【正文】 夠。科技界關(guān)于科學(xué)方法的意識(shí)薄弱，科研活動(dòng)中，忽視研究方法的規(guī)范性、創(chuàng)新性；國內(nèi)學(xué)術(shù)期刊很少發(fā)表關(guān)于研究方法和哲學(xué)思考類的理論性論文；對(duì)科學(xué)方法的研究不夠，僅限于對(duì)國際科學(xué)方法的跟蹤、了解，缺乏對(duì)前沿方法的前瞻性研究；科學(xué)方法的研究與應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)；企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力不足，缺乏科學(xué)創(chuàng)新方法?！　∪蔷哂凶灾髦R(shí)產(chǎn)權(quán)的科學(xué)儀器設(shè)備匱乏?！笆濉逼陂g，國家主體科技計(jì)劃用于“科學(xué)儀器設(shè)備研制與開發(fā)”，僅占三大科技計(jì)劃經(jīng)費(fèi)的千分之二和科學(xué)儀器購置經(jīng)費(fèi)的1%；科學(xué)儀器水平與發(fā)達(dá)國家存在明顯差距，高檔科學(xué)儀器基本處于空白，中檔科學(xué)儀器、國產(chǎn)設(shè)備穩(wěn)定性和重現(xiàn)性不高，軟件配套性較差，占有率??；科學(xué)研究“空芯化”現(xiàn)象嚴(yán)重，每年科學(xué)儀器固定資產(chǎn)投資中的60%用于進(jìn)口設(shè)備，其中，精密儀器、生命科學(xué)儀器、大型科學(xué)儀器等高技術(shù)含量的產(chǎn)品更是90%以上依靠進(jìn)口?！　∷氖莿?chuàng)新政策環(huán)境還不完善。雖然近年來我國科學(xué)研究與發(fā)展（Ramp。D）經(jīng)費(fèi)投入不斷增加，但與發(fā)達(dá)國家以及同等發(fā)展水平的發(fā)展中國家相比，我國科技投入水平還不高。以2004年為例，我國研發(fā)經(jīng)費(fèi)僅相當(dāng)于美國的8%；全國研發(fā)人員年平均經(jīng)費(fèi)分別只有韓國的14%和日本的8%，而在發(fā)達(dá)國家，公共財(cái)政支持科技發(fā)展的經(jīng)費(fèi)中有40%用于支持科學(xué)方法和科學(xué)儀器。在我國，國家主體科技計(jì)劃對(duì)這方面研究項(xiàng)目的支持幾乎為零?！　∥迨窃u(píng)價(jià)方法有待改進(jìn)。目前，我國科技成果評(píng)價(jià)方式也不利于創(chuàng)新方法的發(fā)展?？蒲性核鶎?duì)科研人員研究能力的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不全面，過分重視SCI，而忽視一些基礎(chǔ)性或方法上的重要問題。以諾貝爾獎(jiǎng)為例，諾貝爾獎(jiǎng)有1/3是通過科學(xué)發(fā)現(xiàn)、理論推導(dǎo)得獎(jiǎng)；有1/3是通過方法上的創(chuàng)新、方法思路上的創(chuàng)新得獎(jiǎng)；還有1/3是通過科學(xué)儀器、科學(xué)手段、科學(xué)工具上的創(chuàng)新得獎(jiǎng)。而在我們的科技布局上，更多瞄準(zhǔn)了第一個(gè)1/3 ，把后兩個(gè)1/3基本忽略了。隨著整個(gè)裝備工業(yè)的大型化、復(fù)雜化、信息化和集成化，儀器儀表在現(xiàn)代工業(yè)中的重要性，已經(jīng)從過去所說的“五官”，上升到現(xiàn)在的“神經(jīng)中樞”。隨著大裝置越來越復(fù)雜，坐在控制室里就能夠看到整個(gè)現(xiàn)場。經(jīng)濟(jì)全球化的結(jié)果，很有可能會(huì)造成一些國家是頭腦國家產(chǎn)生并輸出知識(shí)，另外一些國家是軀干國家只引進(jìn)和應(yīng)用知識(shí)。中國作為一個(gè)發(fā)展中的大國，必須既有軀干又有頭腦。而儀器儀表，恰恰是頭腦的“神經(jīng)中樞”，因?yàn)樾畔⒒呛涂刂葡到y(tǒng)連在一起的。以發(fā)電設(shè)備為例，如果電機(jī)、鍋爐和汽輪機(jī)是國內(nèi)的，而測(cè)控設(shè)備是國外的，那么企業(yè)就不知道用什么參數(shù)控制主設(shè)備的運(yùn)行，人家賣給企業(yè)的這個(gè)軟件等于“黑軟件”。沒有高水平、高質(zhì)量的測(cè)控設(shè)備，大型化、高參數(shù)化、工況復(fù)雜化的現(xiàn)代工業(yè)重大裝備將無法運(yùn)行?