摘要：21世纪仪器学科面临的挑战，高精度、高速度、高分辨、高集成仍是竞争的焦点。在这些方面开展基础研究并取得突破性进展将会带来发展的机遇。
根据国内外研究进展提出一些值得重视的发展方向：纳米测量技术和系统、无导轨坐标跟踪系统、超精非接触测头、千兆采样有通用接口的虚拟仪器、数控机床技术创新设备、新器件新材料、重大工程和科学问题的仪器创新、**测量仪器、仿生测量方法和仪器等。
1、学科地位。
没有测量就没有科学”，仪器科学与技术的领先程度决定了科研和生产的先进程度和竞争能力。它集中了现代的物理、数学、光电子学、计算机技术的最新成就，是知识和技术最密集的领域。它的水平决定了在国际**中是平等交易还是受制于人。
仪器科学和技术的发展水平也关系到国家的安全。该学科涉及所有物理量的测量，与材料、工程科学、能源科学关系紧密。
2、挑战和机遇。
由于长期习惯于仿制国外产品，我国的仪器仪表工业缺乏创新能力，跟不上科学研究和工程建设的需要。出口的产品多为劳动力密集型的： 30台国产经纬仪换1台外国经纬仪。
目前国内开展的一些研究工作有不少是重复国外的工作，在性能指标方面没有希望超过别人，即使形成产品也不会有市场。可以说，加入wto以后面临更严峻的挑战。与此同时，多年来我国仪器科学与技术研究领域积累了大量科研成果，许多是国际领先的，有待筛选、提高、转化成具有国际竞争能力的产业成为发展的机遇。
目前可以看到的发展趋势如下：
1) 以自然基准溯源和传递，同时在不同量程实现国际比对如果自己没有能力比对就要依靠其他国家。
2) 高精度目前半导体工艺的典型线宽为0. 25μm，正向0. 18μm过渡，2023年的**线宽是0.
07μm。如果定位要求占线宽的1/3，那么就要求10 nm量级的精度，而且晶片尺寸还在增大，达到300mm。这意味着测量定位系统的精度要优于3×10-8：
相应的激光稳频精度应该是1×10-8～10-9数量级。按传统的概念， 0. 25μm已经是物理极限，向超分辨方向冲击当然是挑战。
但是，寻求解决途径的机遇也是存在的。
3) 高速度因为加工机械的速度已经提高到1m /s以上。80年代以前开发研制的仪器已经赶不上需要，例如，惠普公司的干涉仪市场被英国renishaw公司抢去的比例很大，就是因为后者的速度达到1m /s。对于双频干涉仪来说，要提高测量速度就要把频差提高到5mhz左右。
因为国内率先解决了这个问题，也就得到了发展的机遇。
4)高灵敏、高分辨、小型化例如，光谱仪被集成到一块电路板上。
5)标准化通讯接口过去常用的是gpib,rs232；目前有可能成为替代物的高性能标准是usb、ieee1394、vxi。对于新标准各个公司都要重新设计产品，我们的负担反而轻一些。现在，技术领先者设法控制技术标准，参与国际标准制定是基础研究工作。
采用新的国际标准也是进入国际市场的必要条件。
6)生物、物理、化学、天文等重大突破离不开科学仪器的努力和支持历史上麦克尔逊用干涉仪检验“以太”论获得诺贝尔奖；塞曼用光谱仪发现钠火焰在强磁场中的谱线展宽而获奖；现在世上美国费米实验室、意大利pvlas、台湾清华大学q&a正在从事真空双折射实验和重力波实验这类研究工作，有望在物理学方面取得新进展。我国也会规划若干大课题，这类仪器当然是困难的，但机遇也是喜人的。
7)围绕微型机械设计理论开展的测试、理论分析工作“science”已经刊登2篇关于昆虫飞行动力学研究的文章，因为微型飞行器受到各国普遍重视。我们具有作出贡献的机遇，但是也要看到在资助强度和相应的人力投入方面还处于不利。
的地位。3、关于发展方向的建议。
创新是一个民族生存的灵魂，是一个国家兴旺发达的动力”。仪表工业走出低谷的出路只能是创新，靠引进国外生产线是不能奏效的。基础研究的初期，究竟能不能做出突破性进展是很难**的。
但是，当已经取得突破性进展，需要有一个转化的机制进入市场。目前，中国的企业还不具备从基础研究转化为产品的能力，即使是出名的大公司也没有很多研究投入。建议组织几个关键理论和技术的协作研究。
