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当下煤质分析仪器进展的优势和走势

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摘要:当下煤质分析仪器进展的优势和走势
1现代仪表的发展特点

随着计算机、微电子等技术的迅猛发展,各类煤质仪器仪表的发展也极为迅速,纵观国内外煤质分析仪器仪表的发展,具有以下特点:

(1)煤质分析设备技术指标被不断提高

更快、更高、更强是仪器仪表永远的追求。以仪器仪表的电压测量控制范围来讲,现代煤质分析仪表的测控范围可达纳伏~百万伏;以测量精度指标来说,工业参数测量已提高至0。

02以上,航空航天参数测量则更高达到0.05以上,计量精度和科学仪器达到的精度更是与时俱进。

以煤质检测仪器仪表可靠性的提高来讲,一般要求为25万小时,高者则可靠要求25万小时。由以上数据足见煤炭分析设备仪器仪表技术指标正在被不断提高。

(2)高新技术被不断采用

工欲善其事,必先利其器,新的科研成果及大量高新技术的采用使现代仪器仪表不仅本身处于高新技术产品的行列,而且利用新原理、新概念、新技术、新材料和新工艺等最新科技成果集成的装置和系统也层出不穷。

(3)测控范围向立体化、全球化扩展,控制方式向系统化、网络化发展随着测量控制仪器仪表所测控的区域不断向立体化、全球化甚至星球化发展,仪器仪表和测控装置已不再呈单个装置形式,而是向着测控装置系统化、网络化方向发展。例如在一些大型水电站的测控系统中,仅检测大坝安全性的传感器就多达数千个,此外,各个发电机组状态及水位情况的检测控制点更是超过万个以上,要保证大型水电站的正常发电和送电,必须将各个测控点的测控装置形成网络化结构和有机的测控网络系统。而对于象卫星测控系统这样的高精尖领域,无论是传感器的数量还是测控装置的构成就更加系统化、网络化。

(4)硬件功能软件化、功能向着智能化方向发展

随着微电子技术的发展,微处理器的运算速度越来越快,且价格越来越低,目前,已被广泛应用于仪器仪表当中,这使一些实时性要求很高,原本只能由硬件完成的功能,现在可以通过软件方法实现。甚至许多原来用硬件电路难以解决或根本无法解决的问题,也可以采用软件技术很好地解决。特别是数字信号处理技术的发展和高速数字信号处理器的广泛采用,更极大地增强了仪器的信号处理能力。

随着微控制技术、嵌入式技术的发展,以及大量新型传感器、大规模和超大规模集成电路、计算机及专家系统等信息技术在测量控制仪器仪表中的采用,使得仪器仪表不断向着微型化、智能化方向发展,例如,随着各种现场可编程器件和在线编程技术的发展,仪器仪表的参数甚至结构不必在设计时就要确定,而是可以在仪器使用的现场实时置入和动

态修改。即:煤质仪器仪表不再是功能单一、结构固定不变,而是越来越表现出柔性化和智能化,适应性将越来越强,功能也越来越丰富。从目前已出现的芯片式仪器仪表、芯片实验室等看,单个装置的微型化和智能化将是长期发展趋势。

(5)硬件平台通用化现代仪器仪表越来越强调软件的作用,在一个通用的硬件平台上,通过调用不同的软件来扩展或组成各种功能的仪器或系统。

通常一台仪器大致可分解为三个组成部分:数据的采集;数据的分析与处理;存储、显示或输出。传统的仪器根据仪器功能的不同由厂家将上述三类功能部件按固定的方式组建,其结构固定且功能只有一种或数种,而现代越来越多的仪器由上述一种或多种功能的通用硬件模块组成,通过编制不同的软件可构成不同功能的仪器。

(6)微型、便携式、集成化以及个性化仪器仪表正大量涌现大规模集成工艺的发展,使集成电路的密度越来越高,体积越来越小,内部结构越来越复杂,功能也越来越强大,进而使得仪器仪表的集成度大为提高。另外,模块化功能硬件使得仪器仪表更加灵活,仪器硬件的组成更加简洁,而且根据需要可灵活进行功能的扩充。

随着生产发展以及生活水平的提高,人们对自己的生活质量和健康水平日益关注,检测与人们生活密切相关的各类商品、食品质量的仪器仪表,预防和治疗疾病的各种医疗仪器也今后发展的一个重要趋势。

而检测仪器的现场、实时在线化,特别是家庭和个人使用的健康状况和疾病警示仪器仪表将有较大发展。

2现代仪表今后的发展方向

纵观现代仪表所呈现出的上述发展特点和趋势,各类仪器仪表在按上述特点发展的同时也表现出不同发展方向,并且今后将会向着如下方向发展:

(1)工业自动化仪表其发展重点将是基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用自动化仪表。将过去需要多台变送器多个任务系统共同完成的工作由一台智能化仪表来完成,并且具有自诊断、自校正、自动维护等多种智能化功能。另外,随着数字处理技术的快速发展,以及工业现场处理对控制速度和精度要求的提高,数字技术在工业仪表中的应用日益广泛,推进了工业仪器仪表的数字化、智能化、网络化进程,今后将逐步完成自动控制仪表从模拟技术向数字技术的转变。

(2)电工仪器仪表电工仪表是实现电磁测量过程中所需技术工具的总称。按测量对象不同可分为电流表、电压表、功率表、电度表、欧姆表等。这类仪表的工作原理大多基于磁电转换原理构成,目前已发展的比较完善,今后将会从仪表的长寿命、数字化以及便携式和低能耗等方面进一步增强其功能,另外,一些特种专用电测仪表和电网计量自动管理系统的发展也会使上述仪表的使用和管理更加方便。

