年夫順

1 發(fā)展現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

1.1 市場(chǎng)潛力

儀器在國(guó)家科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)等方面都有著極其重要的地位。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)測(cè)量?jī)x器嚴(yán)重依賴進(jìn)口，已成為我國(guó)自主創(chuàng)新能力提升、創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)和小康社會(huì)建設(shè)的制約因素。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)科研經(jīng)費(fèi)投入大概有25%用于購(gòu)買儀器，科研固定資產(chǎn)投資大概60%用于引進(jìn)國(guó)外儀器。從海關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上看，最近5年平均每年儀器進(jìn)口費(fèi)用約800億元，這其中還不包括儀表和傳感器等，具體數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 2013—2017年6類儀器進(jìn)口儀器總費(fèi)用

1.2 發(fā)展機(jī)遇

“十二五”以來(lái)，我國(guó)測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域進(jìn)入了黃金發(fā)展時(shí)期，國(guó)家科技部、自然基金委、裝備發(fā)展部和國(guó)防科工局等有關(guān)主管機(jī)關(guān)都非常重視測(cè)量技術(shù)與科學(xué)儀器發(fā)展，并分別設(shè)置了測(cè)試技術(shù)科研計(jì)劃，我國(guó)測(cè)量?jī)x器迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。

(1)國(guó)家自然基金委“重大科研儀器研制專項(xiàng)”項(xiàng)目。該項(xiàng)目面向科學(xué)技術(shù)前沿和國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，以科學(xué)創(chuàng)新為目標(biāo)導(dǎo)向，鼓勵(lì)和培育具有原創(chuàng)性思想的探索性強(qiáng)的測(cè)量技術(shù)發(fā)展，著力支持原創(chuàng)性重大科研儀器設(shè)備研制，為科學(xué)研究提供更新穎的測(cè)量手段和工具，促進(jìn)我國(guó)原始創(chuàng)新能力提升。通俗地說(shuō)，重大科研儀器項(xiàng)目強(qiáng)調(diào)“探索性”、“創(chuàng)新性”和“原創(chuàng)性”，通過(guò)對(duì)自然基金委科研儀器項(xiàng)目資助情況統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明國(guó)家自然基金委科研儀器項(xiàng)目在國(guó)家有關(guān)測(cè)試技術(shù)科研計(jì)劃中經(jīng)費(fèi)投入是最多的。

(2)國(guó)家科技部“重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)重點(diǎn)專項(xiàng)”項(xiàng)目。該專項(xiàng)始于“十二五”期間，也是建國(guó)以來(lái)第一次專門成立科學(xué)儀器專項(xiàng)。以科學(xué)儀器工程化研制為重點(diǎn)，注重儀器工程化開發(fā)、產(chǎn)業(yè)化策劃和應(yīng)用開發(fā)，提高儀器性能和質(zhì)量可靠性水平，研制好用、耐用、能用、用戶愿意用的好儀器。“十三五”期間，國(guó)家科學(xué)儀器專項(xiàng)重點(diǎn)資助了三個(gè)方面的科學(xué)儀器項(xiàng)目，一是科學(xué)儀器關(guān)鍵核心部件，針對(duì)國(guó)產(chǎn)科學(xué)儀器空心化問(wèn)題，打破受制于人的被動(dòng)局面，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心部件自主可控；二是高端通用科學(xué)儀器，緊扣國(guó)家科技創(chuàng)新發(fā)展對(duì)科學(xué)儀器的重大需求，資助高端通用型科學(xué)儀器發(fā)展；三是專業(yè)重大科學(xué)儀器，圍繞國(guó)家經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展、社會(huì)公益和民生改善、國(guó)家安全和公共安全的重大戰(zhàn)略需求，重點(diǎn)資助專業(yè)重大科學(xué)儀器發(fā)展。

