測量技術與儀器的發展趨勢

測量技術與儀器涉及所有物理量的測量，對（duì）於材料、工程科學、能源科學關係密切。目前的發展趨勢有以下幾點： 

    （1）以（yǐ）自然基準（zhǔn）溯源和傳遞，同時在不（bú）同量程實現國際比（bǐ）對。如果自己（jǐ）沒有能（néng）力比對就要依靠其它國家。 

    （2）高精（jīng）度。目前半導體工藝的典型線寬為0.25μm，並正（zhèng）向0.18μm過渡，2009年的預測線寬是0.07μm。如果定位要求占線寬的1/3，那麽就要求10nm量（liàng）級的（de）精度，而且晶片尺寸還在增大，達到300mm。這就意味著測量定位係統的精度要優於3×10的－8次方，相應的激光穩頻精度應該是10的－9次方數量級。

    （3）高速度（dù）。目前加工機械的速度已經提高到1m/sec以上，上（shàng）世紀（jì）80年代以（yǐ）前開發研（yán）製的儀器已不適應市場的需求。例如（rú）惠（huì）普公司的幹涉儀市場大部分被（bèi）英國Renishaw所占領，其（qí）原因是（shì）後者的（de）速度達到了1m/sec。 

    （4）高靈敏（mǐn），高分辨，小型化（huà）。如將光譜儀集成到一塊電路（lù）板上。 

    （5）標準化。通訊接口過去常用GPIB、RS232，目前有（yǒu）可能成為替代物的高性能標準是USB、IEEE1394和VXI。現在，技術領先者設法控製技術標準，參與標準製訂是儀器（qì）開發的基礎（chǔ）研究工作之一。

    我國儀器科技的發展現狀 

    （1）由於長期（qī）習慣於仿（fǎng）製國外產（chǎn）品，我國的儀器儀表工業缺乏創新能力，跟不上科學研究和工程建（jiàn）設（shè）的需要。 

    （2）我國（guó）儀器科學與技術研究領域積累了大量科研成果，許多成果處於國際領先水平（píng），有待篩選、提高和轉化，但產業化程度很低，沒有形成具有國際競爭力的完整產業。 

    未來發展趨勢

    1．發展方向與學科前沿 

    （1）配合數（shù）控設（shè）備的技術（shù）創新（xīn）（如主（zhǔ）軸速度，精度創成）

    數控設備的主要誤差來源可分為幾何誤差（chà）（共有21項）和熱誤差。對（duì）於重複出現的係統誤差，可采用軟件修（xiū）正；對於隨機誤差較大的情況，要采用實（shí）時修（xiū）正方法。對於熱誤差，一般要（yào）通過溫度測量進行修正。我（wǒ）國機床行業市場萎縮同時又大量進口國外設備的原因之一就是因為這方麵的技術沒有得到推廣（guǎng）應用。為此，需要高速多（duō）通道激光幹涉儀：其測量速（sù）度達60m/min以上，采樣速度（dù）達5000次/sec以上，以適應熱誤（wù）差和（hé）幾何誤差測量的需要。空氣折射率實（shí）時測量應達到2×10的－7次方（fāng）水平，其測量結果和長度測量結果可同步輸入計算機。
 
    （2）運行和製造過程的監控和在線檢測技術 

    綜合運用圖像、頻（pín）譜、光譜、光纖以及其它光與物質相互作用原理的傳感器具（jù）有非接觸、高靈敏度、高柔性、應用範圍廣的優點（diǎn）。在（zài）這個（gè）領域（yù）綜合（hé）創新的天地十分廣闊，如（rú）振動、粗糙度、汙染物、含水量、加工尺寸及相互位置（zhì）等的測量。 

    （3）配合信息產業和生產科學的技術創新（xīn） 

    為了在開放環境（jìng）下求（qiú）得生存空間，沒有自主創新技術是沒有出（chū）路（lù）的。因此應（yīng）該根據有專利權、有技術含（hán）量、有市場等（děng）原則選擇一些項目予以支持（chí）。根據當前（qián）發展現狀，信（xìn）息（xī）、生命醫學、環保、農業等領域需要的（de）產品應給予優先支持。如（rú）醫學中介入治療的（de）精密儀器（qì）設備、電子工業中的超（chāo）分辨率光刻（kè）和清潔方法、機理研究等。 

