電子測(cè)量技術(shù)和儀器的重要性及發(fā)展趨勢(shì)分析

劉 宇

(福建星網(wǎng)銳捷通訊股份有限公司，福建 福州 350000)

0 引言

電子測(cè)量技術(shù)和儀器涉及廣泛，在人工智能理論的框架下，形成并發(fā)展了先進(jìn)的測(cè)控總線技術(shù)、綜合測(cè)試與故障診斷技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、光頻標(biāo)和精密時(shí)頻測(cè)試技術(shù)等[1]。各種電子測(cè)量技術(shù)在精密檢測(cè)儀器的輔助下，對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)流程及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化認(rèn)證產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。隨著科技進(jìn)步，電子測(cè)量技術(shù)及儀器正逐漸向高精尖、深層次的方向發(fā)展。

1 電子測(cè)量技術(shù)應(yīng)用的背景和特征

電子測(cè)量技術(shù)以電子電路技術(shù)為基礎(chǔ)，融合通信工程、信號(hào)處理、測(cè)量測(cè)試技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、微電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等，進(jìn)而構(gòu)成了單獨(dú)的測(cè)量系統(tǒng)或設(shè)備。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展及高級(jí)測(cè)量理論方法的出現(xiàn)，測(cè)量領(lǐng)域得以拓展，電子測(cè)量技術(shù)和儀器在電視、廣播、航空航天、交通、能源、電子通信、電子元器件測(cè)試等領(lǐng)域都得以應(yīng)用，使得電子測(cè)量技術(shù)及儀器的測(cè)量更加精準(zhǔn)、快速。電子測(cè)量技術(shù)在早期發(fā)展階段的測(cè)量對(duì)象主要是不同類型信號(hào)的參數(shù)、傳輸特性及抗干擾性能，在技術(shù)趨于完備及新材料新工藝不斷出現(xiàn)并更新的過(guò)程中，電子測(cè)量的對(duì)象也逐漸覆蓋到了傳感設(shè)備的應(yīng)用、光熱電信號(hào)轉(zhuǎn)化、機(jī)械強(qiáng)度量化分析等方面，電子測(cè)量?jī)x器在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新。我國(guó)于二十世紀(jì)五六十年代迎來(lái)了電子測(cè)量?jī)x器的第一個(gè)發(fā)展期，以滿足國(guó)防工業(yè)及裝備需求為主。在改革開(kāi)放后，電子測(cè)量?jī)x器邁入高速發(fā)展期，一些技術(shù)得到了突破性進(jìn)展，為電子測(cè)量技術(shù)及儀器走向世界奠定了基礎(chǔ)。

電子測(cè)量技術(shù)相較于傳統(tǒng)測(cè)量方式，其特征及優(yōu)勢(shì)如下：(1)電子測(cè)量范圍及參數(shù)量級(jí)拓展。依托先進(jìn)的電子測(cè)量技術(shù)，電子測(cè)量?jī)x器實(shí)現(xiàn)了數(shù)量級(jí)的提升，例如在電阻測(cè)量環(huán)節(jié)，以往采用的歐姆表量程較小，而電子測(cè)量?jī)x器可達(dá)7數(shù)量級(jí)的量程，其測(cè)量范圍極為可觀。(2)電子測(cè)量速度及精度大幅提高。電子測(cè)量?jī)x器借助電磁波掃描可全面反映出電子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，這一過(guò)程中產(chǎn)生的電磁線信號(hào)具備更快的傳播速度，因而其在時(shí)間量的測(cè)量上尤其具有優(yōu)勢(shì)，電子測(cè)量?jī)x器在電子微顆粒屬性的支持下，表現(xiàn)出更好的測(cè)量精度。(3)電子測(cè)量的方式較為靈活。在一些特殊性強(qiáng)的參數(shù)測(cè)量上，電子測(cè)量技術(shù)及電子測(cè)量?jī)x器可以采用在線測(cè)量或遠(yuǎn)程測(cè)量的方式，利用儀器中的傳感裝置，對(duì)特殊信號(hào)進(jìn)行位置定位及數(shù)據(jù)采集測(cè)量。(4)電子測(cè)量數(shù)據(jù)分析更加便捷。電子測(cè)量技術(shù)及電子測(cè)量?jī)x器在完成測(cè)量工作后，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以數(shù)字化信息為主要形式，可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，提高了電子測(cè)量數(shù)據(jù)分析的便捷程度。