1.3 發(fā)展現(xiàn)狀

在國(guó)家有關(guān)科研計(jì)劃的支持下，我國(guó)儀器技術(shù)研究與產(chǎn)品開發(fā)工作取得了重要進(jìn)展，高端儀器自主創(chuàng)新能力得到了加強(qiáng)，儀器產(chǎn)業(yè)化工作取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，攻克了一批關(guān)鍵部件和核心技術(shù)，擁有一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高水平儀器成果，形成了以分析儀器、光學(xué)儀器、物理性能測(cè)量?jī)x器、電子測(cè)量?jī)x器、計(jì)量測(cè)量?jī)x器等為代表的高端通用儀器產(chǎn)品體系，以及以環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器、氣象監(jiān)測(cè)儀器、地質(zhì)勘探儀器、天文觀測(cè)儀器、無(wú)損檢測(cè)儀器等為特色的專業(yè)重大儀器產(chǎn)品體系，部分儀器領(lǐng)域達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平，并實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；可a(chǎn)能力，在國(guó)防科技和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)方面得到了廣泛應(yīng)用。

1.4 存在問(wèn)題

長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)外儀器公司憑借技術(shù)和品牌優(yōu)勢(shì)，占據(jù)了我國(guó)大部分高端儀器市場(chǎng)，而我國(guó)測(cè)量?jī)x器發(fā)展還存在著很多問(wèn)題，這些問(wèn)題可歸納為測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域的“三座大山”，國(guó)產(chǎn)儀器只能在“三座大山”的壓迫下在夾縫中間求生存。

一是市場(chǎng)壓力巨大，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2016年我國(guó)進(jìn)口了449.6億美元的儀器儀表，這個(gè)數(shù)字是非常驚人的，繼石油、電子元器件之后，儀器儀表成第三大進(jìn)口商品，大概90%的我國(guó)儀器儀表市場(chǎng)被國(guó)外公司壟斷，國(guó)產(chǎn)儀器儀表只占約10%的市場(chǎng)份額。

二是國(guó)外儀器公司強(qiáng)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)，西方國(guó)家與國(guó)外大型儀器公司聯(lián)合，操縱我國(guó)儀器市場(chǎng)，一方面高端儀器對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格禁運(yùn)政策，同時(shí)大量中低端儀器全面占領(lǐng)中國(guó)市場(chǎng)。另一方面，當(dāng)我國(guó)高端儀器千辛萬(wàn)苦地開發(fā)研制出來(lái)，西方國(guó)家及時(shí)解除禁運(yùn)，并通過(guò)降價(jià)等形式迅速占領(lǐng)我國(guó)高端儀器市場(chǎng)，使我國(guó)高端儀器難覓立足之地。

三是整體實(shí)力和競(jìng)爭(zhēng)力偏低，由于我國(guó)高端儀器產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，儀器設(shè)備研發(fā)水平、技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大差距，從科研上來(lái)看，我們是跟跑為主，并跑很少，領(lǐng)跑更為稀少；從產(chǎn)業(yè)規(guī)模上看，我國(guó)大型儀器企業(yè)也比較少，缺少國(guó)際性知名品牌，整體競(jìng)爭(zhēng)力偏弱；從儀器信譽(yù)度上看，國(guó)產(chǎn)儀器的整體信譽(yù)度偏低，有些用戶一提起國(guó)產(chǎn)儀器，總是擔(dān)心可靠性和質(zhì)量問(wèn)題，如何提高信譽(yù)度是儀器行業(yè)面臨重大難題。

2 發(fā)展趨勢(shì)與熱點(diǎn)

信息技術(shù)快速發(fā)展，人類社會(huì)已進(jìn)入了信息化時(shí)代，人類對(duì)信息的依賴程度越來(lái)越強(qiáng)，信息改變了人們的生活方式和思維方式?，F(xiàn)在的信息化發(fā)展也給測(cè)量?jī)x器技術(shù)帶了千載難逢的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)也帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。

