測控技術與儀器在實踐中的應用

鄭紫月

（南京航空航天大學，江蘇 南京 211106）

前言

我國經(jīng)濟快速發(fā)展，推動高新技術融入實踐應用中，有效提高社會運行效率的同時，提高社會發(fā)展水平。而未來進一步推動社會進步，就需要重點關注測控技術以及相關儀器應用，而相關專業(yè)與行業(yè)也將會成為我國實現(xiàn)科技大國重要工具。但是我國在測控技術應用方面存在起步晚，仍需要將其充分分析，詳細解讀重點內(nèi)容，為未來發(fā)展奠定基礎。

一、測控技術與儀器

測控技術以及相關儀器在實際應用時重點突出控制技術與儀器技術?？刂萍夹g負責測控控制系統(tǒng)整體健康運行，保證數(shù)據(jù)性準確性，進而實現(xiàn)高度協(xié)調(diào)化。而儀器技術則專門負責儀器前期設計、中期生產(chǎn)與后期驗收，以及在正式投入使用后養(yǎng)護與維修[1]。在我國工業(yè)快速發(fā)展的當下，測控技術水平與要求不斷提高。針對負責對象差異，測控技術從以下幾個角度實施，分別為傳感器、數(shù)據(jù)采集、信號分析等系統(tǒng)。這三類系統(tǒng)都在關聯(lián)計算機后實施，可以通過計算機技術實現(xiàn)信息交互。而測控技術應用可以在短時間內(nèi)為決策者提供高精度信息甄別，將無用數(shù)據(jù)剔除，進而提升測量準確性，方便準確決策。

二、測控技術與儀器應用

（一）硬件設計

作為測控系統(tǒng)重要構成，硬件設計是否合理，對于后續(xù)測控技術應用，測控設備是否高質(zhì)量運行具有重要意義。為保證設計質(zhì)量穩(wěn)步提升，需要在設計階段重點關注以下內(nèi)容：針對設計限制合理條件。從硬件外形與實際應用效果等多方面充分分析，尤其是硬件是否對于外界環(huán)境是否具有較強靈敏性，在惡劣作業(yè)環(huán)境下是否具備穩(wěn)定性，以及測控精度都要重點思考，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，降低成本支出；針對系統(tǒng)電路設計工作，可以借助CPLD、FPGA 等多種具有較強集成性技術應用，可以利用可視化工具與軟件包實現(xiàn)深度開發(fā)[2]。

（二）軟件設計

在測控系統(tǒng)中，有例如控制程序、檢測程序等多種軟件，而負責軟件設計時，要從程序是否具有高運行效率，在應用中硬件性能是否穩(wěn)定等多方面綜合分析。還要針對數(shù)據(jù)高效處理等多種功能優(yōu)化現(xiàn)有設計，重點關注數(shù)據(jù)誤差控制，量程轉換是否流暢，融合差值與數(shù)據(jù)是否自然等。為提高軟件應用效果，還要提升人機交互相關設計，保障軟件應用富有人性化，操作便捷化。

（三）抗干擾設計

對于測控系統(tǒng)而言，因為其組成部分相對復雜，各個部件都需要較高精密度，這會導致測控系統(tǒng)極易被電磁信號干擾正常工作。所以，實際應用需要有針對性處理測控系統(tǒng)，提升其電磁抗性。一方面，要重點關注數(shù)據(jù)信息抗干擾能力，可以使用小波變換或者圖像處理，針對數(shù)據(jù)采用有效補償與及時修正雙重工作，保證測控數(shù)據(jù)具有高準確性；而另一方面，需要針對電路提升其抗干擾能力。為了有效降低電路干擾影響，需要將磁性屏蔽物、低電阻材料等放在電路內(nèi)部。還可以利用脈沖變壓器或光電隔離，針對干擾因素實現(xiàn)隔離處理，保障系統(tǒng)健康運行。

