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儀器科學與技術學科發展與前景

日期:2009-02-26  來源:機經網    點擊:

一、引言
  最初作為測量器具的儀器在促進科技和生產發展的同時,在現代科學技術和生產力的推動下,已成為完整的儀器科學與技術學科。作為測量和測試技術集中體現的儀器科學與技術學科,在當今我國國民經濟和科學技術發展中的作用日益明顯,儀器儀表是工業生產的“倍增器”、科學研究的“先行官”、軍事上的“戰斗力”、國民活動中的“物化法官”已廣為人們所理解。
  根據國際發展潮流和我國發展現狀,儀器科學與技術學科主要組成包括:工業自動化測控技術及工業自動化儀表與系統;科學測試、分析技術及科學儀器;人體診療技術及醫療儀器;信息計測技術及電測儀器;專用檢測技術及各類專用測量儀器;相關傳感器、元器件、材料及技術。儀器科學與技術學科領域科技和產業發展的主要特點和發展趨勢是:學科面對的產品種類和品種多樣化;產品的穩定性、可靠性和適應性要求很高;產品的技術指標和功能不斷提高;最先應用新的科學研究成果,高新技術大量采用;儀器及測控單元微小型化、智能化、可獨立使用,也可嵌入式使用和聯網使用;儀器測控范圍向立體化、全球化擴展、測控功能向系統化、網絡化發展;便攜式、手持式以至個性化儀器大量發展。
  目前,我國儀器科學與技術學科從理論研究、計量基準、產品制造技術、新器件、新材料、新工藝的研究和應用等方面已日趨完善,并形成門類品種比較齊全、布局較為合理、具有相當技術基礎和生產規模的儀器儀表產業體系。從產品的科技水平分析,目前絕大部分國產儀器的科技水平處于國際上20世紀90年代初、中期的水平,中低檔產品品種基本齊全,能夠批量生產,且質量穩定;少數中高等產品,已接近國際水平。在工程應用技術方面,已經能夠承擔一部分國家重大工程儀器儀表系統成套工程。但在高技術含量的自動化儀表系統及系統、科學測試儀器、傳感器、元器件等產品的競爭上,國內儀器儀表行業還基本上處于相當被動的境地。可喜的是,隨著我國經濟持續穩定地快速增長和“企業要成為科技創新主體”國策的實施,我國儀器儀表產業規模的年增長速度連續四年超過20%,近期我國儀器科學與技術學科領域科技和產業發展在實現微型化、智能化、數字化、集成化和網絡化等方面緊跟國際發展的步伐,具有自主知識產權部分的開發研制及產業化,取得了顯著的進展。特別是自動化儀表及大型控制系統出現重大進展,解決了現場總線在儀器儀表和控制系統中應用的一些關鍵技術,在基于HART、FF現場總線的變送器、執行機構、控制系統等方面取得了重大成果,達到國際先進水平,并已開始實施產品化,打破了由國外大公司壟斷的局面;研究解決了工業實時以太網系列關鍵技術,原創性地提出了EPA(Ethernet for Plant Automation)工業控制網絡通信技術,制定了我國第一個擁有自主知識產權的現場總線國家標準和國際標準;先進控制與優化軟件產業化取得重大突破,已基本可以平等地與國際著名的Aspen、Honeywell競爭;解決了大型控制系統在工程應用中的可靠性問題,在石油化工、大型電力、核電、冶金等領域得到廣泛應用。
  本報告除介紹上述情況外,還對我國儀器科學與技術學科發展的未來需求和目標進行了剖析,在此基礎上對我國儀器科學與技術學科領域科技研究和產業發展方向、儀器科學與技術學科發展的組織方式和相應政策措施提出建議。
  二、儀器科學與技術學科的內涵和組成
