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测量与仪器技术领域在国内外的研究与产业进展
发布时间：2009-02-11 阅读: 21070
一、国外在电子测量与仪器技术领域的研究与产业进展现状
1.通用电子测量仪器
通用电子测量仪器是常规测量设备，在电子测量仪器中有重要的地位，在市场需求量中占有很高的比例，也是各仪器成产国家的主要产品。通用电子测量仪器主要有数字电压表（多用表\信号源、数字（或模拟）示波器、频率计等。目前，国外产品在国内市场上主要以高端电子测量仪器为主，主要厂商的产品情况如下：
数字万用表：美国Fluke公司和美国Agilent公司主要有手持、台式及VXI、PXI总线的数字万用表产品，占据高精度数字多用表的绝大部分高端市场。
信号源：包含函数发生器、射频信号源、微波信号源以及矢量信号源。国外信号源的生产商主要是美国Agilent公司、德国R/S公司和日本Auritsu公司。美国Agilent公司在2005年12月推出E8257D模拟信号发生器，频率范围已达到67GHz，带来毫米波信号源模块的高达325GHz，可达到0.001Hz的频率分辨率。
示波器：示波器包含模拟示波器、数字示波器、取样示波器以及带有特殊测量功能的示波器。示波器的主要生产厂商是美国TEK公司、美国Agilent公司、美国LeCory公司和日本的YOKOGAWA（横河）公司。其中美国TEK公司的TDS6000B/C DSO Series数字示波器TDS6154C，宽带15GHz，双通道采样率40GS/s。美国Agilent公司的DSO80000B系列超高性能示波器，具有2~13GHz的可升级的宽带、4通道采样，使用1或2个通道是高达40GSa/s。这节公司的示波器品种齐全，操作方便，在示波器领域占有重要地位。
2.微波毫米波测量仪器
微波毫米波测量仪器是从事电磁场与微波技术科研、生产和数学不可缺少的重要手段。微波毫米波信号的测量包括功率、频率、波形、频谱和噪声测量，主要产品包括频谱分析仪、网络分析仪、信号发生器、频率计和噪声洗漱测试仪等。由于微波毫米波测量参数的特殊性，目前微波毫米波测量仪器大量采用了各种最新技术，如频率合成技术、宽带扫描技术、数字程控技术、取样技术、嵌入式系统技术等，使这类测量仪器的动态范围、测量精度、智能化程度大大提高，微波毫米波测量仪器的研发功能和应用水平已成为代表来一个国家科技水平的重要标志。目前，国内近90%的市场由国外生产厂商占据，仅美国Agilent公司就占据了40%多的市场，主要厂商的产品情况如下：
频谱分析仪 频谱分析仪作为射频和微波的频域分析仪器有着广泛的应用，美国Agilent公司的E4448A PSA 系列频谱分析仪，频率范围：3Hz~5GHz；德国R&S公司的FSU频谱分析仪，频率范围：20Hz~50GHz.
