)微型、便攜式、集成化以及個(gè)性化儀器儀表正大量涌現大規模集成工藝的發(fā)展，使集成電路的密度越來(lái)越高，體積越來(lái)越小，內部結構越來(lái)越復雜，功能也越來(lái)越強大，進(jìn)而使得儀器儀表的集成度大為提高。另外，模塊化功能硬件使得儀器儀表更加靈活，儀器硬件的組成更加簡(jiǎn)潔，而且根據需要可靈活進(jìn)行功能的擴充。

　　隨著(zhù)生產(chǎn)發(fā)展以及生活水平的提高，人們對自己的生活質(zhì)量和健康水平日益關(guān)注，檢測與人們生活密切相關(guān)的各類(lèi)商品、食品質(zhì)量的儀器儀表，預防和治療疾病的各種醫療儀器也今后發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。

　　而檢測儀器的現場(chǎng)、實(shí)時(shí)在線(xiàn)化，特別是家庭和個(gè)人使用的健康狀況和疾病警示儀器儀表將有較大發(fā)展。

　　2現代儀表今后的發(fā)展方向

　　縱觀(guān)現代儀表所呈現出的上述發(fā)展特點(diǎn)和趨勢，各類(lèi)儀器儀表在按上述特點(diǎn)發(fā)展的同時(shí)也表現出不同發(fā)展方向，并且今后將會(huì )向著(zhù)如下方向發(fā)展：

　　(1)工業(yè)自動(dòng)化儀表其發(fā)展重點(diǎn)將是基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的主控系統裝置及智能化儀表、特種和專(zhuān)用自動(dòng)化儀表。將過(guò)去需要多臺變送器多個(gè)任務(wù)系統共同完成的工作由一臺智能化儀表來(lái)完成，并且具有自診斷、自校正、自動(dòng)維護等多種智能化功能。另外，隨著(zhù)數字處理技術(shù)的快速發(fā)展，以及工業(yè)現場(chǎng)處理對控制速度和精度要求的提高，數字技術(shù)在工業(yè)儀表中的應用日益廣泛，推進(jìn)了工業(yè)儀器儀表的數字化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化進(jìn)程，今后將逐步完成自動(dòng)控制儀表從模擬技術(shù)向數字技術(shù)的轉變。

　　(2)電工儀器儀表電工儀表是實(shí)現電磁測量過(guò)程中所需技術(shù)工具的總稱(chēng)。按測量對象不同可分為電流表、電壓表、功率表、電度表、歐姆表等。這類(lèi)儀表的工作原理大多基于磁電轉換原理構成，目前已發(fā)展的比較完善，今后將會(huì )從儀表的長(cháng)壽命、數字化以及便攜式和低能耗等方面進(jìn)一步增強其功能，另外，一些特種專(zhuān)用電測儀表和電網(wǎng)計量自動(dòng)管理系統的發(fā)展也會(huì )使上述儀表的使用和管理更加方便。

　　(3)科學(xué)測試儀器尤其是煤質(zhì)分析儀器面對資源短缺，水資源危機、生態(tài)環(huán)境惡劣的嚴峻局面，為了實(shí)現可持續性發(fā)展，必須加強生命科學(xué)、食品安全、環(huán)境保護、公共安全(包括反恐、反毒)、商品質(zhì)檢、臨床醫學(xué)、醫藥科學(xué)等領(lǐng)域的研究和發(fā)展，因此，科學(xué)測試儀器的發(fā)展將主要滿(mǎn)足這些領(lǐng)域的未來(lái)需求，今后的發(fā)展也以上述領(lǐng)域為重點(diǎn)，不斷涌現出過(guò)程分析儀器、環(huán)保監測儀器儀表、工業(yè)爐窯節能分析儀器以及工業(yè)、汽車(chē)排放檢測儀、大地測量?jì)x、電

　　子速測儀、測量型全球定位系統以及其他實(shí)驗機、實(shí)驗室儀器等新產(chǎn)品。

　　(4)各類(lèi)專(zhuān)用儀器這類(lèi)儀表指在環(huán)境、農業(yè)、氣象、水文、地質(zhì)、海洋、核工業(yè)、航空、航天等各個(gè)領(lǐng)域應用的專(zhuān)用儀器。這些儀表根據其所在領(lǐng)域的不同具有不同的發(fā)展趨勢，本文僅以環(huán)保儀器儀表和分析化學(xué)儀器為例對其發(fā)展方向作一簡(jiǎn)要說(shuō)明。環(huán)保儀器儀表：隨著(zhù)全球性水資源的缺乏以及人類(lèi)生態(tài)環(huán)境的惡化，國際社會(huì )以及我國都越來(lái)越注重加強對生存環(huán)境的保護，其中對大氣環(huán)境、水環(huán)境、土壤環(huán)境的環(huán)保監測是重中之中，因此，相應的環(huán)保自動(dòng)化檢測與控制儀表是今后發(fā)展的重點(diǎn)方向;分析化學(xué)儀器：分析化學(xué)的突破將促進(jìn)生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、新材料科學(xué)及制藥工業(yè)的實(shí)質(zhì)性發(fā)展，其水平高低極大地影響國際貿易、醫藥和食品安全及其標準制定，分析檢測直接影響到工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制和產(chǎn)品的質(zhì)量，能從多方面拉動(dòng)國家經(jīng)濟的發(fā)展。這是中科院有關(guān)專(zhuān)家的感言。

