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电子测量技术和仪器的重要性及发展趋势

1 电子测量的特征


在电子测量技术发展早期, 测量的主要对象为各类电信号参数、 抗干扰与传输特性等;发展到后期, 随着相关技术的完善, 电子测量的对象更加丰富, 可以借助传感设备将机械强度、 光、 热等物理量转化为电信号进行量化分析。目前电子测量仪器主要测量的信号类型有:电信号、 干扰特性、 电路元器件数据等, 相对应的, 电子测量的指标包括: 电压、 电流、 电功率等; 信噪比、 相位、 频谱、 失真度等; 三极管、 集成电路、 电容等的性能参数。


电子测量技术的发展一方面依赖于新材料、 新工艺带来的仪器结构的创新; 另一方面也拓展了新型电子测量仪器的应用范围。 现代测量技术与新型电子测量仪器的结合, 极大地发展了电子测量技术可测量的参数种类、 范围与精度。 与传统测量方式相比, 电子测量技术与现代测量仪器的优势具体表现在四个方面:


(1) 可测量参数范围更宽。 现代电子测量仪的量程更大、 量程数量级更多、 可测频带谱系更广, 如在电阻测量中, 电子测量仪器量程可达 7 个数量级, 远超普通欧姆表;


(2) 测量精度更高、 速度更快。 现代电力测量仪器的测量过程是电磁波扫描、 电子运动的过程, 与其他信号相比, 电磁线信号传播速度极快, 尤其在时间量测量方面, 同时由于电子的微颗粒性, 其测量精度也远超其他测量方式;


(3) 测量方式更加丰富, 在线测量、 远程测量等为某些特殊参数的测量提供可能。 新型电子测量仪器可以通过加装各类传感装置对某些特殊位置、 特别信号进行采集和测量;


(4) 便于对测量结果进行数据化分析。电子测量仪器得到的测量结果多是数字信息,可以直接把这些信息输入计算机进行分析处理。


2 电子测量技术与仪器应用的重要性


电子测量技术与仪器的发展, 直接带动了测量方式的变革, 进而推动了现代制造业的进步, 促进了社会经济的全面发展。 电子测量技术与仪器的发展, 以现代测量原理为基础,融合了最先进的新材料加工工艺、 信息化与数字化技术、 传感技术、 光电信号传播与转化技术等, 使电子测量技术与仪器在现代工业与社会发展中获得了更广泛的应用。 在实际应用中,电子测量技术与仪器能对各种类型的参数进行测量, 可以应用到多个行业和领域。 而测量范围的扩大、 测量精度的提高, 能够有效促进各行业的技术革新, 推动社会各领域的发展。 例如在无线通信方面, 电子测量技术通过对通信速率的测量, 确定影响通信信号传播的因素,从而推动通信技术与无线系统的进步。 再如,在机械加工行业, 光栅、 激光检测技术的应用,极大地提高了数控机床的加工精度, 为机械元件的精加工提供了可能。


电子测量技术与仪器推动现代工业超前发展。 对比发达国家近年来的发展数据可发现, 电子测量技术与仪器与国民经济的关联度由 20 世纪的不到 5% 上升至超过 50%, 有的国家甚至达到 90%。 电子测量技术与仪器的发展不仅对国家经济影响重大, 而且直接体现了一个国家的科技水平与发展潜能, 体现了国家各项技术的综合发展水平。 我国发展电子测量技术与仪器不仅是结合经济发展做出的技术决策, 而且是推动我国测量理论、 机械制造业、信息通讯技术、 新材料开发等领域进一步发展的重要途径, 是推动全社会技术革新与经济发展的重要举措。


3 电子测量技术和仪器的未来发展趋势


电子测量技术和仪器的发展水平是衡量国家工业水平与生产能力的重要标志, 进一步扩大应用范围、 提高测量精度是未来电子测量技术和仪器的重要发展趋势。 对于电子测量技术, 未来发展主要集中在模块化、 通用化与平台化、 虚拟测试化等方向; 电子测量仪器还包括可靠性、 稳定性、 可操作性等内容, 未来发展则集中在数字化与智能化方向。


3. 1 模块化

模块化是指对功能区采用模块化设计,通过向整个测量系统提供总线接口, 实现模块的快速更新与配置。 总线接口技术是模块化设计的关键, 一方面保证了系统硬件与软件的兼容, 另一方面减小硬件体积, 更新升级更加简便, 对总线接口技术的维护和升级往往是电子测量技术取得突破的重要方式。 模块化设计能够更好地支持对新功能的开发, 降低系统升级的难度, 应用模块化设计能够使电子测量技术在现场配置中发挥极大优势。


3. 2 通用化与平台化

电子测量技术的通用化与平台化发展, 标志着技术核心由硬件向软件方向的转变。 通过对不同类型测量软件的开发与应用, 突破仪器硬件测量性能的限制, 实现同一台测量仪器测量功能的多样化。 平台化是通用化的基础, 借助 CORBA、 COM、 DCOM 语言开发软件平台,并通过测量控制的方法, 对测量软件的结构、功能进行创新, 将多组测量参数集成到同一功能元件内, 并保持测量参数与测量对象、 设备的独立。 在电子测量过程中, 只需要根据测量对象对相关参数进行调整, 就可以实现测量技术与仪器的通用化。


3. 3 虚拟测试化

虚拟测试是指借助数字化技术构建测量对象的数据模型, 并与测量结果进行比对, 在测量的基础上对测量过程与相关参数结果进行优化。 虚拟测试化能够提高电子测量技术在机械设计、 工程建造中的实用性。


3. 4 数字化与智能化

数字化是电子测量仪器在信息化时代为解决开放式体系结构而作出的设计方案。 例如DSP 系统以密集型数据运算为技术核心, 对IIR 滤波、 FIR 滤波、 及 DFT 等信号进行编解码, 为电子测量技术提供精巧而丰富的软硬件资源。 智能化发展则是伴随嵌入式计算机系统发展而来的, 电子测量仪器正在进行微型化变革。 未来电子测量仪器将由模拟电路设计彻底转向微型模板、 电路的开发, 通过设计更加精巧的输入 / 输出通道和支持软件, 来满足更多特殊任务的要求。 随着现场总线的出现与发展,智能化电子测量仪器将在精度、 性能、 更新速度等方面表现出更大优势, 使测量过程的信息交换更加便捷, 实现诊断、 维护等更多功能模块的集成。


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