    2．優先領域

    在基礎（chǔ）研究的初期（qī），對於能否有突破性進展是很難（nán）預測的。但是，當已經（jīng）取得突破性進展時，則需要有一個轉化機製以進入市場。 

    （1）納米溯源技術和係統。 

    （2）介入安裝和製造的坐標跟蹤測量係統。 

    關鍵理論和（hé）技術：超半（bàn）球（qiú）反射器(n=2或在機構上創新)，快速、多路幹涉儀（頻差3～5兆（zhào）），二（èr）維精密跟蹤測角係（xì）統（0.2″～0.5″），通用信號處（chù）理係統（工作頻率5兆），無導軌半導體激光測量係統（分辨率1μm），熱變形仿真，力變形仿真。
 
    這些內容（róng）不局限於一種技術方案，而是幾種不同技術方案中概括出來的共同點。如采用無導軌幹（gàn）涉儀，對跟蹤係統的要求可以降低；采用二維精密跟蹤測角係（xì）統在1M3測量範圍內可以得到高精度；有了（le）超（chāo）半球反射鏡可以（yǐ）提（tí）高4路跟蹤方案的精度。在現場進行介入製造和裝配不能等待很（hěn）長時（shí）間，力和熱變形的補償是必須（xū）的（de）而且需（xū）要（yào）足夠快，現在的技術還有相當大的差距，所以這（zhè）些進展是關鍵性的。 

    應用範圍：新型並行機構機床的鑒定，飛機裝配型架的鑒定，大型設備安裝，用於生物（wù）芯片精密機器人校準等。 

    （3）非接觸測頭以及各種（zhǒng）掃描探針顯微鏡 

    航空航（háng）天行業對此已經提出迫切要求，這是今後坐標（biāo）測量機發展的關鍵技術。目前接觸式測頭已完全被國外所壟斷，非接觸測頭（tóu）還沒（méi）有發展成熟（shú），菠萝蜜视频在线观看（men）有參與競爭的機遇。以前較（jiào）多采用的激光三角法原理受到很多限製，難以有突破性進展，但可在原理創（chuàng）新（xīn）上下功（gōng）夫。應該突破0.1～0.5μm分辨率。
 
    （4）計算機輔（fǔ）助測量（liàng）理論 

    信號處理係統（tǒng）的標準化、模塊化、兼容和集成。例如，目前多數采用ISA總線、IEEE488口（kǒu），今後計算機可（kě）能取消ISA總線，用於筆記本電腦的USB接（jiē）口將廣（guǎng）泛應用。過去，我（wǒ）國（guó）生產的儀器滿足於數字顯示（shì），沒有數據交換接口，難以進入國際市場。國外生產的儀器普（pǔ）遍配備IEEE488（GPIB）口。RS232：目前有可（kě）能成為替代物（wù）的高性能標準是（shì）USB、IEEE1394和VXI。在此轉折（shé）期為菠萝蜜视频在线观看提供了機遇。目（mù）前虛擬儀器的工（gōng）作頻段在千赫數（shù）量（liàng）級，對於幹涉信號處（chù）理（lǐ）顯得太低，可以采取聯合（hé）互補的方法形成模塊係列，同時降低成本，從（cóng）總體上提高研發工作的效率。根據已有基礎，發展特長，有利於克（kè）服（fú）重複研究。 

    （5）新器件，新材料 

    過去（qù），科研評價體係存在偏重於整機和係統，忽視材料和器件的趨向。新的突（tū）破點可（kě）能（néng）出現在新（xīn）光源、新型高頻探測器。目前探測器的響應（yīng）頻率隻有10的9次方，而光頻高達10的14次方，目前幹涉儀實際上是起著混頻器的作用，適應探測器（qì）的不（bú）足（如果探測器的響應果真能超（chāo）過光（guāng）頻，幹涉儀也就沒有用了（le））。如果探測器的性能得到顯著（zhe）提高，對於通訊也是很（hěn）大的突破。
 
    （6）半導體激光器計量（liàng）特性的研究和（hé）創新
 
    半導體激光器用於計量需要解決很多問（wèn）題（tí）（如線寬、定標、變頻等）。但如果解決（jué）了諸（zhū）多問題以後，半導體激光係（xì）統比氣（qì）體激光係統更複雜，就不會有競爭力。有些問題在物理層麵上也沒有完全解（jiě）決。例如半導體（tǐ）激光器如果（guǒ）能形成雙頻，無疑是一種十分重要的特性，如果既能掃頻又有兩個（gè）相近的（de）頻率掃描，就會（huì）成為一種新的無導（dǎo）軌測（cè）量工具。