2.1 寬帶測(cè)量與高速測(cè)量

寬帶測(cè)量用于模擬電路和微波電路，高速測(cè)量用于高速數(shù)字電路，本來(lái)分屬兩個(gè)不相干的領(lǐng)域，但隨著現(xiàn)代模擬與數(shù)字電路的快速發(fā)展，兩種測(cè)量方式已建立起必然的聯(lián)系，使電路測(cè)量與分析更加困難。

一是信號(hào)完整性評(píng)估問(wèn)題。隨著電子信息系統(tǒng)工作頻率越來(lái)越高，工作波長(zhǎng)越來(lái)越短，電路集成度越來(lái)越高，電路板層數(shù)越來(lái)越多，新的電路形式不斷涌現(xiàn)，微波多層電路板和三維封裝的微系統(tǒng)對(duì)信號(hào)完整性測(cè)量提出了越來(lái)越高的要求。高集成度的微波多層電路內(nèi)層信號(hào)傳輸和層間信號(hào)傳輸質(zhì)量的測(cè)量與評(píng)價(jià)，需要更高的測(cè)量頻率，更寬的測(cè)量帶寬，更高的距離分辨率。信號(hào)傳輸路徑當(dāng)中可能有很多不連續(xù)點(diǎn)，傳輸線不連續(xù)點(diǎn)的存在，往往會(huì)造成多次反射，對(duì)信號(hào)傳輸造成極壞的影響。因此需要對(duì)這些不連續(xù)點(diǎn)進(jìn)行診斷，傳統(tǒng)的時(shí)域反射測(cè)量，可以獲得沿傳輸線的特性阻抗分布，可以對(duì)不連續(xù)點(diǎn)進(jìn)行定位，但分辨率需進(jìn)一步提高，測(cè)量帶寬需進(jìn)一步提升。

二是寬頻帶測(cè)量問(wèn)題。常用的同軸測(cè)量?jī)x器工作頻率分別到了50 GHz和67 GHz，采用2.4 mm連接器和1.85 mm連接器，下一步將重點(diǎn)發(fā)展1 mm連接器測(cè)量?jī)x器。1 mm同軸傳輸線作為一種新型的寬頻帶傳輸線，越來(lái)越受到關(guān)注，它將成新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。1 mm同軸傳輸線是指外導(dǎo)體內(nèi)直徑是1 mm，工作頻率可達(dá)110 GHz，工作頻率越高，頻帶越寬，橫截面尺寸就會(huì)越小，加工難度越復(fù)雜，研制難度也就越大。

三是太赫茲電磁波傳輸問(wèn)題。太赫茲電磁波具有微波毫米波和光學(xué)不具備的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)它也具備微波毫米波和光學(xué)沒(méi)有的缺點(diǎn)。對(duì)于光子學(xué)技術(shù)而言，太赫茲電磁波波長(zhǎng)太長(zhǎng)；對(duì)電子學(xué)技術(shù)而言，其波長(zhǎng)又太短。太赫茲科研團(tuán)隊(duì)主要來(lái)自兩個(gè)方面，一是微波毫米波技術(shù)研究人員，從低頻段往更高頻段發(fā)展；二是光學(xué)技術(shù)研究人員，從可見(jiàn)光和紅外波段向低頻段發(fā)展。太赫茲技術(shù)發(fā)展首先要解決傳輸線問(wèn)題，隨著頻率提高，太赫茲矩形波導(dǎo)尺寸越來(lái)越小，加工制作難度越來(lái)越大；其次是元器件問(wèn)題，亟需室溫工作的成套低成本太赫茲器件；再其次就是量值傳遞問(wèn)題，太赫茲計(jì)量和量值傳遞標(biāo)準(zhǔn)還比較缺乏。