1)纳米溯源技术和系统中国计量科学研究院作为长度基准的碘稳频激光处于国际先进行列。用作纳米干涉仪标定的拍波干涉仪也是国际先进水平，说明我国具备了研制纳米测量机的基本技术条件。目前在纳米样板的比对中遇到困难，说明了客观的需求。
如果不解决，影响国家声誉和对外**。
2)介入安装和制造的坐标跟踪测量系统新型并行机构机床的鉴定、飞机装配型架的鉴定、大型设备的安装、微机械和生物芯片的微操作系统的鉴定都需要跟踪测量系统。目前有2种类型：一种是极坐标型，国外已经商品化，如果想超越，需要很大的投入；另一种是3个或4个测长干涉仪构成的跟踪测量系统。
目前国外达到的不确定度是40μm。特别是折射率等于2的超半球，国内还不能解决。所以，采用和国外相同的技术路线恐难在竞争中取得优势。
但是，如果采用无导轨测量干涉仪就可以降低对反射镜跟踪系统的精度要求。也不受偶然挡光的影响，若在数据处理和系统布置方面有所创新，会构成一种全新的解决方案。我们研制的远程双频同轴度、直线度测量干涉仪获2023年度北京市科技进步二等奖，用。
三s激光干涉仪跟踪测量加工中心主轴热变形。
3)非接触测头以及各种扫描探针显微镜航天部门已经提出需求，这是今后坐标测量机发展的关键点。接触式测头已经完全被外国垄断，非接触测头目前还没发展成熟，有我们竞争的机遇。以前较多采用激光三角法原理，受到很多限制，难于有突破性进展。
可以在原理创新上下工夫。应该突破0. 1μm～0.
5μm分辨率。
4)计算机辅助测量信号处理系统的标准化模块化，系统的兼容和集成由a /d采样卡和后续的多功能分析软件，有时被称为“虚拟仪器”。影响该领域竞争能力的还是传感器、采样速度和是否与国际标准兼容。目前国外商用仪器的采样速度已经达到仟兆赫，而国内产品还在兆赫以下。
如果踏步不前就会落后于技术进步的要求。目前的计算机插卡多数采用isa总线，先进的采用ieee-488口，今后计算机可能取消isa总线，用于笔记本电脑的usb接口将广泛应用。过去，我国生产的仪器满足于数字显示，没有数据交换接口，不可能进入国际市场，外国生产的仪器普遍配备ieee488(gpib)口和rs232串行接口。
目前有可能成为替代物的高性能标准是usb、ieee1394、vxi。在转折时期为我们提供了机遇。目前虚拟仪器的工作频段低于兆赫，对于干涉信号处理显得太低，可以采取联合互补的方法形成模块系列，同时降低成本，从总体上提高科研工作的效率。
根据已有基础，发挥特长，有利于克服重复研究。
5)新器件新材料科研评价体系容易重整机、系统，忽视材料和器件。新的突破点可能出现在以下方面：新光源、新型高频探测器。
目前探测器的响应频率只有109，而光频高达1014。目前干涉仪实际上是起着混频器的作用，适应探测器的不足。如果探测器的性能得到显著提高，对于通讯也是很大的突破。
6)半导体激光器计量特性的研究和创新半导体激光器用于计量要解决很多问题(如线宽、定标、变频等)。但是，如果解决了诸多问题以后系统比气体激光更复杂，就不会有竞争力。集中力量研究那些明确的突破点，和面上的研究是相辅相成的。
大课题代替不了分散的自由创造思想。
7)配合数控设备的技术创新数控设备的主要误差**可分为几何误差和热误差，几何误差有21项。对于重复出现的系统误差可以用软件修正，对于随机误差较大的情况要采取实时修正方法。对于热误差一般要通过温度测量进行修正。
仪器科学是一门新兴科学，发展极快，而且同不少学科交叉，保持创新和发展，加强学术交流至关重要。**在促进学术交流过程中，不仅要发挥传播作用，也要在产业化过程中发挥市场与技术之间的桥梁纽带作用。新时代下仪器学科的研究生需要具有完整的知识结构和能力结构适应社会对仪器专业类人才的需求，能应用所学的科学理论、技术知识和技能，造性地解决实际问题，能在仪器专业领域具有适应未来发展的能力。
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