现代测试计量技术及仪器的发展

1 引 言

    测试、计量是人们从客观事物中提取所需信息，借以认识客观事物并掌握其客观规律的一种科学方法，测试测量技术则是通过测试手段实现上述方法的技术。测试计量技术是应用学科，推动着测试计量和仪器研究的进步与发展。近 10 余年来，由于信息技术快速、密集的渗透和扩展使测试计量技术及其仪器受到深刻的影响和严峻的挑战。测试计量系统中的新原理 、新方法和新的制造工艺在信息学的影响下不断涌现。特别是测试计量及仪器技术与软件技术之间的响应日益快速、交融日益紧密，使得计测系统在大型、复杂、高精确度、多功能等方面出现了一次又一次的跨越。从目前世界趋势看，工程系统的计测手段正在被快速发展的智能测试和虚拟测试技术逐渐取代。目前，国内计测技术的研究及仪器设备的水平与国外比较还有一定差距，与国内快速发展的制造业还不很协调。同时也应看到，当前全球同步发展的计算技术、信息技术，高性能器件、全球市场的开放和融合，加之国内制造业的兴起等等，为国内计测技术及仪器设备的振兴提供了现实的机遇。加强计测技术研究，提高仪器设备性能应当成为当前乃至今后一段时期国内制造领域内的一项重要任务。

2 研究现状及存在问题

2.1 研究现状

    当今发展和制造技术快速进步引发了许多新型计测问题，推动着传感器、测试计量仪器的研究与发展，促使测量技术中的新原理、新技术、新装置系统不断出现。和传统的计测技术比较，现代测试计量技术呈现出一些新的特点。

2.1.1测量精确度不断提高

    测量范围不断扩大，在20世纪的后 50 年，一般机械加工精度由 0.1 mm 量级提高到 0.001 mm量级，相应的几何量测量精度从 1μm 提高到0.01 μm～0.001 μm，其间测量精度提高了 3 个数量级，这种趋势将进一步持续。随着 MEMS、微/纳米技术的兴起与发展，以及人们对微观世界探索的不断深入，测量对象尺度越来越小，达到了纳米量级；另一方面，由于大型、超大型机械系统（电站机组、航空航天制造）、机电工程的制造、安装水平提高，以及人们对于空间研究范围的扩大，测量对象尺度越来越大，导致从微观到宏观的尺寸测量范围不断扩大，目前已达 10^-15～10²⁵的范围，相差 40 个数量级之巨。类似地，在力值测量上，相差约 14 个数量级；在温度测量中，相差约 12 个数量级。

2.1.2 从静态测量到动态测量

    从非现场测量到现场在线静态测量使科学研究从定性科学走向定量科学，实现了人类认识的一次飞跃。现在乃至今后，各种运动状态下、制造过程中、物理化学反应进程中等动态物理量测量将越来越普及，促使测量方式由静态向动态的转变。现代制造业已呈现出和传统制造不同的设计理念、制造技术，测量已不仅仅是最终产品质量评定的手段，更重要的是为产品设计、制造服务，以及为制造过程提供完备的过程参数和环境参数，使产品设计、制造过程和检测手段充分集成，形成一体的具备自主感知一定内外环境参数（状态），并作相应调整的“智能制造系统”，要求测量技术从传统的非现场、事后测量，进入制造现场，参与到制造过程，实现现场在线测量。