2 電子測(cè)量技術(shù)和儀器的重要性

測(cè)量技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了電子測(cè)量技術(shù)及儀器的升級(jí)發(fā)展，再加上數(shù)字處理技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信技術(shù)的綜合交叉應(yīng)用，針對(duì)被測(cè)量對(duì)象的參數(shù)獲取及分析，可以使用電量、非電量及光量等形式完成數(shù)據(jù)的測(cè)量與傳輸。電子測(cè)量技術(shù)及儀器已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，是行業(yè)創(chuàng)新及科技進(jìn)步的助推器[2]。電子測(cè)量技術(shù)及儀器能高效完成各類參數(shù)的測(cè)量及分析，極大方便了日常的生產(chǎn)生活。例如，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，一些生產(chǎn)精度高的產(chǎn)業(yè)類型，如數(shù)控機(jī)床加工生產(chǎn)時(shí)，以電子測(cè)量技術(shù)為依托的激光測(cè)量設(shè)備一方面能夠檢測(cè)機(jī)械器件的參數(shù)精準(zhǔn)度，可以有效提高數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)速度。再比如在無(wú)線通信領(lǐng)域內(nèi)測(cè)量速率及噪聲特性時(shí)，電子測(cè)量技術(shù)可以與無(wú)線通信技術(shù)交互融合，在達(dá)到預(yù)期測(cè)量目的的同時(shí)，還能夠?yàn)闊o(wú)線通信系統(tǒng)及技術(shù)創(chuàng)新提供新思路。

從更為宏觀的經(jīng)濟(jì)層面看，電子測(cè)量技術(shù)及儀器已成為參與工業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的帶動(dòng)及輻射作用極為顯著。電子測(cè)量技術(shù)及儀器是國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力及科技實(shí)力的參考指標(biāo)之一，隨著電子相關(guān)配套技術(shù)的發(fā)展，電子測(cè)量技術(shù)及儀器會(huì)促進(jìn)社會(huì)技術(shù)變革，進(jìn)而保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)運(yùn)行。

3 電子測(cè)量技術(shù)和儀器的發(fā)展模式和未來(lái)趨勢(shì)

3.1 電子測(cè)量技術(shù)和儀器發(fā)展模式

3.1.1 電子測(cè)量技術(shù)和儀器的數(shù)字化及智能化

當(dāng)前，世界處于信息化時(shí)代，各類行業(yè)高端科技不斷涌現(xiàn)并發(fā)展，電子測(cè)量技術(shù)及儀器也邁入了數(shù)字化發(fā)展模式。電子測(cè)量技術(shù)在軟件及硬件的輔助下，可更為科學(xué)高效地解決開(kāi)放式體系的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，例如，DSP技術(shù)與密集型數(shù)據(jù)運(yùn)算進(jìn)行結(jié)合，可完成IIR濾波信號(hào)及FIR濾波信號(hào)的解碼，從而能夠準(zhǔn)確測(cè)試機(jī)械電機(jī)、電源測(cè)試等場(chǎng)合的噪聲及干擾信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行有效濾除。

隨著嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的不斷成熟，電子測(cè)量技術(shù)與儀器也具備了智能化發(fā)展的條件，突出表現(xiàn)在電子測(cè)量?jī)x器由大型向微型轉(zhuǎn)化[3]。從前期階段看，電子測(cè)量技術(shù)及儀器主要進(jìn)行模擬電路設(shè)計(jì)，在后期階段，電子測(cè)量?jī)x器開(kāi)始大力發(fā)展電路開(kāi)發(fā)及微型模板設(shè)計(jì)。特別是在計(jì)算機(jī)軟件的輔助下，電子測(cè)量?jī)x器數(shù)據(jù)輸入及數(shù)據(jù)輸出變得更加快捷精準(zhǔn)，滿足了測(cè)量的特殊性要求。從實(shí)踐中看，電子測(cè)量?jī)x器的智能化發(fā)展模式和數(shù)字化模式，在性能、信息交換、信息精度、信息更新等方面逐漸顯出技術(shù)優(yōu)越性。目前，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)日臻完善，電子測(cè)量?jī)x器還增加了對(duì)被測(cè)量對(duì)象及設(shè)備的維護(hù)及診斷功能。