网络分析仪 网络分析仪包括标量网络分析仪和矢量网络分析仪，作为测量多端口器件最有力的测量仪器，网络分析仪在在计量、科研、通信器件生产厂有着广泛的应用。美国Agilent公司的PNA毫米波网络分析仪系统（N5250A）系列，频率范围：10MHz~110GHz、动态范围：116dB。
信号发生器 用于微波毫米波测量的信号发生器要求能提供数字调制信号，如美国HP公司的HP ESG一D系列信号源，其最高频率为4GHz，内置一个宽带的正交相位调制器，它能实现话音传输速率为4.096MHz的正交相移键控，可用于宽带CDMA系统测试。为了提供更复杂的调制信号，美国HP公司最近公布了HP E2347A/48A基带矢量波形发生器，器内部使用专用的数字信号处理器，输出波形可根据输入的信号参数来确定。
3.通信与网络测量仪器
通信与网路系统的测试包括了从模拟到数字，从低频到微波，从用户信息到信令、协议，从系统质量测试到网络监视和管理，在测试过程中所需测试的参数、功能种类很多，不可能用一种仪器来完成，必须分类测量。因此，通信与网络测试仪器根据测量的要求可分为光纤通信测量仪器、无线通信测量仪器、数字/数据传输测量仪器和计算机网络测量仪器。
美国HP公司的HP8924E移动通讯电台测试仪能完成手提电话或移动通信基站的所有测试任务，其频带为30~1000MHz和1700~2000MHz，并能做传输方式（CD-MA）的测试。Wavetek公司4400MGSM移动电话测试仪能在信道切换时，同时测试全球通信系统（GSM）的接收机和发射机。功率测试精度为±0.6db,信道切换范围可有3~4个信道，它每秒能完成高于20次的功率测量。
4.基于VXI、PXI测控总线的虚拟仪器
自从VXI总线标准公布以来，国外VXI技术发展很快，对测量仪器发展方向的影响具有导向作用。目前，全世界有近400家公司在VXIbus联合会申请了制造VXIbus产品的识别代码（ID号），其中大约70%为美国公司，25%为欧洲公司，亚洲各国仅占5%。在大约1300多种VXI产品中，80%以上是美国产品，其门类几乎覆盖了数据采集和电子测量的各个领域。尤其是军用测量仪器与测试技术采用了VXI技术已成为一种发展趋势。
美国HP公司今年来在VXI仪器领域发展迅速，推出了多种先进的VXI模件产品，如：高精度数字多用表、数字化示波器、任意波形发生器、数字信号分析处理器、射频多路开关、微波多路开关、钜阵开关等。能完成各类模拟量、时间量、数字量和开关量的测试和控制。这些模件能组成用户所需的各类系统（包括分布式系统），完成各种测量和控制要求。而且也为美国国防工业和三军服务，有些HP的VXI总线产品的指示与军标极为接近。
美国TEK公司最近推出的VXI数字化仪可提供16个通道，每个通道都是可程控的。该公司还推出了两种军用模件：VXI4469A、Arin629通信规程分析器，用于检测控制设备误差：VX4457是智能型总线检测器，具有逻辑分析能力，能截止间歇性误差，提高设备的可靠性。
美国Agilent公司能提供从VXI机箱、内置VXI控制器、VXI总线O槽接口模块，各种VXI功能插卡和VXI总线系统开发及控制软件（HPVEE）的全套完整系统部件。目前Agilent的VXI的总线系统已经在国防工业、航空航天、汽车、通讯产品、家用电气、系统服务等各行各业中得到广泛应用。
美国NI公司在VXI领域专门致力于VXI仪器系统控制技术的开拓，使之在VXI仪器系统控制产品市场始终处于领先地位。在为VXI仪器系统控制的3种不同配置（嵌入式、GPIB、MXI）提供完整的硬件和标准化的软件产品方面，NI公司处于领先的地位。
