批量化檢測裝置國內外現狀

⑴ 超聲波檢測發展現狀

1.3 國內外研究現狀與水平
無損檢測技術已經歷一個世紀，盡管無損檢測技術本身並非一種生產技術,但其技術水平卻能反映該部門，該行業，該地區甚至該國的工業技術水平。無損檢測技術所能帶來的經濟效益十分明顯。統計資料顯示，經過無損檢測後的產品增值情況大致是，機械產品為5%，國防，宇航，原子能產品為12%一 18%，火箭為20%。例如，德國賓士公司汽車幾千個零件經過無損檢測後，整車運行公里數提高了一倍，大大提高了產品在國際市場的競爭能力。可見現代工業是建立在無損檢測基礎上的說法並不為過。超聲無損檢測技術(UT)作為五大常規檢測技術之一，由於其與其它常規無損檢測技術相比，它具有被測對象范圍廣，檢測深度大，缺陷定位準確，檢測靈敏度高，成本低，使用方便，速度快，對人體無害以及便於現場使用等特點，因而世界各國都對超聲無損檢測給予了高度的重視。有關資 料表明，國外每年大約發表3000篇涉及無損檢測的文獻資料，全部文獻資料中有關超聲無損檢測的內容約佔45%，特別是2000年10月在羅馬召開的第十五屆世界無損檢測會議(WCNDT)收錄的663篇論文中，超聲檢測就佔250篇。這些都說明超聲無損檢測的研究勢頭和其在無損檢測中的重要地位。同時，這也是本文對材料裂縫選用超聲波檢測的一個重大原因。目前，國外工業發達國家的無損檢測技術已逐步從無損探傷（Nondestruction Inspection NDI）和無損檢測（Nondestructive testing NDT）向無損評價（Nondestructive Evauation NDE）過渡。無損探傷，無損檢測和無損評價是無損檢測發展的三個階段。超聲波無損探傷是初級階段，它的作用僅僅是在不損害零部件的前提下，發現其人眼不可見的內部缺陷，以滿足工業設計中的強度要求。超聲無損檢測是近20年來應用最廣泛的術語，它不僅要檢測最終產品，而且還要對生產過程的有關參數進行監測。 超聲無損評價是超聲檢測發展的最高境界，不但要探測缺陷的有無，還要給出材質的定量評價，也包括對材料和缺陷的物理和力學性能的檢測及其評價。
1.3.1 超聲波無損探傷(NDI)
隨著電子技術的迅速發展，使超聲波無損探傷技術和儀器也得到了相應發展與應用。早在1929年蘇聯薩哈諾夫提出利用穿透法檢查固體內部結構，以後利用連續超聲波在實驗室研究成功。隨著聲納技術的發展，美、英兩國分別於1944年和1964年研製成功脈沖反射式超聲波探傷儀，並逐步用於鍛鋼和厚鋼板的探傷。80年代，隨著大規模集成電路和微機技術的快速發展，1983年德國 Krautkramer公司推出第一台攜帶型數字化超聲波探傷儀USD1型，採用的是 z80CPU，盡管有許多不足，但已顯示出數字化超聲波探傷儀強大的生命力。我國 50年代初引進蘇聯超聲波探傷儀，60年代初期先後形成了一些批量生產的廠家，80年代初，國內各生產廠研製生產的超聲波探傷儀的主要技術指標均有大幅度地提高，較好地滿足了超聲波探傷技術的需要。如汕頭超聲電子(集團)公司在1980 年推出了CTS - 22型超聲波探傷儀，其主要性能指標與當時國際同類儀器水平相當。
1.3.2 超聲波無損檢測(NDT)
超聲波檢測在近幾十年中得到了較大的進展，它已成為材料或結構的無損檢測最常用的手段。幾十年來，超聲波無損檢測已得到了巨大發展和廣泛應用，幾乎應用到所有工業部門。如作為基礎工業的鋼鐵工業，機器製造工業，鍋爐壓力容器有關工業部門，石油化工工業，鐵路運輸工業，造船工業，航空航天工業。高速發展中的新技術產業如集成電路工業，核電工業等重要工業部門。目 前大量應用於金屬材料和構件，包括質量在線監控和產品的在役檢查，水平普遍提高，應用頻度和領域也日益增多。
1.2.3 超聲無損評價(NDE)
超聲無損評價主要包括:①微觀組織結構及形態變化的描述；②彈性常數和聲彈性能的評估；③不連續性及缺陷的測定；④力學性能變化及惡化的評價。超聲無損評價是在超聲無損探傷與超聲無損檢測基礎上發展起來的。其研究手段更加先進和多樣。其研究成果與現代工業生產結合更為緊密，因而在社會效益和經濟效益等方面都具有很大的潛力。例如，離心球鐵管的檢測：是由具有150多年歷史的英國clany cross鑄管和鑄件公司，於1986年採用超聲無損檢測技術，實現了對離心球墨鑄鐵管的在線實時檢測與評價，這種方法效率高，速度快，並且有其它方法無可比擬的優越性。
1.2.4 自動無損評價(ANDE)和定量無損評價(QNDE)
無損檢測的另一個發展是從一般無損評價向自動無損評價和定量無損評價發展（即從NDE向ANDE和QNDE發展)。超聲檢測儀器的應用與發展超聲檢測儀器性能直接影響超聲檢測的可靠性，其發展與電子技術等相關學科的發展是息息相關的。超聲無損檢測儀器將向數字化，智能化，圖象化，小型化和多功能化發展。真正的智能化超聲儀應該是全面，客觀地反映實際情況，而且可以運用頻譜分析，自適應專家網路對數據進行分析。提高可靠性、提高超聲檢測中對缺陷的定位、定量和定性的可靠性也是超聲檢測儀器實現數字化、智能化急待解決的關鍵技術問題。現代的掃查裝置也在向智能化方向發展。掃查裝置是自動檢測系統的基礎部分，但檢測結果准確性，可靠性與否都依賴於掃查裝置輸出的信息是否真正反映缺陷的性質。