　　隨著(zhù)生命、環(huán)境、新材料科學(xué)的發(fā)展，以及計算機、光學(xué)、微加工、數據處理和模擬技術(shù)的引入，分析化學(xué)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。但總體上與國際水平仍有較大的差距，特別是在新技術(shù)、新方法和新儀器的研究和應用方面的差距更為明顯。今后應重點(diǎn)研究的方向包括：高通量分析，即在單位時(shí)間內可分析測試大量的樣品;極端條件分析，其中單分子單細胞分析與操縱為目前熱門(mén)的課題;在線(xiàn)、實(shí)時(shí)、現場(chǎng)或原位分析，即從樣品采集到數據輸出，實(shí)現快速的或一條龍的分析;聯(lián)用技術(shù)，即將兩種(或兩種以上)分析技術(shù)聯(lián)接，互相補充，從而完成更復雜的分析任務(wù)。

　　(5)醫療儀器：在先進(jìn)科技的推動(dòng)下，醫療儀器相關(guān)技術(shù)日新月異，納米機械元件、隨身佩戴式化學(xué)感測器、居家保健應用醫療器材等已成為未來(lái)醫療儀器的代表產(chǎn)品。美國的前瞻科技已發(fā)展出一種體積小、可攜式、并可像徽章一般隨身佩戴的化學(xué)感測器。這類(lèi)化學(xué)感測器的主要構造非常精密，包含超細具納米級皺紋的金質(zhì)底片，金質(zhì)底片的表面布滿(mǎn)覆有超薄液態(tài)晶體的點(diǎn)狀化學(xué)接收器�？捎迷诙嘣獞�用領(lǐng)域中，包含軍事、醫療、食品及工業(yè)安全等用途。其最難得的技術(shù)則屬把所有技術(shù)集中于體積微小的個(gè)人用產(chǎn)品上，如貼片或徽章般可隨身使用的物件。這種微小化感測器除了可檢測特定癌癥產(chǎn)生的蛋白質(zhì)外，還可檢測藥品臨床實(shí)驗的功效，是一種能辨視蛋白質(zhì)且具即時(shí)感測功能的偵測器。醫療儀器在朝著(zhù)微型化方向發(fā)展的同時(shí)也會(huì )重點(diǎn)發(fā)展醫用光學(xué)儀器、以數字成像、高檔黑白超、彩超、彩超換能器為研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)的超聲醫用儀器、X線(xiàn)圖像處理系統、開(kāi)放式超導型核磁共振系統等大型醫療儀器和臨床信息系統、高能智能化腫瘤治療大型儀器系統。

　　(6)傳感器20世紀80年代以來(lái)，在世界范圍內，利用現代科學(xué)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)了一批新型傳感器、新型功能材料。由于在制造中引進(jìn)了微細加工技術(shù)與現代集成技術(shù)等先進(jìn)工藝使得傳感器技術(shù)得到飛速發(fā)展。目前，新型傳感器主要包括光纖、固態(tài)圖像、紅外、生物、機器人、氣體、濕度、非晶態(tài)合金、智能、微波、和其他新型傳感器(如超導、液晶、射線(xiàn)式、聲傳感器)等。

　　其主要研究和發(fā)展方向有如下方面：

　　發(fā)現新現象、開(kāi)發(fā)新材料、采用新工藝。發(fā)現物理現象、化學(xué)反應和生物效應等新現象是發(fā)現新型傳感器的基礎。功能材料是發(fā)展新型傳感器的另一個(gè)重要基礎。例如控制半導體氧化物的成分，可以制造出各種氣體傳感器;光導纖維是傳感器功能材料的一個(gè)重大

　　發(fā)現;有機材料作為功能材料正引起國內外科學(xué)家的極大關(guān)注。傳感器的敏感元件除了由其功能材料決定外，還與其加工工藝有關(guān)。許多現代先進(jìn)技術(shù)引入到傳感器的制造技術(shù)，例如集成、離子注入、薄膜技術(shù)等。

　　研究多功能集成傳感器和智能式傳感器。多功能集成傳感器是在一個(gè)芯片上集成多種功能敏感元件或同一功能的多個(gè)敏感元件。智能傳感器是一種帶微型計算機兼有檢測、判斷、信息處理等功能的傳感器。它可以確定傳感器的工作狀態(tài)，對數據進(jìn)行修正，用軟件解決硬件難于解決的問(wèn)題，完成數據計算與處理工作等。

　　研究仿生傳感器。仿生傳感器是模仿人的感覺(jué)器官的傳感器，即視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)等。目前，只有視覺(jué)傳感器與觸覺(jué)傳感器解決得比較好，其他幾種遠不能滿(mǎn)足機器人技術(shù)發(fā)展的需求。

　　3結語(yǔ)

　　縱觀(guān)儀器儀表的發(fā)展呈現出來(lái)高、精、尖的發(fā)展方向和微型化、集成化、智能化、系統化、多功能化等等特點(diǎn)，同時(shí)，對于不同類(lèi)別的儀器儀表根據所處領(lǐng)域和應用場(chǎng)合的不同也具有不同的發(fā)展方向，在今后儀表的研究、設計和使用過(guò)程中，我們應該根據其特點(diǎn)和發(fā)展趨勢因勢利導，促進(jìn)我國儀器儀表的健康快速發(fā)展。