，F(xiàn)代流程工業(yè)的工藝參數(shù)、技術(shù)特點(diǎn)、Knowhow專利，絕大部分都由主設(shè)備與測(cè)控設(shè)備軟硬件緊密結(jié)合予以實(shí)施。儀器儀表在代表我們國家命脈的重化工業(yè)、大能源工業(yè)中發(fā)揮的作用，不但是正常運(yùn)行的“神經(jīng)中樞”，而且是最后的安全屏障，因?yàn)槿魏伟踩[患的異常反應(yīng)都首先出現(xiàn)在儀器儀表上。從科研的角度強(qiáng)調(diào)中國的儀器儀表要自立于世界民族之林。如果高等級(jí)、高檔次的儀器儀表不能自立，中國就不能成為科技大國，就不能成為創(chuàng)新型國家。有數(shù)據(jù)顯示，在包括物理、化學(xué)、生物在內(nèi)的自然科學(xué)領(lǐng)域，有接近60%的諾貝爾獎(jiǎng)與儀器儀表有直接的或間接的關(guān)系。比如發(fā)明了顯微鏡后，人們知道世界是由很小的微觀粒子組成的。我國儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的總體目標(biāo)是：至2020年，必須充分利用我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和巨大的市場優(yōu)勢(shì)，結(jié)合測(cè)控技術(shù)的深化研究，大力推進(jìn)新技術(shù)、新工藝在儀器儀表中的應(yīng)用研究，掌握各類儀器儀表的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝等關(guān)鍵技術(shù)，滿足國民經(jīng)濟(jì)、人民健康和國防安全在生產(chǎn)、科研、應(yīng)用各個(gè)方面對(duì)測(cè)量控制與儀器儀表的需求，減少進(jìn)口，擴(kuò)大出口，使我國儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域科技和產(chǎn)業(yè)總體水平與國際水平差距普遍縮短到3~5年；工業(yè)自動(dòng)化儀表和控制系統(tǒng)、科學(xué)儀器、醫(yī)療儀器、電測(cè)和計(jì)量儀器、各類專用儀器儀表、相關(guān)傳感器和元器件及材料等領(lǐng)域約30%的產(chǎn)品達(dá)到國際同期先進(jìn)水平，國內(nèi)生產(chǎn)的儀器儀表在大工程的配套能力達(dá)到80%以上。 我國儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域科技研究方向建議 從儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域個(gè)組成部分相互關(guān)系、共性問題以及我國國民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究、國防建設(shè)、社會(huì)發(fā)展全局進(jìn)行戰(zhàn)略研究，建議學(xué)科領(lǐng)域科技研究方向?yàn)椋盒滦蛡鞲衅骷靶畔@取技術(shù)；與國家重點(diǎn)工程相配套的過程控制系統(tǒng)和測(cè)控裝備及其系統(tǒng)集成技術(shù)；精確制造中的測(cè)量控制技術(shù)及儀器儀表；微分析儀器及其關(guān)鍵技術(shù)；數(shù)字化醫(yī)療儀器及其關(guān)鍵技術(shù)；基于量子物理的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。 、傳感技術(shù) 傳感技術(shù)不僅是檢測(cè)的基礎(chǔ)，它也是控制的基礎(chǔ)。這不僅是因?yàn)榭刂票仨氁詸z測(cè)輸入的信息為基礎(chǔ)；并且是猶豫控制達(dá)到的精度和狀態(tài)，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(shù)是儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的基礎(chǔ)技術(shù)；新型傳感器是發(fā)展高水平測(cè)量控制儀器儀表的基礎(chǔ)。傳感技術(shù)已成為制約測(cè)量控制儀器儀表發(fā)展的瓶頸。 新型傳感器及信息獲取、傳感技術(shù)主要是對(duì)客觀世界有用信息的檢測(cè)，它包括有用唄測(cè)量敏感技術(shù)、涉及各學(xué)科工作原理、遙感遙控、新材料等技術(shù)、信息融合技術(shù)；傳感器制造技術(shù)等。信息融合技術(shù)設(shè)計(jì)傳感器分布、微弱信號(hào)提取(增強(qiáng))、傳感信息融合、成像等技術(shù)、傳感器制造技術(shù)涉及微加工、生物芯片、新工藝等技術(shù)。 