  (一)儀器科學與技術學科的內涵
  馬克思曾說過,制造和使用工具,是區分人和動物的根本標志。人類也正是在制造和使用工具的不斷發展中加快認識世界、改造世界(包括人類本身)的進程。“工欲善其事,必先利其器。”在人類進化和社會發展的歷史長河中,在創造、制作、使用工具改變生活環境和自身的過程中,儀器作為計量器具、疾病診療輔助器械和觀天測地器件,是人類智慧的結晶,是直接擴展人類感知、操作能力的工具,為人類建立和發展科學研究、擴展生產規模創造了有利條件。
  著名科學家門捷列夫說過:科學是從測量開始的。最初作為測量器具的儀器在促進科技和生產發展的同時,在現代科學技術和生產力的推動下,已形成較完整的儀器科學與技術學科。她是當今社會人類對物質世界(包括人類創造的各種工具和人類本身)進行測量,并使人類能方便監控物質世界使之達到最佳目標的基本手段和技術,是人類認識世界和改造世界的重要工具。我國著名科學家錢學森明確指出:“發展高新技術,信息技術是關鍵,信息技術包括測量技術、計算機技術和通信技術,測量技術是關鍵和基礎。”王大珩院士也多次指出:“在當今以信息技術帶動工業化發展的時代,儀器儀表與測試技術是信息科學技術最根本的組成部分。”作為測量和測試技術集中體現的儀器科學和技術學科,其在當今我國國民經濟和科學技術發展中的作用日益明顯,儀器儀表是工業生產的“倍增器”、科學研究的“先行官”、軍事上的“戰斗力”、國民活動中的“物化法官”已廣為人們所理解。
  實際上,隨著人類制造和使用工具的規模不斷向高、大、精、尖發展,人類活動的規模和深度不斷擴大和深入,人類已不可能通過自己的感覺、思維和體能器官直接觀測和操作工具使之達到既定的目標。儀器科學和技術學科的內涵就是專門研究、開發、制造、應用各類儀器以使人的感覺、思維、和體能器官得以延伸的科學技術學科,從而使人類具有更強的感知和操作工具的能力來面對客觀物質世界能以最佳或接近最佳的方式發展生產力、進行科學研究、預防和診療疾病及從事社會活動。

 (二)儀器科學與技術學科的組成
  儀器科學與技術學科作為工程性學科,有關儀器運行、應用的理論研究,新技術、新器件、新材料、新工藝的研究和應用集中體現在新型儀器儀表的傳感器、元器件和材料等領域的研究和產業化中,科技研究和產業發展緊密結合。目前,根據國際發展的潮流和我國現狀,儀器科學與技術學科主要促成包括:工業自動化測控技術及工業自動化儀表與系統;科學測試、分析技術及科學儀器;人體診療技術及醫療儀器;信息計測技術及電測儀器(主要是電子測量儀器和電工測量儀器,包括儀表校驗裝置和計量基準);專用檢測技術及各類專用測量儀器;相關傳感器、元器件、材料及技術。
  三、儀器科學與技術學科領域科技和產業發展的特點
  (一)儀器科學與技術學科領域科技和產業發展特點
  根據儀器科學與技術學科的內涵和組成,目前儀器科學與技術學科領域科技和產業發展具有以下主要特點。
  1.產品種類多樣化
  據不完全的統計,我國儀器科技產品原屬國家機械局歸口的工業自動化儀表及控制系統、科學儀器、電工測量儀器及其他各類測量儀器儀表已發展到13大類,145小類,800多個系列,16000多個產品品種;屬信息產業部歸口的信息技術電測儀器有20大類,2000多個產品品種;屬衛生系統歸口的醫療儀器也有23大類,2000多個產品品種;相關傳感器、元器件及材料的產品品種更是不勝枚舉。