(3)科学测试仪器尤其是煤质分析仪器面对资源短缺,水资源危机、生态环境恶劣的严峻局面,为了实现可持续性发展,必须加强生命科学、食品安全、环境保护、公共安全(包括反恐、反毒)、商品质检、临床医学、医药科学等领域的研究和发展,因此,科学测试仪器的发展将主要满足这些领域的未来需求,今后的发展也以上述领域为重点,不断涌现出过程分析仪器、环保监测仪器仪表、工业炉窑节能分析仪器以及工业、汽车排放检测仪、大地测量仪、电

子速测仪、测量型全球定位系统以及其他实验机、实验室仪器等新产品。

(4)各类专用仪器这类仪表指在环境、农业、气象、水文、地质、海洋、核工业、航空、航天等各个领域应用的专用仪器。这些仪表根据其所在领域的不同具有不同的发展趋势,本文仅以环保仪器仪表和分析化学仪器为例对其发展方向作一简要说明。环保仪器仪表:随着全球性水资源的缺乏以及人类生态环境的恶化,国际社会以及我国都越来越注重加强对生存环境的保护,其中对大气环境、水环境、土壤环境的环保监测是重中之中,因此,相应的环保自动化检测与控制仪表是今后发展的重点方向;分析化学仪器:分析化学的突破将促进生命科学、环境科学、新材料科学及制药工业的实质性发展,其水平高低极大地影响国际贸易、医药和食品安全及其标准制定,分析检测直接影响到工业生产过程控制和产品的质量,能从多方面拉动国家经济的发展。这是中科院有关专家的感言。

随着生命、环境、新材料科学的发展,以及计算机、光学、微加工、数据处理和模拟技术的引入,分析化学进入了一个新的阶段。但总体上与国际水平仍有较大的差距,特别是在新技术、新方法和新仪器的研究和应用方面的差距更为明显。今后应重点研究的方向包括:高通量分析,即在单位时间内可分析测试大量的样品;极端条件分析,其中单分子单细胞分析与操纵为目前热门的课题;在线、实时、现场或原位分析,即从样品采集到数据输出,实现快速的或一条龙的分析;联用技术,即将两种(或两种以上)分析技术联接,互相补充,从而完成更复杂的分析任务。

(5)医疗仪器:在先进科技的推动下,医疗仪器相关技术日新月异,纳米机械元件、随身佩戴式化学感测器、居家保健应用医疗器材等已成为未来医疗仪器的代表产品。美国的前瞻科技已发展出一种体积小、可携式、并可像徽章一般随身佩戴的化学感测器。这类化学感测器的主要构造非常精密,包含超细具纳米级皱纹的金质底片,金质底片的表面布满覆有超薄液态晶体的点状化学接收器。可用在多元应用领域中,包含军事、医疗、食品及工业安全等用途。其最难得的技术则属把所有技术集中于体积微小的个人用产品上,如贴片或徽章般可随身使用的物件。这种微小化感测器除了可检测特定癌症产生的蛋白质外,还可检测药品临床实验的功效,是一种能辨视蛋白质且具即时感测功能的侦测器。医疗仪器在朝着微型化方向发展的同时也会重点发展医用光学仪器、以数字成像、高档黑白超、彩超、彩超换能器为研发关键技术的超声医用仪器、X线图像处理系统、开放式超导型核磁共振系统等大型医疗仪器和临床信息系统、高能智能化肿瘤治疗大型仪器系统。

(6)传感器20世纪80年代以来,在世界范围内,利用现代科学技术研究开发了一批新型传感器、新型功能材料。由于在制造中引进了微细加工技术与现代集成技术等先进工艺使得传感器技术得到飞速发展。目前,新型传感器主要包括光纤、固态图像、红外、生物、机器人、气体、湿度、非晶态合金、智能、微波、和其他新型传感器(如超导、液晶、射线式、声传感器)等。

其主要研究和发展方向有如下方面:

发现新现象、开发新材料、采用新工艺。发现物理现象、化学反应和生物效应等新现象是发现新型传感器的基础。功能材料是发展新型传感器的另一个重要基础。例如控制半导体氧化物的成分,可以制造出各种气体传感器;光导纤维是传感器功能材料的一个重大

发现;有机材料作为功能材料正引起国内外科学家的极大关注。传感器的敏感元件除了由其功能材料决定外,还与其加工工艺有关。许多现代先进技术引入到传感器的制造技术,例如集成、离子注入、薄膜技术等。

研究多功能集成传感器和智能式传感器。多功能集成传感器是在一个芯片上集成多种功能敏感元件或同一功能的多个敏感元件。智能传感器是一种带微型计算机兼有检测、判断、信息处理等功能的传感器。它可以确定传感器的工作状态,对数据进行修正,用软件解决硬件难于解决的问题,完成数据计算与处理工作等。

研究仿生传感器。仿生传感器是模仿人的感觉器官的传感器,即视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉等。目前,只有视觉传感器与触觉传感器解决得比较好,其他几种远不能满足机器人技术发展的需求。

3结语

纵观仪器仪表的发展呈现出来高、精、尖的发展方向和微型化、集成化、智能化、系统化、多功能化等等特点,同时,对于不同类别的仪器仪表根据所处领域和应用场合的不同也具有不同的发展方向,在今后仪表的研究、设计和使用过程中,我们应该根据其特点和发展趋势因势利导,促进我国仪器仪表的健康快速发展。

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