PXI已成为继GPIB(IEEE488)之后成长最快的标准化技术。无论是生产厂家数量、产品种类和数量，还是系统应用的数量都有大幅增长，越来越多的项目转向PXI解决方案。根据Frost&Sullivan2005年度的调查，PXI市场的增长速度远高于VME/VXI，以及测试测量行业的平均值。随着Intel PCI Express总线的推出，PXISA在2005年第三季度正式推出了PXI Express的软硬件标准，通过在背板使用PCI Expressde 的技术，能将带宽提高了45倍，从原来PXI的132MB/s提高到现在6GB/s；同时保持了和原来PXI模块在软硬件上的向后兼容性。与此相适应的是PXI产品的性能也到了显著的提升，如数据采样速度已经达到2GHz，测量精度提升到了7为数字，射频测量带宽也达到了3GHz。而且PXI的性能（如测量速度和精度等）还在不断的提高。
美国NI公司今年来推出的新产品主要有：首款双核PXI嵌入式控制器PXI一8105，该产品具有2.0GHz Intel Cuo处理器T2500,相比同一处理器时钟速度的单核PXI控制器，最新的双核控制器将多线程应用的性能提高了100%。业界首款图像太极模块NI PXI一1428可用于高速图像采集的32MB图像缓冲，而且还有用来控制照相灯光并与其他自动化设备进行通讯的高级触发功能，可变分辨率数字化仪PXI一5922能在15MS/s24位的范围内进行采样。
5.网络化电子测量仪器（LXI仪器）
美国Agilent公司和VXI科技公司共同合作，与2004年9月提出一种新型仪器借口规范，全程为LAN-based Extensions for Instrumentation（局域网技术在仪器领域的扩展），简称LXI。它基于著名的工业标准以太网（Ethernet）技术，扩展了仪器需要的语言、命令、协议等内容；它集合式仪器的内置测量科学及PC标准I/O连通能和基于插卡框架系统的模块化和小尺寸于一身，构成了一种使用于自动测试系统的新一代模块化仪器平台标准。
2005年9月LXI联盟发布LXI（LAN的仪器扩展）标准1.0版本，标志着测量仪器的新一代开放总线标准的到来，LXI标准继承VXI、PXI 、GPIB三种开放式总线的优点，与PXI和VXI标准相比，采用LXI技术的测试设备无需复杂的专用插卡，仅采用网线二合Hub就可以与PC相连，模块化的设计方法可显著减小设备体积，LXI结合了架迭式仪器的PC标准I/O连接以及卡槽式系统的模块化特性，能满足航天、国防、汽车、工业、医疗和消费性电子市场开发idianzi产品的需求。
2006年第一季度首批通过LXI认证的产品推出，现在LXIA联盟成员数量为49家公司，已有152种产品通过LXI标准认证。Agilent公司在Agilent34401A的基础上，突出了34411A和34405A数字多用表/数字电压表。在模块化测试设备方面，推出了600W和1200W的超薄型模块化电源系统。
另外，罗德与施瓦茨公司推出的高端的信号发生器R&S SMU200A和R&S SMJ100A,符合LXI C级标准。该信号发生器是罗德与施瓦茨公司第二批复合LXI规范的仪器。2006年3月，R&S FSQ、R&S FSU、R&S FSP和R&S FSL成为世界范围内首先获得LXI C 级标准认证的频谱分析仪。
6.综合测试系统及故障诊断技术
综合测试系统及故障诊断技术其发展趋势是检测和故障诊断的自动化与智能化。美国在综合测试系统及故障诊断技术领域处在领先地位，在20世纪80年代中期制定了“通用自动化测试设备（GATE）”计划，其中的是在军用领域实现标准化、系统化并建立标准化的自动测试设备（ATE）硬件和软件测试平台。该计划分别由美军陆、海、空三军组织实时。目前，美国三军已分别提出了各自的测试标准，这些标准均体现了开放系统的设计思想，并采用较为成熟和先进的商用标准和技术，在故障诸作战系统完好性、出勤率等方面发挥了重要作用。
目前，美国在新研制的联合攻击机（JSF）项目上采用了预测与状态管理（Prognostics \\\\and\\\\ health management,PHM）系统，具备很强的机上故障诊断与测试能力，通过故障预测，诊断，检测和隔离，可以对故障的任务影响做出评估，实现飞机系统的在线实时检测诊断、离线诊断、远程诊断、维修诊断相结合的一体化综合诊断体系结构。实现在机载内部测试设备（BIT）的基础上完成飞行状态的全方位实时监测、故障检测和隔离以及故障预测，为实现系统重构提供信息，同时将诊断结果传输给地面诊断维修系统，实现了故障的早期预测和快速准确诊断，将诊断信息直接用于维修和保障系统，实现预测维修和自治后勤。