3.1.2 電子測(cè)量技術(shù)和儀器的模塊化

電子測(cè)量技術(shù)和儀器的模塊化發(fā)展模式是指對(duì)功能區(qū)進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，形成總線接口，并與電子測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)電子測(cè)量技術(shù)及儀器功能模塊的高效配置及實(shí)時(shí)更新。電子測(cè)量?jī)x器模塊化設(shè)計(jì)主要圍繞總線接口技術(shù)展開(kāi)并實(shí)施，一方面保障電子測(cè)量系統(tǒng)能夠兼容軟件及硬件資源，另一方面對(duì)硬件體積進(jìn)行優(yōu)化，便于實(shí)現(xiàn)硬件的協(xié)同升級(jí)。要實(shí)現(xiàn)電子測(cè)量技術(shù)及儀器的創(chuàng)新，對(duì)總線接口技術(shù)進(jìn)行升級(jí)是可行路徑之一。借助模塊化發(fā)展模式，電子測(cè)量系統(tǒng)的一些新功能可以得到支持和進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，進(jìn)而充分發(fā)揮電子測(cè)量技術(shù)及儀器在現(xiàn)場(chǎng)配置實(shí)踐中的應(yīng)用價(jià)值。

3.2 電子測(cè)量技術(shù)和儀器未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

3.2.1 拓展重要電子測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用范圍

電子測(cè)量技術(shù)及儀器在技術(shù)演進(jìn)的過(guò)程中會(huì)走出單一的測(cè)量范圍，更多地應(yīng)用在綜合測(cè)試場(chǎng)景中。綜合測(cè)試技術(shù)強(qiáng)調(diào)整體性及統(tǒng)一性，在傳感器信息處理技術(shù)及多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)的支撐下，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等重要電子測(cè)量?jī)x器會(huì)生成自動(dòng)測(cè)試及自動(dòng)測(cè)量技術(shù)，突破原有的線性網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用區(qū)域，在大功率網(wǎng)絡(luò)測(cè)試及非線性測(cè)試中發(fā)揮作用。在大區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)節(jié)，電子測(cè)量技術(shù)配合分布式網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)、同步技術(shù)、觸發(fā)技術(shù)、可重構(gòu)測(cè)控系統(tǒng)技術(shù)等，可極大拓展電子測(cè)量?jī)x器的測(cè)試應(yīng)用場(chǎng)景。

3.2.2 電子測(cè)量技術(shù)及儀器的通用化及虛擬測(cè)試化

電子測(cè)量技術(shù)及儀器在未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)上會(huì)圍繞技術(shù)核心進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，從模塊化、智能化向通用化演進(jìn)。測(cè)量軟件在開(kāi)發(fā)及應(yīng)用的過(guò)程中，以往會(huì)受儀器硬件測(cè)量性能的限制，未來(lái)的電子測(cè)量?jī)x器將在測(cè)量功能上實(shí)現(xiàn)多樣化及多場(chǎng)景通用。電子測(cè)量技術(shù)及儀器的通用化主要以平臺(tái)化為支撐，在開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)，如COMBA及COM語(yǔ)言平臺(tái)功能引導(dǎo)下，電子測(cè)量技術(shù)在控制方式、結(jié)構(gòu)形態(tài)、功能模塊上將有新的變化，將不同類型的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行集成，置于同一個(gè)功能模塊下，與此同時(shí)，保持電子測(cè)量對(duì)象、參數(shù)及設(shè)備的獨(dú)立性。在電子測(cè)量時(shí)，根據(jù)測(cè)量對(duì)象對(duì)參數(shù)作相關(guān)調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電子測(cè)量技術(shù)及儀器測(cè)量的通用化。

電子測(cè)量技術(shù)及儀器的虛擬測(cè)試化主要是指在數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用下展開(kāi)虛擬測(cè)試，形成測(cè)量對(duì)象的數(shù)據(jù)模型。與通用化的電子測(cè)量技術(shù)得出的測(cè)量結(jié)果相比，虛擬測(cè)試化模式優(yōu)化了測(cè)量的過(guò)程及測(cè)量的參數(shù)結(jié)果。電子測(cè)量技術(shù)及儀器的虛擬測(cè)試化趨勢(shì)突出了技術(shù)的實(shí)用性，可有效應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域及工程建造領(lǐng)域。

4 結(jié)語(yǔ)

電子測(cè)量技術(shù)及儀器的創(chuàng)新發(fā)展與信息技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，隨著各類技術(shù)的功能不斷完善，電子測(cè)量技術(shù)在測(cè)量參數(shù)及參數(shù)測(cè)量的適用方面需要更加靈活、快捷和精準(zhǔn)。在實(shí)踐中，應(yīng)認(rèn)識(shí)到電子測(cè)量技術(shù)及儀器的重要性，立足我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)及科技的發(fā)展，預(yù)判電子測(cè)量技術(shù)及儀器未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)及方向，不斷推進(jìn)電子測(cè)量技術(shù)及儀器的發(fā)展進(jìn)程。