  工業自動化儀表及控制系統主要是各類生產現場的儀表及控制室儀表,其中包括各種溫度、壓力、流量、物位等過程檢測儀表,各種變送、調節儀表、各種執行伺服裝置及執行器,各種PLC(可編程邏輯控制器),SLC/MLC(單/多回路調節器),各種專用控制器、DCS(分散控制系統)、FCS(現場控制系統)等。
  科學儀器主要包括各種電化學、光學、熱學分析儀器,質譜、波譜、色譜分析儀器、能譜及射線分析儀器、物性分析儀器、生化分析儀器、在線分析儀器及光學儀器、試驗機、實驗室儀器等。
  信息技術電測儀器主要是各種電子測量儀器、電工測量儀器、儀表校驗裝置和計量基準,其中電子測量儀器包括信號(頻率、時延、相位等)測量分析儀器、信號源、元器件參數測量儀器、通信信道測量分析儀器、電聲測量儀器、廣播音響測量儀器、通信測試儀器、光纖測量儀器等;電工測量儀器包括電能計量儀表(含計費儀表)、安裝式電表、精密電表(實驗室和便攜式電表)、數字儀表、電測量儀器(交流儀器、直流儀器)、磁測量儀器、擴大量限裝置、自動抄表系統、電力監控儀器儀表及系統、電能計量管理及電力負荷控制系統、自動測試系統、校驗裝置、電源裝置等。
  醫療儀器主要是各種人類疾病的預防、診斷、治療儀器及保健、康復、臨床檢驗、妊娠控制儀器,其中包括醫用X射線與磁共振影像設備、醫用超聲儀器、醫用電子儀器、臨床檢驗分析儀器(體外診斷儀器)、醫用激光儀器、醫用分析儀儀器、醫用檢測儀器、醫用光學儀器、醫用實驗設備、物理治療設備、微創介入與植入式真摯系統、細胞和分子層次上的診治儀器(含生物芯片與儀器)、中西醫結合儀器、新型醫療儀器等。
  其他各類測量儀器儀表主要是國民經濟某一部門用得較多而其他部門使用較少的各類專用儀器儀表和系統,涉及導航制導儀器、大地測量儀器、地震地質儀器、農林牧漁儀器儀表、氣象海洋水文天文儀器、核儀器、船用儀器、汽車用儀表,輕工儀器儀表等。
  2.產品的穩定性、可靠性和適應性要求高
  信息技術的要素包括信息的獲取、存儲、處理、傳輸和利用,而各行各業的信息獲取正是靠儀器科技裝備來實現的。如果獲取的信息不準確、不穩定、不可靠,都會使隨后的存儲、處理、傳輸毫無意義,甚至產生錯誤,造成巨大損失。加上很多部門對儀器科技裝備獲取信息是要求24小時連續,長年不懈,這就對產品的穩定性、可靠性提出特別高的要求。此外,儀器科技裝備幾乎運行于地球及其外層空間的任何地點,很多時候是需在有毒、強腐蝕、有爆炸危險或失重、高速的狀態下進行監測、監控任務,因此對產品的環境適應性要求很高。
  我國生產的各類儀器科技裝備主要產品,包括工業自動化儀表與控制系統、科學儀器、醫療儀器等,雖然各項技術指標同國外同類產品比較差距不算很大,但穩定性、可靠性和環境適用性卻又明顯差距,從而影響了國產儀器儀表技術裝備的市場占有率。
  3.技術指標和功能不斷提高
  就如奧林匹克運動的口號是“更高、更快、更強”一樣,儀器科學與技術學科在提高科技研究水平及其相關儀器的技術指標和功能上的追求是無止境的,測控技術及其相關儀器的技術指標水平是一個國家儀器科學與技術學科水平的量化標準。以擴大檢測范圍指標來說,如電壓從納伏~百萬伏;電阻從超導至1014Ω經;諧波測量到51次;加速度為10-14~104g;頻率測量至1012Hz;壓力測量至108Pa等,溫度測量從接近絕對零度至1080C等,以測量精度指標來說,工業參數測量提高至0.02%以上,航空航天參數測量達到0.05%以上,計量精度和科學儀器達到的精度更是與時俱進。以提高測量的敏感度來說更是向單個粒子、分子、原子級發展。提高測量速度(響應速度),靜態0.1~0.02ms,動態為1us。提高可靠性,一般要求為(2~5)×104h,高可靠性要求2.5×105h。穩定性(年變化)?±0.05%(高精度儀器)或?±0.1%(一般儀器)。提高產品環境適應性,根據不同用戶的要求,有高溫、高濕、高塵、腐蝕、振動、沖擊、電磁場、輻射、深水、雨淋、高壓電、低氣壓等條件下的適應性。