美国NASA喷气推进实验室进几年开发了一项提高飞行器安全性和经济性的新技术—基于信标的多任务异常分析（BEAM）。可以为任一复杂系统（如智能航天飞机、先进的飞机和过程处理系统等）提供实时自主式诊断和预测。它具有两个出众的特征：①具有广泛的适用性，BEAM几乎可以检测和预测任何被测系统的故障；②可以检测，并在大多数情况下可以解决过去未知的或不能训练的异常问题。BEAM方法属于故障诊断技术领域的前沿技术，与现有的故障分析工具相比，代表了重大的技术改进，BEAM已在美国航天飞机主发动机中获得应用。目前，BEAM方法正被应用于美国在研的联合先进攻击机F一35（JSF）上，作为实现改故障预测和状态管理（PHM）系统的一项关键技术。
法国从1991年开始推出新一代自动测试平台——ATEC6和SESAR3000系列，它们最大的成功之处是：采用了国际测控领域流行的VXI总线硬件结构和SMART标准体系，具有标准化、模块化、通用行和开放性特点。ATEC6和SESAR3000系列通过测试平台基本上涵盖了法国所有军用战斗机、坦克、导弹、武装直升机的测试，实现了多种型号在一个平台上的横向集成测试、军民两用和三军通用的发展目标。
二、国内在电子测量与仪器技术领域的研究和产业进展情况
1.国内在电子测量与仪器技术领域的研究和产业进展情况
近年来，国内在通用电子测量仪器的研究和生产取得了显著的进展，国内厂家生产的中低端产品，如信号源、示波器、频率计、多用表等产品已占据大多数的国内市场，国外同档次的产品正逐渐退出。同时，在部分高端产品方面也有明显的突破。如北京普源精电科技有限公司的DS1000及DS5000系列数字示波器最高采样率达到1GB/s，存储深度1MB，产品已经成功销往42个国家与地区。信息产业部电子第41研究所也有类似仪器，但市场占有率较低。
2.微波毫米波测量仪器
随着我国新体制电子信息系统和新式武器装备的发张，为了适应我国的急需，信息产业部电子第41研究所已成功研制程高水平的矢量网络分析仪，并实现了系列化，有十多个型号可以供用户选择，包括同轴和波导校准件在内的测试附件齐全，配套性强，能够满足不同层次用户的测试要求，其频率范围可在0.0003~110GHz内选用。国产矢量网络分析仪的研制成功，是我过矢量网络分析仪的设计和制造水平跨入了世界先进行列，成为继美国之后世界上第二个掌握此项技术的国家，产品的技术水平和品种可以与国外同类产品相媲美。
信息产业部电子第41研究所新研制的宽带微波毫米微波毫米波频谱分析仪，能一同轴方式直接覆盖从30Hz~40GHz/50GHz的频率测量范围，可对调制信号、谐波失真、三阶交调、激励响应、脉冲射频信号、相位噪声等多种类型的信号经行测量与分析。
信息产业部电子第41研究所研制的AV1488型宽带合成扫频信号发生器可以以同轴方式实现从射频一直到6mm波段的超宽频域覆盖，产生高精度、快速连续可调的测试信号，具有优良的相位噪声且频率范围宽、频率分辨率和准去度高、输出功率高、动态范围Idaho，另外还具有程控、扩频功能。
信息产业部电子第40研究所与西安电子科技大学联合研制的AV3011A微型波大功率自动调配器可广泛应用与采用负载牵引测试技术对被测微波网络的矢量阻抗以及大功率状态下微波器件、部件组件、分系统或系统的多参数进行综合测试领域，通过与其他设备组成综合测试系统，能够快速、非线性互调失真等复杂参数值，是雷达、电子侦查与电子对抗、航空航天、卫星通信、大功率电子发射/干扰机等尖端军事电子系统的研制和生产过程中必不可少的测试设备，综合性能指标达到国外同类产品的先进水平，填补了国内相关领域同类产品的空白。
3.通信与网络测量仪器