四是高速數(shù)字傳輸系統(tǒng)帶寬問(wèn)題。隨著高速數(shù)字傳輸系統(tǒng)發(fā)展，數(shù)字傳輸速率已從10 Gbit/s提高到100 Gbit/s和400 Gbit/s，數(shù)字電路工程師原來(lái)無(wú)需考慮數(shù)字信號(hào)傳輸帶寬和阻抗匹配問(wèn)題，而現(xiàn)在面臨的最大挑戰(zhàn)就是高速數(shù)字信號(hào)傳輸問(wèn)題，數(shù)字傳輸速率進(jìn)一步提高，保持信號(hào)波形特征就會(huì)越來(lái)越困難。按照五次諧波原理，常用的 USB、PCIe、AFDX和 RapidIO等高速數(shù)字總線的信號(hào)傳輸帶寬已經(jīng)到了微波甚至是毫米波頻段。五次諧波原理，就是通過(guò)時(shí)鐘頻率的 1次、3次和5次諧波信號(hào)的疊加，能夠較好地?cái)M合數(shù)字信號(hào)的“0”和“1”，如圖2所示，因此信號(hào)帶寬=5×?xí)r鐘頻率=5×數(shù)字傳輸速率/2，一般情況下，用三次諧波就可以檢測(cè)和識(shí)別數(shù)字信號(hào)的高低電平，而五次諧波擬合的數(shù)字信號(hào)高低電平更接近真實(shí)的“0”和“1”。

圖2 通過(guò)五次諧波來(lái)模擬“0”和“1”曲線

五是高速數(shù)字傳輸系統(tǒng)性能特性評(píng)價(jià)問(wèn)題。模擬和微波電路工程師與數(shù)字電路工程師考慮問(wèn)題的角度不一樣，所用儀器也不一樣。微波和模擬電路設(shè)計(jì)常用分布參數(shù)概念，常用測(cè)量參數(shù)是S參數(shù)，常用儀器是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀；而數(shù)字電路設(shè)計(jì)常用集中參數(shù)概念，常用表征參數(shù)是眼圖，常用儀器是數(shù)字儲(chǔ)存示波器和誤碼率分析儀。隨著高速數(shù)字傳輸速率不斷提高，高速數(shù)字傳輸系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)問(wèn)題已凸顯出來(lái)。必須打破傳統(tǒng)的思維方式，利用信號(hào)完整性測(cè)試與分析方法在兩者之間架起了“橋梁”。首先用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量數(shù)字傳輸系統(tǒng) S參數(shù)，相當(dāng)于獲得頻域傳輸函數(shù)，通過(guò)頻域到時(shí)域變換，可以計(jì)算出數(shù)字傳輸系統(tǒng)非理想的時(shí)域沖激函數(shù)，然后用理想的數(shù)字信號(hào)與非理想的時(shí)域沖激函數(shù)卷積，可以計(jì)算出理想數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)非理想的數(shù)字傳輸系統(tǒng)之后的輸出數(shù)字信號(hào)，最后繪制數(shù)字電路工程師熟悉的眼圖，就可以評(píng)價(jià)數(shù)字傳輸系統(tǒng)性能特性。在頻域S參數(shù)和時(shí)域眼圖之間建立了聯(lián)系，如圖3所示，拓展了矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀應(yīng)用空間。

圖3 模擬和微波電路與數(shù)字電路表征參數(shù)

2.2 穩(wěn)態(tài)測(cè)量與瞬態(tài)測(cè)量

傳統(tǒng)的信號(hào)分析儀主要測(cè)量周期性穩(wěn)態(tài)信號(hào)，主要測(cè)量信號(hào)頻率與信號(hào)強(qiáng)度信息，但隨著新體制電子裝備不斷發(fā)展，需要解決強(qiáng)干擾背景下時(shí)變信號(hào)、混疊信號(hào)、未知信號(hào)測(cè)量與分析問(wèn)題。未來(lái)發(fā)展重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)從穩(wěn)態(tài)周期信號(hào)測(cè)量到瞬態(tài)時(shí)變信號(hào)測(cè)量的提升，測(cè)量參數(shù)從功率、頻率、頻譜等參數(shù)到復(fù)雜電磁環(huán)境、調(diào)制樣式、跳變模式、信息含量測(cè)量的跨越。