  六、我國儀器科學與技術學科發展的未來需求和目標
  (一)我國儀器科學與技術學科發展的未來需求
  本學科發展的未來需求是確定儀器科學與技術學科領域科技發展方向和產業發展重點的基礎。現代儀器儀表在當今社會經濟活動中還發揮“物化法官”的重要作用。同時,儀器儀表在試驗教學、氣象預報、大地測繪、診治疾病、指揮交通、探測災情等社會生活許多領域都有廣泛應用,需求遍及“農輕重、海陸空、吃穿用”無所不在。下面主要從未來10年國民經濟、社會發展和國防安全的戰略目標,分析儀器科學與技術學科的未來需求。
  (1)國民經濟的發展要改變產品檔次低、技術含量低、主要靠數量增加的粗放式發展模式,走以質取勝的集約式發展之路,必須廣泛采用信息技術,用信息化帶動傳統產業的發展。儀器科學與技術學科是信息技術的重要組成部分,在實現“精確工業”、“精確農業”……的過程中有巨大的需求。
  (2)科學技術是第一生產力,科教興國已成為既定國策。大力加強科研和建立以企業為主的技術創新體系,提高自主開發和自主創新能力,儀器科學技術必須先行。
  (3)面對世界超級大國的超強“精確打擊”軍力,為了國防需要,部隊的快速反應能力和武器的精確打擊能力急需提高,對作為軍事上戰斗力的儀器科技同樣有巨大的需求。
  (4)面對資源短缺,水資源危機、生態環境惡劣的嚴峻局面,要保障人民健康和社會的可持續性發展,必須加強生命科學、食品安全、環境保護、公共安全(包括反恐、反毒)、商品質檢、臨床醫學、醫藥科學等領域的研究和發展,從而增加對儀器科學與技術學科的未來需求。
  (二)我國儀器科學與技術學科發展的目標
  我國儀器科學與技術學科的總體目標是:從目前至2020年,必須充分利用我國經濟高速發展和巨大的市場優勢,結合測控技術的深化研究,大力推進新技術、新工藝在儀器儀表中的應用研究,掌握各類儀器儀表的設計、生產工藝等關鍵技術,滿足國民經濟、人民健康和國防安全在生產、科研、應用各個方面對測量控制與儀器儀表的需求,減少進口,擴大出口,使我國儀器科學與技術學科領域科技和產業總體水平與國際水平差距普遍縮短到3~5年;工業自動化儀表和控制系統、科學儀器、醫療儀器、電測和計量儀器、各類專用儀器儀表、相關傳感器和元器件及材料等領域約30%的產品達到國際同期先進水平,國內生產的儀器儀表在大工程的配套能力達到80%以上。
  七、我國儀器科學與技術學科領域科技研究方向和產業發展建議
  (一)我國儀器科學與技術學科領域科技研究方向建議
  從儀器科學與技術學科領域個組成部分相互關系、共性問題以及我國國民經濟、科學研究、國防建設、社會發展全局進行戰略研究,建議學科領域科技研究方向為:新型傳感器及信息獲取技術;與國家重點工程相配套的過程控制系統和測控裝備及其系統集成技術;精確制造中的測量控制技術及儀器儀表;微分析儀器及其關鍵技術;數字化醫療儀器及其關鍵技術;基于量子物理的計量標準系統。
  1.新型傳感器及信息獲取、傳感技術