通信与网络测量仪器是对通信终端设备和通信设备的科研、生产、试验和运营管理全寿命周期的各种定量、定性参数进行分析评定的重要设备，设计语音、报文、数据、图像信息的采集、信元和信道编码与调制、传输媒质、解调与解码、信息分析与处理、信令与协议等设备和产品的测试与分析评价问题。
近年来国内通信与网络测量仪器发展迅速，虽然在高档测量仪器方面我国尚不能完全解决，但在用于现场测试与维修的成套仪器方面，国内已做出了较好的成绩。如基于我国自行提出的TD-SCDMA标准，天津德力公司推出了DS8821Q数字电视频谱分析仪、DS1191数字电视综合分析仪、DSI883Q数字电视场强仪、DS9000码流分析仪等产品，还有DS768这类的机顶盒专用测试设备。凭借这中国自建标准的优势，湖北众友公司和北京星河亮点通信公司还分别成功发出了ZY800系列和SP6010TD-SCDMA终端综合测试仪，支持全部TD-SCDMA下行物理通道、完整的信号流程和功率控制，使用于TD-SCDMA终端生产线，根据3GPP TS34.122规范规定的测量项目完成对终端的射频一致性测试，并对终端所有关键性能指标进行全面测试。不但能够精确测量终端的各种物理层指标，还可模拟基站、RNC和核心网的信令功能，测试终端在各种不同状态下的性能指标。
南京新联电子设备有限公司已经研制成10Hz~2.2GHz的调制域分析仪，达到国外同类产品的水平，填补了国内空白，为我国跳频领域的电子设备和军事装备提供了低于国外价格1/3~1/2的测试手段。
信息产业部电子第41研究所与海信集团共同研制出了数字电视全部4个层次上的测试仪器，能解决所有通用协议分析外以及物理层的各种指标的测试，这无疑将对中国数字电视产业的发展起到了很大的推动作用。
信息产业部电子第41研究所今年来最新推出的AV6413高性能微型光时域反射计，适于野外作业，广泛应用于光纤光缆生产、施工和维护中的光纤损耗特性测量以及光纤故障的定位。
信息产业部电子第41部研究所研制的AV6334型光功率可进行宽动态范围、高精度光功率测量、高分辨率的损耗测量和稳定度测试，可组成自动测试系统，广泛用于光通信设备、光纤、光无源器件的测试。
4.基于VXI、PXI测控总线的虚拟仪器
我国自动测试领域专家、学者自VXI技术面世以来，就以极大的兴趣密切关注着其发展动向，并得到了有关部门的大力支持，航天总公司科技部从“八五”计划开始就安排了CXI技术研究和攻关课题。目前，以航天测控公司、哈尔滨工业大学、上海航天局809所、北京交通大学、电子科技大学、西安电子科技大学等国内一批科研机构和高等院校为代表的VXI技术跟踪、研究和开发单位，已从概念研究转向实用性开发和产品研制，并取得了一些重要成果。近年来，我国在航空、电子、汽车、通讯等许多行业也都已开发了VXI技术研究或应用，并成功地将VXI技术用于多种自动测控系统。特别是在航空航天领域，我国的VXI技术和产品的研制、开发和应用水平又上了一个新台阶。
北京航天测控公司已经在军用和民用测试控制领域取得了较大的成就和较高的业内知名度。在系统集成、产品开发、软件设计等方面都积累了丰富的经验，已开发和研制出200多种、100多套CAMAC系统和模块，16大类200多种VXI/PXI总线系列产品及配套附件，先后完成了包括“神州”飞船及国防“杀手锏”武器测控系统等各类VXI/PXI系统集成项目100多套。研制成产的部分产品打破了国外对我过的垄断、禁运和封锁，填补了国内空白，为我国国防装备测试与保障装备的国产化和自主保障做出了贡献；为是有、化工、电力、轻工、钢铁、铁路等民用工业领域提供了大量高性价比的测控产品。
成都纵横科技公司长期致力于自动测控系统的研发生产和ATE集成业务、硬件平台和软件平台的研发，是中国VXIbus产品最大的供货商和测控系统集成商，也是中国首批工业、核工业、船舶工业、交通能源、科研院所等行业及领域。主要产品有各种C尺寸CXI机箱等产品和包括任意波形/数字信号发生器模块、高精度并行数据采集模块、离散量信号输入模块等在内的VXI模块产品。