工業(yè)發(fā)達(dá)國家高新技術(shù)儀器儀表產(chǎn)品品種約占總品種的75%，而國內(nèi)還不到20%。工業(yè)自動(dòng)化儀表和控制系統(tǒng)的儀表品種國內(nèi)滿足率，一般性工程項(xiàng)目達(dá)80%，大型工程項(xiàng)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(dòng)化儀表品種。 與國家重點(diǎn)工程相配套的過程控制系統(tǒng)和測(cè)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(dòng)化儀表品種。主要包括符合現(xiàn)場要求的各類傳感器及檢測(cè)儀表，實(shí)時(shí)流程分析儀器及在線分析技術(shù)，新型現(xiàn)場控制系統(tǒng)，e網(wǎng)控制系統(tǒng)，以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程控制為基礎(chǔ)的開放式控制系統(tǒng)及先進(jìn)控制技術(shù)，特種測(cè)控裝備和測(cè)控技術(shù)，系統(tǒng)成套集成技術(shù)等。 系統(tǒng)集成技術(shù)直接影響測(cè)量控制儀器儀表的應(yīng)用廣度和水平，特別是對(duì)大工程、大系統(tǒng)、大型裝置的自動(dòng)化程度和效益有決定性影響，它是系統(tǒng)級(jí)層次上的信息融合控制技術(shù)沒包括系統(tǒng)的需求分析和建模技術(shù)、物理層裝置技術(shù)、系統(tǒng)各部分信息通信轉(zhuǎn)換技術(shù)、應(yīng)用層控制策略實(shí)時(shí)技術(shù)等。在操作人員為多種不同崗位的操作群體情況下，還應(yīng)包括各近最佳方式監(jiān)控智能化工具、裝備、系統(tǒng)以達(dá)到既定目標(biāo)的技術(shù)，是直接涉及測(cè)控系統(tǒng)效益發(fā)揮的技術(shù)，是從信息技術(shù)向知識(shí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。智能控制技術(shù)可以說是測(cè)控系統(tǒng)中最重要和最關(guān)鍵的軟件資源。 從目前發(fā)展趨勢(shì)看，在企業(yè)信息化ERS/MES/PCS三級(jí)節(jié)后的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，軟件的價(jià)格已超過硬件的3倍。而有關(guān)石化、冶金、電力、制藥行業(yè)中自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)的先進(jìn)控制軟件價(jià)格就超過系統(tǒng)硬件價(jià)格。智能控制技術(shù)包括仿人的特征提取技術(shù)、目標(biāo)自動(dòng)化辨識(shí)技術(shù)、知識(shí)的自學(xué)習(xí)技術(shù)、環(huán)境的自適應(yīng)技術(shù)、最佳決策技術(shù)等。 分析儀器是科學(xué)儀器中最重要和發(fā)展最快的組成部分，而為分析儀器包含的微量檢測(cè)、微型化、高靈敏度、高分辨率和高智能化內(nèi)涵，則代表了分析儀器的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)水平，在生命科學(xué)、食品安全、環(huán)境保護(hù)、公共安全(包括反恐、反毒)、臨床醫(yī)學(xué)、醫(yī)藥科學(xué)和化工等領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。微分析儀器及其關(guān)鍵技術(shù)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(jié)構(gòu)型傳感器研究，將生物芯片技術(shù)、新型化學(xué)傳感器技術(shù)、多組分(多參數(shù))集成傳感器技術(shù)應(yīng)用于分析儀器的研制和開發(fā)?！　?2)開展分析儀器微型化和相關(guān)微根系技術(shù)的研究，重點(diǎn)進(jìn)行微分析儀器使用的共性技術(shù)和新技術(shù)的研究、如微流控技術(shù)、微加工技術(shù)、微檢測(cè)技術(shù)、微光源、全電子分光系統(tǒng)、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(guān)鍵技術(shù)研究。 　　(4)不同類別分析器聯(lián)用技術(shù)的研究。