三、測控技術與儀器應用對策

（一）航天領域

航空領域不同于其他基礎，具有特殊性，這導致航空領域在應用測控技術獲得相關數(shù)據(jù)信息具有較高要求。而在過去很長一段時間，因為我國科學技術有限，所以使用人工測量保障數(shù)據(jù)準確性，無法保障計算精度。為提高數(shù)據(jù)測量精度，我國開始廣泛應用測控技術，并將大量高性能儀器投入實際應用中，有效提升航空領域測量質(zhì)量，對于測控精準性也有顯著提升。

（二）農(nóng)業(yè)種植與澆灌

作為我國及經(jīng)濟發(fā)展基石，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對于我國具有重要意義。而在以往農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)產(chǎn)品種植多由人工完成，這會導致人力大量浪費，但在現(xiàn)在科學技術發(fā)展，無論是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的種植還是灌溉環(huán)節(jié)，都可以借助科學技術來完成。而借助測控技術以及相關儀器，可以有效幫助農(nóng)民在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)后期養(yǎng)護解放勞動力，將原本耗費大量人力物力種植環(huán)節(jié)有效改善，減少體力勞動支出。而且，測控技術廣泛應用，對于農(nóng)產(chǎn)品收獲儲存環(huán)節(jié)，也可以提供良好方案。如圖1 所示。

圖1 測控技術控制大棚內(nèi)溫度

（三）新型傳感器技術

現(xiàn)在測控技術正處于快速發(fā)展中，大量新型傳感器在時間在實踐中被廣泛應用。實際傳感器應用可以劃分為兩類，即數(shù)字化傳與集成化，各自傳感器應用環(huán)境存在差異[3]。前者負責應用過程監(jiān)控，后者則負責數(shù)據(jù)測量。在廣泛應用這兩類傳感器后，獲取數(shù)據(jù)有效提升準確性。但需要考慮到，這兩類傳感器不僅可以應用于測控作業(yè)的使用，在其他作業(yè)也同樣具有良好效果。所以，未來測控是否具備良好發(fā)展前景，關鍵點就是如何使用新型傳感器替代傳統(tǒng)傳感器，進而提升測量數(shù)據(jù)質(zhì)量。

（四）遠程測控

測控技術除在傳統(tǒng)行業(yè)廣泛應用，遠程測控也成為其主要應用內(nèi)容。與傳感器應用相似，遠程測控也普遍應用于各個行業(yè)。遠程測控核心即無線通信，再借助網(wǎng)絡通信，實現(xiàn)應用測控技術建設水電與管道等多種工作。借助遠程測控可以及時監(jiān)控設備，發(fā)現(xiàn)設備運行存在故障，直接利用遠程測控實現(xiàn)遠程故障排查，有效降低應用成本，提升問題排查效率。即使是以往人工難以有效檢測位置，也可以借助無線技術有效監(jiān)控。通過遠程測控，可以有效降低遠程管理難度，提升測控效率，進而提高測控準確性。

（五）控制應用過程

為保證測控系統(tǒng)健康運行，確保工作目標高質(zhì)量完成，需要在實際應用強化內(nèi)部管理，對其制度進行完善，從而將以往存在部分不良操作或行為規(guī)范化處理，預防因違規(guī)操作導致測控作業(yè)失誤問題。同時，針對技術應用要及時總結問題與優(yōu)秀方法，方便了解當前測控技術應用現(xiàn)存問題，并以此為依據(jù)，采用科學手段制定合理解決方案。