一是強(qiáng)電磁干擾環(huán)境信號(hào)測(cè)量問(wèn)題。電磁信號(hào)受到環(huán)境的強(qiáng)干擾，信號(hào)失真非常嚴(yán)重，信號(hào)模樣基本上面目全非。如何在強(qiáng)干擾情況下實(shí)現(xiàn)電磁信號(hào)高靈敏檢測(cè)與識(shí)別是現(xiàn)代測(cè)量?jī)x器一個(gè)難題。

二是瞬態(tài)時(shí)變信號(hào)捕獲問(wèn)題。為了避免干擾，雷達(dá)和通信設(shè)備往往采用時(shí)變信號(hào)模式，不僅載波頻率捷變和功率捷變，而且調(diào)制信號(hào)波形也在變化，時(shí)變信號(hào)難以捕獲與測(cè)量，迫使信號(hào)分析儀和測(cè)量接收機(jī)不斷地增加實(shí)時(shí)測(cè)量帶寬，提升時(shí)變信號(hào)的捕獲能力，目前信號(hào)分析儀實(shí)時(shí)分析帶寬已高達(dá)2 GHz。

三是重疊信號(hào)測(cè)量與分離問(wèn)題。各種電子設(shè)備輻射的電磁波構(gòu)成了復(fù)雜的電磁環(huán)境，在電磁信號(hào)工作頻率和出現(xiàn)的時(shí)間上往往都有重疊，如圖4和圖5所示。信號(hào)混在一起非常容易，但要把混合信號(hào)分離出來(lái)就比較困難，混合與分離往往是一個(gè)不可逆的過(guò)程。現(xiàn)代信號(hào)分析儀需要利用時(shí)域、頻域、空域、調(diào)制域等信號(hào)分析手段，解決多域重疊信號(hào)分離問(wèn)題。

圖4 隱藏于FM信號(hào)的窄帶干擾

圖5 同頻雷達(dá)信號(hào)疊加

四是未知調(diào)制信號(hào)識(shí)別與重建問(wèn)題。電磁信號(hào)測(cè)量與分析將從已知確定信號(hào)向未知不確定信號(hào)方向發(fā)展，不僅要實(shí)現(xiàn)信號(hào)快速搜索，而且還要實(shí)現(xiàn)信號(hào)實(shí)時(shí)跟蹤與識(shí)別，對(duì)未知信號(hào)進(jìn)行精確測(cè)量，以獲取電磁信號(hào)的特征參數(shù)，將來(lái)不僅要實(shí)現(xiàn)電磁信號(hào)承載信息準(zhǔn)確獲取，而且還要重構(gòu)與復(fù)現(xiàn)未知電磁信號(hào)。

2.3 時(shí)域測(cè)量與頻域測(cè)量

隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)不斷發(fā)展，高速高精度A/D變換器和 D/A變換器給測(cè)量?jī)x器帶來(lái)了根本性變革，支撐了微波測(cè)量?jī)x器快速發(fā)展。

一是數(shù)字電路前移改變了儀器體系架構(gòu)。隨著高速高分辨率A/D和D/A變換器的不斷發(fā)展，使儀器體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，原來(lái)復(fù)雜的模擬中頻電路被現(xiàn)在的簡(jiǎn)單數(shù)字中頻所取代，原來(lái)中頻濾波器被數(shù)字濾波器所取代，許多過(guò)去硬件實(shí)現(xiàn)的測(cè)量功能，現(xiàn)在用軟件就可以實(shí)現(xiàn)了。如果將來(lái)A/D和D/A變換器的分辨率、采樣率和帶寬進(jìn)一步提高，微波測(cè)量?jī)x器前端電路大大簡(jiǎn)化，而性能特性將進(jìn)一步提升，頻域與時(shí)域測(cè)量?jī)x器的界限越來(lái)越模糊。特別值得注意的是，未來(lái)儀器發(fā)展的關(guān)鍵器件仍然是高速高分辨率A/D和D/A變換器。

