二十一世紀(jì)測量技術(shù)與儀器的發(fā)展趨勢

發(fā)展趨勢與前沿技術(shù)：

儀器涉及物理量的測量攻堅克難，對于材料機遇與挑戰、工程科學(xué)、能源科學(xué)關(guān)系密切相關。目前的發(fā)展趨勢有以下幾點：

(1)以自然基準(zhǔn)溯源和傳遞取得明顯成效，同時在不同量程實現(xiàn)比對。如果自己沒有能力比對就要依靠其它影響力範圍。

(2)大力發展。目前半導(dǎo)體工藝的典型線寬為0.25μm約定管轄，并正向0.18μm過渡，2009年的預(yù)測線寬是0.07μm集成技術。如果定位要求占線寬的1/3新創新即將到來，那么就要求10nm量級的精度，而且晶片尺寸還在增大創新的技術，達到300mm創新能力。這就意味著測量定位系統(tǒng)的精度要優(yōu)于3×10的-8次方，相應(yīng)的激光穩(wěn)頻精度應(yīng)該是10的-9次方數(shù)量級主動性。

(3)高速度發展。目前加工機械的速度已經(jīng)提高到1m/sec以上，上世紀(jì)80年代以前開發(fā)研制的儀器已不適應(yīng)市場的需求逐漸顯現。例如惠普公司的干涉儀市場大部分被英國Renishaw所占領(lǐng)十大行動，其原因是后者的速度達到了1m/sec。

(4)高靈敏著力增加，高分辨體系，小型化。如將光譜儀集成到一塊電路板上背景下。

(5)標(biāo)準(zhǔn)化多種場景。通訊接口過去常用GPIB，RS232開展試點，目前有可能成為替代物的高標(biāo)準(zhǔn)是USB集中展示、IEEE1394和VXI。現(xiàn)在規劃，技術(shù)者設(shè)法控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設，參與標(biāo)準(zhǔn)制訂是儀器開發(fā)的基礎(chǔ)研究工作之一。

我國儀器科技的發(fā)展現(xiàn)狀

(1)由于長期習(xí)慣于仿制產(chǎn)品發展，我國的儀器儀表工業(yè)缺乏能力，跟不上科學(xué)研究和工程建設(shè)的需要。

(2)我國儀器科學(xué)與技術(shù)研究領(lǐng)域積累了大量科研成果推進一步，許多成果處于水平探索創新，有待篩選、提高和轉(zhuǎn)化帶動擴大，但產(chǎn)業(yè)化程度很低前來體驗，沒有形成具有競爭力的完整產(chǎn)業(yè)。

未來發(fā)展趨勢

1．發(fā)展方向與學(xué)科前沿

(1)配合數(shù)控設(shè)備的技術(shù)(如主軸速度積極拓展新的領域，精度創(chuàng)成)

數(shù)控設(shè)備的主要誤差來源可分為幾何誤差（共有21項）和熱誤差充分發揮。對于重復(fù)出現(xiàn)的系統(tǒng)誤差，可采用軟件修正；對于隨機誤差較大的情況解決方案，要采用實時修正方法更優質。對于熱誤差，一般要通過溫度測量進行修正初步建立。我國機床行業(yè)市場萎縮同時又大量設(shè)備的原因之一就是因為這方面的技術(shù)沒有得到推廣應(yīng)用項目。為此，需要高速多通道激光干涉儀：其測量速度達60m/min以上重要方式，采樣速度達5000次/sec以上相對較高，以適應(yīng)熱誤差和幾何誤差測量的需要“l展需要？諝庹凵渎蕦崟r測量應(yīng)達到2×10的-7次方水平創新內容，其測量結(jié)果和長度測量結(jié)果可同步輸入計算機。

(2)運行和制造過程的監(jiān)控和在線檢測技術(shù)

綜合運用圖像信息、頻譜實踐者、光譜、光纖以及其它光與物質(zhì)相互作用原理的傳感器具有非接觸廣泛關註、高靈敏度豐富、高柔性、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點顯示。在這個領(lǐng)域綜合的天地十分廣闊善於監督，如振動、粗糙度豐富內涵、污染物數據、含水量、加工尺寸及相互位置等深入實施。

(3)配合信息產(chǎn)業(yè)和生產(chǎn)科學(xué)的技術(shù)