四、測控技術與儀器應用發(fā)展前景

（一）轉變高效培養(yǎng)模式

測控技術和極其儀器應用，與其技術深度開發(fā)與普遍性推廣具有直接聯(lián)系，這讓人才教育與長期培養(yǎng)成為發(fā)展重點內(nèi)容。在國家政策引導下，我國多所高校都提高測控技術和儀器專業(yè)相關人才培養(yǎng)工作。在人才培養(yǎng)工作中，從實踐出發(fā)，融合基礎理論，并配備高水平教師隊伍，有效提升整體教學檔次，并對教師定向培養(yǎng)，讓其應用良好教學習慣與意識，提高人才培養(yǎng)水平[4]。而且，產(chǎn)學研一體化深度教學，也是對現(xiàn)有人才培養(yǎng)模式大膽創(chuàng)新，在穩(wěn)定提升人才發(fā)展水平的同時，對于企業(yè)產(chǎn)品經(jīng)濟效益也有顯著提升，這于未來測控技術進一步研究與深度開發(fā)具有重要意義。而在高校發(fā)展速度不斷加快，越來越多專業(yè)投身行業(yè)建設，為行業(yè)健康發(fā)展提供充足后備力量，也對產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展奠定基礎。

（二）提升企業(yè)研發(fā)水平

在過去很長一段時間，我國企業(yè)發(fā)展多依靠大量采購測控儀器，或者增加測控技術引入力度，既可以有效降低成本支出，對于更換設備也較為簡單，從而有效提升生產(chǎn)水平。但是在我國經(jīng)濟快速發(fā)展，部分大型企業(yè)在儀器引用與技術引進的過程中發(fā)現(xiàn)，核心技術才是企業(yè)未來健康發(fā)展重要內(nèi)容，所以開始以自身技術深度研發(fā)設備、儀器，并積極組織建設研發(fā)部門，在穩(wěn)定提升研發(fā)水平的同時，在行業(yè)中也有效提升競爭力。使用這種方法讓外部采購資金支出比例有效降低，也可以有效降低技術與儀器不兼容問題，對于提升企業(yè)未來健康發(fā)展的核心競爭力非常有利，讓企業(yè)在未來發(fā)展不再被其他企業(yè)受限制，可以有效提升企業(yè)發(fā)展?jié)摿?，對于我國測控技術以及儀器健康發(fā)展也是具有促進效果。而技術發(fā)展重要環(huán)節(jié)，就是結合企業(yè)當前開發(fā)能力與高校產(chǎn)學研體系有機結合，實現(xiàn)行業(yè)長久發(fā)展。

（三）智能化發(fā)展

在測控技術以及儀器快速發(fā)展下，信息與計算機技術在科學技術高速發(fā)展推動下，也在進行良性發(fā)展。而測控技術以及儀器目前正朝自動化發(fā)展，而測控技術目前主要應用的智能化技術，其目的就是降低勞動力成本支出。借助計算機技術實現(xiàn)內(nèi)部優(yōu)化基本算法，對于關鍵信息及時收集，從而顯著提升常規(guī)人工收集數(shù)據(jù)準確性[5-6]。并借助信息反饋，及時下達系統(tǒng)運營相關指令，從而將行業(yè)過去過分依賴該技術應用質(zhì)量問題有效處理。而自動化技術即實現(xiàn)系統(tǒng)在運營時的自動化測試，完成動態(tài)反饋。借助該項技術也能有效降低工作強度，提升工作效率。尤其是在計算機技術廣泛應用的當下，可以將大部分任務有效完成，而工作人員主要負責簡單審驗，任務即可高質(zhì)量完成。而在社會不斷發(fā)展的當下，行業(yè)發(fā)展朝向高度人性化、智能化方向快速發(fā)展，對于測控技術應用水平，與相關信息是否具備高效整合能力都有顯著提升。及時抓住時代發(fā)展步伐，將會是未來企業(yè)與相關行業(yè)發(fā)展重點關注內(nèi)容。

結論

現(xiàn)在我國測控技術以及儀器在人們生產(chǎn)生活起到重要應用地位，推動整體生活水平顯著提升，但是也需要當前應用仍存在不少問題，需要從多方面綜合考量，并以科學手段處理問題。同時，相關人才培養(yǎng)工作也要及時跟上，積極融合各種先進技術，例如大數(shù)據(jù)、智能化，穩(wěn)定提升測控質(zhì)量與水平，為我國科技發(fā)展奠定基礎，進而實現(xiàn)科技興國。