二是微波時(shí)域測(cè)量?jī)x器取得重要進(jìn)展。最近幾年，美國(guó)是德科技、泰克、力科三個(gè)儀器公司利用先進(jìn)的微電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了時(shí)域測(cè)量?jī)x器的重大突破，推出了超寬帶的數(shù)字存儲(chǔ)示波器和任意波形發(fā)生器。數(shù)字存儲(chǔ)示波器采樣速率高達(dá)260 GS/s、帶寬110 GHz，實(shí)現(xiàn)了微波信號(hào)時(shí)域波形直接顯示。任意波形發(fā)生器測(cè)量帶寬已達(dá)20 GHz，實(shí)現(xiàn)了各種復(fù)雜微波信號(hào)波形的直接編輯。寬帶數(shù)字存儲(chǔ)示波器和任意波形發(fā)生器已成為微波毫米波測(cè)量?jī)x器新成員。原來(lái)人們只能測(cè)量電磁信號(hào)的功率、頻率、頻譜和調(diào)制參數(shù)，現(xiàn)在可以直接看波形了。但這并不意味著時(shí)域測(cè)量?jī)x器將取代了頻譜分析儀、信號(hào)分析儀、信號(hào)發(fā)生器等頻域測(cè)量?jī)x器。主要有兩個(gè)理由，一是電磁信號(hào)的幅度、頻率、頻譜、諧波、分諧波、寄生響應(yīng)等主要參數(shù)測(cè)量方法都是以頻域測(cè)量?jī)x器來(lái)定義的，頻域測(cè)量?jī)x器可以直接獲得，測(cè)量起來(lái)比較方便；二是目前頻域測(cè)量?jī)x器的測(cè)量能力是時(shí)域測(cè)量?jī)x器還無(wú)法比擬的，比如信號(hào)測(cè)量靈敏度，頻譜分析儀要高出數(shù)字存儲(chǔ)示波器50～60 dB，而任意波發(fā)生器的相位噪聲和諧波分諧波指標(biāo)也與傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器有很大差距。目前來(lái)看，時(shí)域微波測(cè)量?jī)x器的加入，不是一種取代關(guān)系，而是相互補(bǔ)充關(guān)系，多了一種選擇，多了一種測(cè)量手段，未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間，頻域與時(shí)域測(cè)量?jī)x器是一種相互補(bǔ)充的并存發(fā)展關(guān)系。

2.4 機(jī)內(nèi)測(cè)試與機(jī)外測(cè)試

近10年來(lái)，電子信息產(chǎn)品性能特性和質(zhì)量可靠性發(fā)生了根本性變化，其重要特征就是高可靠長(zhǎng)壽命和更新?lián)Q代速度快，這些變化對(duì)測(cè)量技術(shù)發(fā)展提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。有人甚至認(rèn)為未來(lái)高可靠性、高質(zhì)量、自測(cè)試、自診斷和自修復(fù)技術(shù)發(fā)展，將顛覆測(cè)量?jī)x器行業(yè)發(fā)展。

一是高可靠高質(zhì)量電子產(chǎn)品對(duì)儀器依賴程度不是降低而是提高了?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)、手機(jī)和家用電器等民用產(chǎn)品維修保障的測(cè)量需求確實(shí)在減少。但并不意味著這些高質(zhì)量高可靠民用產(chǎn)品不需要測(cè)量?jī)x器，相反在手機(jī)、計(jì)算機(jī)和家用電器等民用產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程需要大量的測(cè)量?jī)x器，就是因?yàn)樯a(chǎn)過(guò)程進(jìn)行了充分測(cè)試，才有可能保證電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。雖然維修和維護(hù)的測(cè)量?jī)x器用得少了，但在科研與生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)儀器的要求更高、需求更大。同時(shí)移動(dòng)通信的基站和互聯(lián)網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施，以及現(xiàn)代電子裝備的維修保障測(cè)試需求依然旺盛，而且也更加迫切。