為了在開放環(huán)境下求得生存空間應用提升，沒有技術(shù)是沒有出路的。因此應(yīng)該根據(jù)有權(quán)業務指導、有技術(shù)含量、有市場等原則選擇一些項目予以支持發展空間。根據(jù)當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀創造性，信息、生命醫(yī)學(xué)就此掀開、環(huán)保能力、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域需要的產(chǎn)品應(yīng)給予優(yōu)先支持。如醫(yī)學(xué)中介入治療的精密儀器設(shè)備總之、電子工業(yè)中的超分辨光刻和清潔方法和機理研究等長足發展。

2．優(yōu)先領(lǐng)域

在基礎(chǔ)研究的初期，對于能否有突破性進展是很難預(yù)測的。但是規模設備，當(dāng)已經(jīng)取得突破性進展時支撐作用，則需要有一個轉(zhuǎn)化機制以進入市場。

(1)納米溯源技術(shù)和系統(tǒng)至關重要。

(2)介入安裝和制造的坐標(biāo)跟蹤測量系統(tǒng)實力增強。

關(guān)鍵理論和技術(shù)：超半球反射器(n=2或在機構(gòu)上)，快速擴大公共數據、多路干涉儀(頻差3～5兆)，二維精密跟蹤測角系統(tǒng)(0.2″～0.5″)，通用信號處理系統(tǒng)(工作頻率5兆)設計標準，無導(dǎo)軌半導(dǎo)體激光測量系統(tǒng)(分辨率1μm)深度，熱變形仿真，力變形仿真經過。

這些內(nèi)容不局限于一種技術(shù)方案帶來全新智能，而是幾種不同技術(shù)方案中概括出來的共同點。如采用無導(dǎo)軌干涉儀更加堅強，對跟蹤系統(tǒng)的要求可以降低提供有力支撐；采用二維精密跟蹤測角系統(tǒng)在1M3測量范圍內(nèi)可以得到；有了超半球反射鏡可以提高4路跟蹤方案的精度配套設備。在現(xiàn)場進行介入制造和裝配不能等待很長時間發展成就，力和熱變形的補償是必須的而且需要足夠快，現(xiàn)在的技術(shù)還有相當(dāng)大的差距建議，所以這些進展是關(guān)鍵性的優勢。

應(yīng)用范圍：并行機構(gòu)機床的鑒定，飛機裝配型架的鑒定，大型設(shè)備安裝品率，用于生物芯片精密機器人等。

(3)非接觸測頭以及各種掃描探針顯微鏡

航空航天行業(yè)對此已經(jīng)提出迫切要求推進高水平，這是今后坐標(biāo)測量機發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)開展面對面。目前接觸式測頭已被所壟斷，非接觸測頭還沒有發(fā)展成熟不斷發展，我們有參與競爭的機遇便利性。以前較多采用的激光三角法原理受到很多限制，難以有突破性進展非常重要，但可在原理上下功夫實事求是。應(yīng)該突破0.1～0.5μm分辨率。

(4)計算機輔助測量理論

信號處理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化行動力、模塊化結構、兼容和集成。例如，目前多數(shù)采用ISA總線雙向互動、IEEE488口集成技術，今后計算機可能取消ISA總線，用于筆記本電腦的USB接口將廣泛應(yīng)用綠色化。過去設計，我國生產(chǎn)的儀器滿足于數(shù)字顯示，沒有數(shù)據(jù)交換接口至關重要，難以進入市場主動性。生產(chǎn)的儀器普遍配備IEEE488(GPIB)口。RS232：目前有可能成為替代物的高標(biāo)準(zhǔn)是USB改進措施、IEEE1394和VXI範圍。在此轉(zhuǎn)折期為我們提供了機遇。目前虛擬儀器的工作頻段在千赫數(shù)量級發展的關鍵，對于干涉信號處理顯得太低，可以采取聯(lián)合互補的方法形成模塊系列，同時降低成本有所應，從總體上提高研發(fā)工作的效率道路。根據(jù)已有基礎(chǔ)，發(fā)展特長今年，有利于克服重復(fù)研究空間廣闊。

(5)新器件，新材料

過去真諦所在，科研評價體系存在偏重于整機和系統(tǒng)研學體驗，忽視材料和器件的趨向。突破點可能出現(xiàn)在新光源提供深度撮合服務、高頻探測器深刻內涵。目前探測器的響應(yīng)頻率只有10的9次方，而光頻高達10的14次方最為突出，目前干涉儀實際上是起著混頻器的作用逐步改善，適應(yīng)探測器的不足(如果探測器的響應(yīng)果真能超過光頻，干涉儀也就沒有用了)。如果探測器的得到顯著提高近年來，對于通訊也是很大的突破。

(6)半導(dǎo)體激光器計量特性的研究和