⑵ 自動控制技術全國及世界現狀及發展趨勢

工業控制自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術，對工業生產過程實現檢測、控制、優化、調度、管理和決策，達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術，主要包括工業自動化軟體、硬體和系統三大部分。

工業控制自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術，對工業生產過程實現檢測、控制、優化、調度、管理和決策，達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術，主要包括工業自動化軟體、硬體和系統三大部分。工業控制自動化技術作為20世紀現代製造領域中最重要的技術之一，主要解決生產效率與一致性問題。雖然自動化系統本身並不直接創造效益，但它對企業生產過程有明顯的提升作用。

我國工業控制自動化的發展道路，大多是在引進成套設備的同時進行消化吸收，然後進行二次開發和應用。目前我國工業控制自動化技術、產業和應用都有了很大的發展，我國工業計算機系統行業已經形成。目前，工業控制自動化技術正在向智能化、網路化和集成化方向發展。

一、 以工業PC為基礎的低成本工業控制自動化將成為主流

眾所周知，從20世紀60年代開始，西方國家就依靠技術進步（即新設備、新工藝以及計算機應用）開始對傳統工業進行改造，使工業得到飛速發展。20世紀末世界上最大的變化就是全球市場的形成。全球市場導致競爭空前激烈，促使企業必須加快新產品投放市場時間（Time to Market）、改善質量（Quality）、降低成本（Cost）以及完善服務體系（Service），這就是企業的T.Q.C.S.。雖然計算機集成製造系統
（CIMS）結合信息集成和系統集成，追求更完善的T.Q.C.S.，使企業實現「在正確的時間，將正確的信息以正確的方式傳給正確的人，以便作出正確的決策」，即「五個正確」。然而這種自動化需要投入大量的資金，是一種高投資、高效益同時是高風險的發展模式，很難為大多數中小企業所採用。在我國，中小型企業以及准大型企業走的還是低成本工業控制自動化的道路。

工業控制自動化主要包含三個層次，從下往上依次是基礎自動化、過程自動化和管理自動化，其核心是基礎自動化和過程自動化。

傳統的自動化系統，基礎自動化部分基本被PLC和DCS所壟斷，過程自動化和管理自動化部分主要是由各種進口的過程計算機或小型機組成，其硬體、系統軟體和應用軟體的價格之高令眾多企業望而卻步。