二是嵌入式測(cè)試融入被測(cè)對(duì)象是未來(lái)一個(gè)重要發(fā)展方向。隨著嵌入式測(cè)試與故障診斷技術(shù)的不斷發(fā)展，使得測(cè)試與被測(cè)對(duì)象融為一體成為可能，嵌入式測(cè)試已成為電子產(chǎn)品在線測(cè)試與故障隔離的重要手段，也是日常維護(hù)和維修保障的主要依賴手段。嵌入式測(cè)試定期或連續(xù)地監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備異?，F(xiàn)象，提供故障報(bào)警，并自動(dòng)啟動(dòng)故障診斷程序進(jìn)一步隔離故障，是提高設(shè)備測(cè)試性和維修性的重要技術(shù)途徑。測(cè)試融入被測(cè)對(duì)象是未來(lái)一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)，而且正超著自測(cè)試、自診斷、自修復(fù)的方向發(fā)展。嵌入式測(cè)試技術(shù)會(huì)不會(huì)成為現(xiàn)代測(cè)量?jī)x器的顛覆性技術(shù)，值得重點(diǎn)關(guān)注。

2.5 平臺(tái)化與芯片化

隨著微電子技術(shù)和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，測(cè)量?jī)x器體系結(jié)構(gòu)也在不斷地發(fā)生變化，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化發(fā)展方向上又多了芯片化和平臺(tái)化兩個(gè)重要特征，初步形成了MC3I(測(cè)量、計(jì)算機(jī)、控制、通信與人工智能)體系架構(gòu)，預(yù)示著儀器未來(lái)發(fā)展方向。

一是智能化儀器體系已逐步形成。20世紀(jì)80年代，測(cè)量與計(jì)算機(jī)第一次融合，形成了MC體系架構(gòu)，使得測(cè)量精度和測(cè)量速度都提高了 100倍。進(jìn)入 20世紀(jì)90年代，測(cè)量與計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)進(jìn)一步融合，形成了MC2的體系架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制與自動(dòng)測(cè)量，使測(cè)試效率和測(cè)量水平大幅提升。進(jìn)入21世紀(jì)，測(cè)量與計(jì)算機(jī)、控制和通信技術(shù)進(jìn)一步融合，形成了MC3的體系架構(gòu)，使遠(yuǎn)程測(cè)量與遠(yuǎn)程故障診斷成為可能，實(shí)現(xiàn)了分布式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量能力。最近幾年，測(cè)量與計(jì)算機(jī)、控制、通信和人工智能技術(shù)進(jìn)一步融合，形成了MC3I體系架構(gòu)，并朝著智能測(cè)試、智能化故障診斷、智能化故障預(yù)測(cè)方向發(fā)展。

二是可重構(gòu)儀器平臺(tái)已逐漸成熟。隨著合成儀器技術(shù)不斷發(fā)展，可重構(gòu)儀器平臺(tái)已逐步成熟，并走向?qū)嶋H應(yīng)用。未來(lái)儀器發(fā)展，平臺(tái)化發(fā)展趨勢(shì)非常明顯，可重構(gòu)的硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)，將大幅提高硬件資源的利用效率，呈現(xiàn)硬件資源最小化、軟件資源最大化發(fā)展趨勢(shì)。一代硬件平臺(tái)可搭載多代或多種軟件，可有效地提高硬件資源利用率，充分發(fā)揮軟件作用，儀器開發(fā)成本將從硬件開發(fā)成本為主體，向軟件開發(fā)成本為主體的方向發(fā)展。一代硬件平臺(tái)支撐多代軟件，可有效地延長(zhǎng)硬件資源的生命周期，測(cè)試軟件的地位越來(lái)越重要。

三是儀器芯片化和集成化趨勢(shì)非常明顯。隨著數(shù)字、模擬和微波集成電路的不斷發(fā)展，數(shù)字、模擬和微波集成電路與嵌入式計(jì)算機(jī)使儀器測(cè)量能力不斷增強(qiáng)。儀器芯片化發(fā)展和集成度的提高，不僅降低了儀器的體積和重量，更重要的是提升了儀器的測(cè)試能力和技術(shù)水平。儀器芯片化發(fā)展，使儀器開發(fā)成本大幅上升，而儀器生產(chǎn)成本卻大幅下降，生產(chǎn)量越大，儀器成本效益就越明顯。