當(dāng)復(fù)雜基體的微量、痕量物質(zhì)的含量及結(jié)構(gòu)分析對(duì)分析對(duì)象的分辨能力提出極高的要求，且單一的分離技術(shù)甚至質(zhì)譜分離技術(shù)均已無法從復(fù)雜的信息中分離出所需要的有用信息時(shí)，需要通過相關(guān)不同類別分析器的聯(lián)用技術(shù)對(duì)物質(zhì)的成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)甚至是綜合形態(tài)進(jìn)行分析，以便同時(shí)獲得原子和分子的信息第1章 現(xiàn)代傳感技術(shù)及新型傳感器的概念一、 傳感器的定義和傳感器的組成部分1. 傳感器的定義：能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。含義：1) 傳感器是某種測(cè)量裝置或測(cè)量裝置的一部分，能完成部分檢測(cè)任務(wù)2) 它的輸入量是某一被測(cè)量3) 輸出是某種物理量，這種量要便于轉(zhuǎn)換、處理等，可以是氣、光電等，主要是電參量4) 輸出輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且有一定的精度2. 組成及部分的作用二、 傳感器的分類1. 按工作原辦理分類1) 物理型：是利用某些變換元件的物理性質(zhì)以及某些功能材料特殊物理性能制成的傳感器。電阻式傳感器：金屬、半導(dǎo)體材料電感式傳感器：差動(dòng)變壓器壓電效應(yīng)特殊物理性質(zhì)：半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)、光電效應(yīng)、霍爾效應(yīng) 分為物性型傳感器和結(jié)構(gòu)型傳感器物性型：是利用某些功能材料本身所具有的內(nèi)在特性及效應(yīng)把被測(cè)量直接轉(zhuǎn)換成電參數(shù)的傳感器結(jié)構(gòu)型：是以結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)(形狀、尺寸)，利用物理學(xué)中某些場的定律(運(yùn)動(dòng)定律、電磁場定律)實(shí)現(xiàn)把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電量的。是以傳感器中元件相對(duì)位置變化引起場的變化為基礎(chǔ)。2) 化學(xué)型：是利用電化學(xué)原理，把無機(jī)物和有機(jī)物的成分、濃度等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。較常用的是離子選擇性電極，測(cè)量溶液的pH值，某些離子的濃度等。3) 生物型：是利用生物活性物質(zhì)的選擇性來識(shí)別和測(cè)定生物化學(xué)物質(zhì)的傳感器。活性物質(zhì)：酶、抗原、抗體、微生物等生物活性物質(zhì)對(duì)某種物質(zhì)具有選擇性親和力，也稱為功能識(shí)別能力，利用這種單一的識(shí)別能力來判斷某種物質(zhì)是否存在，其濃度是多少，進(jìn)而用電化學(xué)的方法進(jìn)行電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。2. 按被測(cè)量分類a) 化學(xué)量：無機(jī)或有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度、pH值、化學(xué)反應(yīng)速度b) 生物量：與生物相關(guān)聯(lián)的量。味覺(酸甜苦辣)、嗅覺(氣味)c) 物理量：度量物質(zhì)的屬性或描述物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)所用的各種量值位移、速度、加速度、溫度、濕度、壓力、濃度、黏度等基本量：長度、質(zhì)量、時(shí)間、電流、熱力學(xué)溫度、發(fā)光強(qiáng)度、物質(zhì)的量3. 其他分類方式a) 按能量轉(zhuǎn)換情況：能量控制型、能量轉(zhuǎn)換型b) 按用途c) 按輸出類型三、 新型傳感器的概念所謂新型傳感器是指最近幾十幾年內(nèi)研究開發(fā)出來的、已經(jīng)或正在走向?qū)嵱没膫鞲衅?。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多新效應(yīng)、新材料不斷被發(fā)現(xiàn)，新的加工工藝不斷發(fā)展和完善，這些都進(jìn)一步促進(jìn)了新型傳感器的研究開發(fā)工作。