陕西海泰公司推出了可广泛应用于航空航天、军事等需要高速数据采集的HTCXI4432A高速数据采集卡模块和HTVXI4442同步采集卡模块等。
PXI技术在中国的发展还只是刚刚起步，但是国内在PXI技术领域的进展和研制开发的产品都有较明显的进步。
北京航天测控技术开发公司历经两年时间研制出了20余种PXI总线高性能虚拟仪器模块，其中有AMC4311PXI总线五位数字多用表、AMC4405PXI总线16MHz任意波形发生器模块、AMC4320PXI总线200MHz2通道并行12为数字存储示波器模块、AMC4505PXI总线32通道高速图形I/O模块、AMC4323PXI总线24位32通道高精度DELTA-SIGMA ADC模块、AMC4321PXI总线100KHz16位32通道扫描A/D模块等高性能产品，也有PXI总线继电器开关类、数字I/O类、通讯类、模拟量输出类产品，其中五位半数字多用表、200MHz2通道12位数字存储示波器、30MHz32通道高速图形I/O为国内领先。
成都纵横公司也推出了高性能的JV5850Xpxi/CPCI机箱和10MSPS、20MSPS、40MSPS、50MSPS的并行数据采集模块。
陕西海泰公司也推出了HTPXI4900外挂式零槽控制器HTPXI系列机箱、HT-PXI1012十二槽箱、HTPXI系列机箱HTPXI1007八槽机箱和HTPXI系列机箱HT-PXI1004四槽机箱等。
值得说明的是，中国台湾凌华科技公司目前也正专注于制造业自动化测试系统的需求，是PXI领域少数几家能独立研发生产PXI控制器、PXI机箱、PXI外围卡的厂家，该公司生产的PXI控制器及外围模块不但提供Windows驱动，还支持Linux,这是该公司不同于其他公司产品的独特之处。2004年该公司推出了具有14位分辨率、两通道采样率为65MS/s单通道采样率为130MS/s和30MHz宽带的PXI-9710高速数字化仪，可应用于雷达、信号捕获及数字广播信号接收等测试需要。
未来，PXI发展将会更加快速，并不断扩展到更多更新的模块化测试测量领域。
5.网络化电子测量仪器（LXI仪器）
作为测试系统发展的未来，以太网将扮演重要的角色。LXI仪器模块化平台标准将PXI和VXI的体积小、LAN的高吞吐率以及GPIB的高性能集成在一起，同时又采用IEEE-1588网络时钟同步协议很好地满足测试系统构建的要求，尤其在远程分布式测试与故障诊断应用中将发挥非常显著的作用。2006年9月中国电子测量与仪器分会联合全国有关单位和个人组建了中国LXI联盟建立联系，搭建国内外技术合作的平台并组织各种学术活动，顺应国际国内的潮流，以最快的速度，最高的效率，将国际最新的技术标准引入国内电子测量仪器行业，促进我么自动测试技术及系统的发展、电子科技大学等高校为主，LXI仪器的研究还主要是以C类仪器为重点，还没有正式的LXI仪器产品上市。
6.综合测试系统及故障诊断技术
近年来我国在综合测试系统及故障诊断技术领域取得了明显的进步和发展，从全盘引进、仿制到自行研制开发，取得了较大的成绩，已成功研制出多种综合测试与故障诊断系统，并广泛应用于航空航天、工业生产和军事装备，在航空测试领域，采用综合测试与故障诊断系统对某系列先进站火控系统、记载电源、机载雷达、机载计算机、翼下武器挂点等设备进行故障检测。不仅解决了因一线部队技术力量薄弱而造成对机载火控系统技术故障的困难，也为提高不对现代高技术条件局部战争的快速抢修、应急修理和机动故障能力，尽快恢复、持久保持机载火控系统的综合战斗力，提供了一定的研究思路和发展途径。
在我过的航天测试领域，为了保证运载火箭、卫星、载人飞机的测试需求，自主研制开发了各种综合测试设备的故障诊断系统，不但保证了地面静态与动态测试的需要，还很好地实现了空中在线实时监测、故障检测和隔离以及故障预测，同时将诊断结果传输给地面诊断维修系统，实现了故障的早期预测和快速准确诊断，是我国在该领域具有自主创新意义的重要代表。
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