3 發(fā)展目標(biāo)與意見(jiàn)建議

我國(guó)是一個(gè)世界大國(guó)，不能沒(méi)有自己的儀器工業(yè)，必須形成自己的測(cè)量?jī)x器工業(yè)體系，要培養(yǎng)“國(guó)內(nèi)卓越、世界一流”的尖端科學(xué)儀器企業(yè)，打造集基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、產(chǎn)品開發(fā)研制、批量生產(chǎn)、市場(chǎng)銷售和客戶服務(wù)一條龍的現(xiàn)代儀器集團(tuán)，并培養(yǎng)若干有特色的“隱形冠軍”企業(yè)。但是現(xiàn)在面臨的形勢(shì)還非常嚴(yán)峻，還有許多深層次問(wèn)題需要解決，打造世界知名儀器企業(yè)，不是用錢可以堆起來(lái)的，需要轉(zhuǎn)變觀念，解決體制機(jī)制問(wèn)題。為此提出以下幾個(gè)建議。

一是徹底解決儀器發(fā)展的體制與機(jī)制問(wèn)題。我國(guó)儀器相關(guān)科研項(xiàng)目主要集中于高等院校和研究機(jī)構(gòu)，而企業(yè)做主角的科研項(xiàng)目還比較少。不少科研機(jī)構(gòu)雖然實(shí)現(xiàn)了企業(yè)化轉(zhuǎn)制，但發(fā)展模式還是科研管理模式，而非企業(yè)化運(yùn)行模式，市場(chǎng)運(yùn)作能力普遍比較弱，不適合日益惡化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。因此必須轉(zhuǎn)變觀念，轉(zhuǎn)變思想，建立和完善適合儀器規(guī)?；l(fā)展的體制與機(jī)制，著力培養(yǎng)世界有影響力的尖端科學(xué)儀器企業(yè)。

二是加強(qiáng)儀器自主創(chuàng)新能力建設(shè)。我國(guó)很多儀器企業(yè)缺少人才、缺少核心技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)在的跟跑，到并跑都已經(jīng)很困難，要實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑困難更大。因此非常有必要構(gòu)建“產(chǎn)、學(xué)、研、用”聯(lián)合的合作模式，建立良性的儀器生態(tài)環(huán)境，再加上國(guó)家大量的經(jīng)費(fèi)投入，重點(diǎn)提升儀器自主創(chuàng)新能力，培養(yǎng)世界一流人才梯隊(duì)，實(shí)現(xiàn)儀器自主可控，相信通過(guò)測(cè)量?jī)x器人的艱苦努力，我國(guó)一定能實(shí)現(xiàn)超越，領(lǐng)跑世界儀器發(fā)展。

三是聚焦儀器發(fā)展問(wèn)題，順應(yīng)科學(xué)發(fā)展規(guī)律。現(xiàn)代測(cè)量?jī)x器發(fā)展也面臨著“摩爾定理”制約，儀器測(cè)量功能越來(lái)越多、越來(lái)越全，正朝著小型化、模塊化、多功能、組合化方向發(fā)展。如果按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，儀器體積和面板已經(jīng)容納不下如此多的功能。因此，必須適應(yīng)時(shí)代需求，發(fā)展虛擬儀器、合成儀器、數(shù)字化儀器、軟件定義儀器和認(rèn)知儀器等新體制儀器。為此，建議加強(qiáng)儀器標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)化工作，走型譜化發(fā)展之路，共享硬件和軟件資源，提高儀器科研效費(fèi)比；加強(qiáng)測(cè)量?jī)x器工程化研制工作，不斷提高儀器質(zhì)量可靠性和技術(shù)成熟度，打造好用、耐用、用戶愿意用的好儀器。