四、 傳感器的發(fā)展趨勢(shì)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)傳感器技術(shù)要求越來越高，同時(shí)也促進(jìn)了傳感器的發(fā)展。1) 對(duì)傳感器的要求a) 對(duì)檢測(cè)范圍的要求檢測(cè)技術(shù)正向宏觀世界和微觀世界縱深發(fā)展宏觀：空間技術(shù)、海洋開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、地震預(yù)報(bào)、天氣預(yù)報(bào)微觀：細(xì)胞生物學(xué)、遺傳工程、光合作用、微加工技術(shù)①檢測(cè)參數(shù)的范圍：極限參數(shù)、極端參數(shù)超高溫、超低溫、超高壓、超低壓②檢測(cè)參數(shù)的種類：多相流、脈動(dòng)流量、空間定位、管道泄漏③使用條件：真空、微重力、高溫、振動(dòng)b) 對(duì)檢測(cè)性能的要求：精度(準(zhǔn)確度)、響應(yīng)速度，大范圍高精度c) 體積小、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、低功耗等2) 微型化、集成化、智能化、功能化、網(wǎng)絡(luò)化a) 微型化：傳感器的微型化有大量的應(yīng)用前景：航空、遠(yuǎn)距離探測(cè)、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)等b) 集成化：兩個(gè)含義：①將傳感器與后級(jí)的放大電路、運(yùn)算電路、補(bǔ)償電路等制成一個(gè)組件，實(shí)現(xiàn)一體化，具有體積小、反應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)；②將同一類的傳感器集成于同一芯片或器件上構(gòu)成2D或3D傳感器，具有測(cè)量密度高、堅(jiān)固、高準(zhǔn)確性和高可靠性等特點(diǎn)。c) 多功能傳感器：①將傳感器與其他功能結(jié)合，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的或復(fù)合功能。如：溫度開關(guān)(溫度測(cè)量和控制)，CCD是將陣列化的光電探測(cè)器與掃描功能一體化的器件，是可把一維或二維光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成時(shí)序電信號(hào)的功能傳感器；②將不同的敏感元件組合在一起，同時(shí)測(cè)量多種參數(shù)，實(shí)現(xiàn)綜合化、小型化的測(cè)量，工作在同一條件下，便于進(jìn)補(bǔ)償和修正；③借助于同一傳感器的不同效應(yīng)可以獲得不同的信息，線圈所表現(xiàn)出來的電容和電感是不同的；④在不同激勵(lì)條件下，同一敏感元件表現(xiàn)出來不同的特征，以實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)量。d) 智能化：是指裝有微處理器的，不但能夠執(zhí)行信息處理和信息儲(chǔ)存，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷的傳感器系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：①能夠?qū)崟r(shí)處理所探測(cè)的數(shù)據(jù)和儲(chǔ)存歷史數(shù)據(jù)； ②不但可以對(duì)信息進(jìn)行處理、分析和調(diào)節(jié)，對(duì)所測(cè)的數(shù)值及其誤差進(jìn)行補(bǔ)償，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和判斷，實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償和復(fù)雜的環(huán)境因素補(bǔ)償； ③具有自診斷和自校正功能； ④能夠完成多傳感器多參數(shù)混合測(cè)量，從而進(jìn)一步拓寬其探測(cè)與應(yīng)用領(lǐng)域； ⑤具有數(shù)字通訊接口e) 網(wǎng)絡(luò)化：在軍事國防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、危險(xiǎn)區(qū)域監(jiān)控等有重要的應(yīng)用價(jià)值。智能家居、建筑安全、智能交通3) 新材料、新功能的開發(fā)：傳感器材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)，多數(shù)傳感器是利用某些材料的特殊功能達(dá)到測(cè)