  2.傳感技術不僅是檢測的基礎,它也是控制的基礎。這不僅是因為控制必須以檢測輸入的信息為基礎;并且是猶豫控制達到的精度和狀態,必需感知,否則不明確控制效果的控制仍然是盲目的。信息獲取、傳感技術是儀器科學與技術學科的基礎技術;新型傳感器是發展高水平測量控制儀器儀表的基礎。傳感技術已成為制約測量控制儀器儀表發展的瓶頸。
  新型傳感器及信息獲取、傳感技術主要是對客觀世界有用信息的檢測,它包括有用唄測量敏感技術、涉及各學科工作原理、遙感遙控、新材料等技術、信息融合技術;傳感器制造技術等。信息融合技術設計傳感器分布、微弱信號提取(增強)、傳感信息融合、成像等技術、傳感器制造技術涉及微加工、生物芯片、新工藝等技術。
  3.與國家重點工程相配套的過程控制系統和測控裝備及其系統集成技術
  工業發達國家高新技術儀器儀表產品品種約占總品種的75%,而國內還不到20%。工業自動化儀表和控制系統的儀表品種國內滿足率,一般性工程項目達80%,大型工程項目還不到50%,主要缺少智能化和高精度、高可靠性、大量程、耐腐蝕、全密封、防爆等有特殊要求的自動化儀表品種。與國家重點工程相配套的過程控制系統和測控裝備主要解決智能化和高精度、高可靠性、大量程、耐腐蝕、全密封、防爆等有特殊要求的自動化儀表品種。主要包括符合現場要求的各類傳感器及檢測儀表,實時流程分析儀器及在線分析技術,新型現場控制系統,e網控制系統,以工業控制計算機、可編程控制為基礎的開放式控制系統及先進控制技術,特種測控裝備和測控技術,系統成套集成技術等。
  系統集成技術直接影響測量控制儀器儀表的應用廣度和水平,特別是對大工程、大系統、大型裝置的自動化程度和效益有決定性影響,它是系統級層次上的信息融合控制技術沒包括系統的需求分析和建模技術、物理層裝置技術、系統各部分信息通信轉換技術、應用層控制策略實時技術等。在操作人員為多種不同崗位的操作群體情況下,還應包括各近最佳方式監控智能化工具、裝備、系統以達到既定目標的技術,是直接涉及測控系統效益發揮的技術,是從信息技術向知識經濟技術發展的關鍵。智能控制技術可以說是測控系統中最重要和最關鍵的軟件資源。從目前發展趨勢看,在企業信息化ERS/MES/PCS三級節后的計算機測控系統中,軟件的價格已超過硬件的3倍。而有關石化、冶金、電力、制藥行業中自動化測控系統的先進控制軟件價格就超過系統硬件價格。智能控制技術包括仿人的特征提取技術、目標自動化辨識技術、知識的自學習技術、環境的自適應技術、最佳決策技術等。
  4.科學儀器中的為分析儀器及其關鍵技術
  5.分析儀器是科學儀器中最重要和發展最快的組成部分,而為分析儀器包含的微量檢測、微型化、高靈敏度、高分辨率和高智能化內涵,則代表了分析儀器的一個重要發展趨勢和技術水平,在生命科學、食品安全、環境保護、公共安全(包括反恐、反毒)、臨床醫學、醫藥科學和化工等領域得到越來越多的應用。微分析儀器及其關鍵技術的研究方向包括:
  (1)開展高靈敏度、高分辨率、高性能水平的微結構型傳感器研究,將生物芯片技術、新型化學傳感器技術、多組分(多參數)集成傳感器技術應用于分析儀器的研制和開發。
  (2)開展分析儀器微型化和相關微根系技術的研究,重點進行微分析儀器使用的共性技術和新技術的研究、如微流控技術、微加工技術、微檢測技術、微光源、全電子分光系統、微分光儀、新型芯片等的研究。
  (3)過程分析、在線分析使用的微分析儀器及其關鍵技術研究。
  (4)不同類別分析器聯用技術的研究。當復雜基體的微量、痕量物質的含量及結構分析對分析對象的分辨能力提出極高的要求,且單一的分離技術甚至質譜分離技術均已無法從復雜的信息中分離出所需要的有用信息時,需要通過相關不同類別分析器的聯用技術對物質的成分、結構、形態甚至是綜合形態進行分析,以便同時獲得原子和分子的信息。
4.大量采用高新技術
  儀器作為人類認識世界、改造世界的第一手工具,是人類進行科學研究和工程技術開發的最基本工具。儀器科學和技術學科作為研究、開發、制造、應用儀器的學科,新的科學研究成果和發現(如信息論、控制論、系統工程理論,微觀和宏觀世界研究成果)及大量高新技術(如微弱信號提取技術、計算軟件、硬件技術,網絡技術,激光技術,超導技術,納米技術等)均成為儀器科學和技術學科發展的重要動力。儀器不僅本身已成為高技術的新產品,而且利用、集成新原理、新概念、新技術、新材料和新工藝等最新科技成果的儀器裝置和系統層出不窮。
  5.儀器及測控單元微小型化、智能化、可獨立使用,也可嵌入式使用和聯網使用
  儀器及測控單元大量采用新的傳感器、大規模和超大規模集成電路、計算機及專家系統等信息技術產品,不斷象微小型、智能化發展,從目前出現的“芯片式儀器儀表”,“芯片實驗室”、“芯片系統”等看,儀器和測控單元的微小型化和智能化將是長期發展特點。從應用技術看,微小型化和智能化儀器及測控單元的嵌入式連接和聯網應用技術得到重視。
  6.儀器測控范圍向立體化、全球化擴展,測控功能向系統化、網絡化發展
  隨著儀器所測控的既定區域不斷向立體化、全球化甚至星球化發展,儀器和測控裝置已不再呈單個裝置形式,它必然向測控裝置系統化、網絡化方向發展。例如,一個大型水電站的測控系統,僅檢測大壩安全性的傳感器就達數千,它首先要將衛星上各種測控裝置構成一個完整的自動控制子系統,然后和多個地面站的測控系統構成一個廣域測控系統。
  7.便攜式、手持式及個性化儀器大量發展
  隨著生產的發展和人民生活水平的提高,人們對自己的生活質量和健康水平日益關注,檢測與人民生活密切相關的各類商品、食品質量的儀器,預防和治療疾病的各種醫療儀器是今后發展的一個重要特點。科學儀器的現場化、實時在線化,特別是家庭和個人使用的健康狀況和疾病警示儀器將有較大發展。
  (二)儀器科學與技術學科領域科技和產業的發展趨勢
  1.學科領域科技發展趨勢
  學科領域技術發展的趨勢是利用各學科最新科技成果,特別是結合材料、微電子、光電子、生物化學、信息處理等各學科及大規模集成電路、微納加工、網絡等各種新技術,開發新的微弱信號敏感、傳感、檢測、融合技術,物質原子、分子級檢測技術,復雜組成樣品的聯用分析技術,生命科學的原位、在體、實時、在線、高靈敏度、高通量、高選擇性檢測技術,工業自動化測控的在線分析、原位分析、高可靠性、高性能和高適用性技術,新學科領域的計量技術,各類應用領域的專用、快速、自動化檢測和計量技術。這些科技發展趨勢,具體表現在下列一些方面。
  (1)與微電子技術、MEMS技術結合,實現敏感單元與信號調理電路集成,有利于敏感單元微弱信號檢測、放大及處理,大大減小了傳感器體積,有效提高了傳感器的抗干擾能力。
  (2)與納米技術結合,基于傳感器實現的新方法,采用納米結構或納米材料的某些典型特性,設計極高靈敏度的痕量檢測微系統。
  (3)與生物技術結合,開發微型生物、化學傳感系統,用于疾病檢測、生化分析、有毒有害物質檢測等領域。
  (4)與網絡、通信技術結合,開發網絡化傳感技術和微弱信號融合技術,用于有用信號增加及原位、在體、實時、高靈敏度、高通量、高選擇性檢測等。
  (5)結合太赫茲輻射技術,開發太赫茲光譜檢測、太赫茲成像分析和太赫茲遙測技術,用于國防、安全檢測、材料識別與診斷、生產檢測、生物醫學應用等領域。太赫茲輻射(T-射線,波長為30~3000μm范圍內的電磁波)可以象X-射線那樣穿過某些材料“看”到其背后的物質,T-射線光子能量極低,不會對人體和其他材料造成電離,大多數包裝材料如紙張、碳素板、塑料等對T-射線都是透明的,而金屬和含有水分的材料不能透過T-射線,可以利用T-射線進行成像,透視出包裝物品內部物體的T-射線圖像來,從而可以應用于機場行李箱的安全檢查和人體內有損傷或破裂器官的檢查。
  (6)結合分子影像學,開發活體內可見光成像分析、小動物光學分子成像分析技術,可實現無創傷、實時、活體、特異精細(分子水平)的顯像分析。
  (7)結合表面曾江拉曼散射(SERS)技術,開發針尖增強拉曼顯微分析、生物芯片SERS分析技術,具有靈敏度高、干擾小的特點,適合于研究界面效應,可以解決生物化學、生物物理和分子生物學中的許多檢測難題,有望解決超高靈敏度分析問題,甚至進行單細胞和單分子分析。
  (8)結合核磁共振技術,開發新的核磁共振波譜分析、核磁共振成像分析技術,以提高靈敏度、空間分辨率和時間分辨率。其中高時空分辨成像技術,還直接導致形成了腦功能成像這一新的研究領域。
  (9)結合像差校正等技術,開發電子、粒子束微區分析技術,利用電子、粒子束探索和分析樣品表面形貌、原子和分子結構、元素組成、化學狀態。電子、粒子束微區分析技術在材料科學、微電子學、化學與催化、環保、能源、生命科學等領域應用很廣,其分辨本領有日益提高的趨勢,目前點分辨已突破1A的限制,能量分辨率達到0.1eV水平。
  (10)結合生命科學技術,開發基因測序和基因轉錄檢測技術、蛋白質鑒定和大規模蛋白質相互作用檢測技術、蛋白質組生物信息檢測和代謝組學分析技術。
  (11)結合生命科學技術、化學科學與信息科學的發展,在生物技術芯片基礎上開發生物芯片檢測分析技術、微流控檢測分析技術,這是當前正在急速發展的高新技術和科技前沿領域之一,是未來生命科學、化學科學與信息科學發展的重要技術平臺,能提供生命信息的微全分析系統;通過分析裝備微型化、芯片化、集成化,使分析效率成百倍、千倍地提高,試樣和試劑消耗大幅度下降;其最終 目標是在芯片大小的空間實現化學實驗室的全部功能,即所謂“芯片實驗室”,受到科技界高度重視。
  (12)結合控制技術、通信技術、計算技術、制造技術,開發高性能測控技術、從而使儀器科技產品具有高的測量精度和豐富的功能,并且以軟硬件結合的方式向控制優化、管理優化、工程集成方向發展,使大型控制系統具備大量工業自動化設備的協調應用和管理功能,能將不同廠家生產的各種儀器儀表產品無縫地集成為一個協調系統,以滿足用戶的要求。
  (13)結合糾檢錯理論和自校正、自適應、自診斷等技術,在應用新器件、新材料基礎上,開發高可靠性和高適用性測控技術及其產品,從而使儀器科技產品的可靠性呈數量級提高,并適合在高溫、高壓、高壓差、強沖刷、強輻射、強腐蝕、強毒性、多相流等復雜工況和惡劣環境中使用。現場儀器儀表復雜、易損、難以維修的狀況正在改變,出現了使用期不需調整維修的儀器科技產品。
  (14)結合納米科技的發展,開發納米測量技術,建立納米計量測試標準。
  (15)結合量子物理的發展,開展基于量子物理的計量基準的建立和完善。

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