20世紀90年代以來，由於PC-based的工業計算機（簡稱工業PC）的發展，以工業PC、I/O裝置、監控裝置、控制網路組成的PC-based的自動化系統得到了迅速普及，成為實現低成本工業自動化的重要途徑。我國重慶鋼鐵公司這樣的大企業的幾乎全部大型加熱爐，也拆除了原來DCS或單迴路數字式調節器，而改用工業PC來組成控制系統，並採用模糊控制演算法，獲得了良好效果。

由於基於PC的控制器被證明可以像PLC一樣可靠，並且被操作和維護人員接受，所以，一個接一個的製造商至少在部分生產中正在採用PC控制方案。基於PC的控制系統易於安裝和使用，有高級的診斷功能，為系統集成商提供了更靈活的選擇，從長遠角度看，PC控制系統維護成本低。由於可編程式控制制器（PLC）受PC控制的威脅最大，所以PLC供應商對PC的應用感到很不安。事實上，他們現在也加入到了PC控制「浪潮」中。

近年來，工業PC在我國得到了異常迅速的發展。從世界范圍來看，工業PC主要包含兩種類型：IPC工控機和CompactPCI工控機以及它們的變形機，如AT96匯流排工控機等。由於基礎自動化和過程自動化對工業PC的運行穩定性、熱插拔和冗餘配置要求很高，現有的IPC已經不能完全滿足要求，將逐漸退出該領域，取而代之的將是 CompactPCI-based工控機，而IPC將占據管理自動化層。國家於2001年設立了「以工業控制計算機為基礎的開放式控制系統產業化」工業自動化重大專項，目標就是發展具有自主知識產權的PC-based控制系統，在3(5年內，佔領30%(50%的國內市場，並實現產業化。

幾年前，當「軟PLC」出現時，業界曾認為工業PC將會取代PLC。然而，時至今日工業PC並沒有代替PLC，主要有兩個原因：一個是系統集成原因；另一個是軟體操作系統Windows NT的原因。一個成功的PC-based控制系統要具備兩點：一是所有工作要由一個平台上的軟體完成；二是向客戶提供所需要的所有東西。可以預見，工業PC與PLC的競爭將主要在高端應用上，其數據復雜且設備集成度高。工業PC不可能與低價的微型PLC競爭，這也是PLC市場增長最快的一部分。從發展趨勢看，控制系統的將來很可能存在於工業PC 和 PLC之間，這些融合的跡象已經出現。

和PLC一樣，工業PC市場在過去的兩年裡保持平穩。與PLC相比，工業PC軟體很便宜。據Frost & Sullivan公司估計，全世界每年7億美元工業PC市場里，大約8500萬美元為控制軟體，一億美元為操作系統。到2007年會翻一番，工業PC市場變得非常可觀。

二、 PLC在向微型化、網路化、PC化和開放性方向發展

長期以來，PLC始終處於工業控制自動化領域的主戰場，為各種各樣的自動化控制設備提供非常可靠的控制方案，與DCS和工業PC形成了三足鼎立之勢。同時，PLC也承受著來自其它技術產品的沖擊，尤其是工業PC所帶來的沖擊。

目前，全世界PLC生產廠家約200家，生產300多種產品。國內PLC市場仍以國外產品為主，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的產品。經過多年的發展，國內PLC生產廠家約有三十家，但都沒有形成頗具規模的生產能力和名牌產品，可以說PLC在我國尚未形成製造產業化。在PLC應用方面，我國是很活躍的，應用的行業也很廣。專家估計，2000年PLC的國內市場銷量為15(20萬套（其中進口佔90%左右），約25(35億元人民幣，年增長率約為12%。預計到2005年全國PLC需求量將達到25萬套左右，約35(45億元人民幣。

PLC市場也反映了全世界製造業的狀況，2000後大幅度下滑。但是，按照Automation Research Corp的預測，盡管全球經濟下滑，PLC市場將會復甦，估計全球PLC市場在2000年為76億美元，到2005年底將回到76億美元，並繼續略微增長。

微型化、網路化、PC化和開放性是PLC未來發展的主要方向。在基於PLC自動化的早期，PLC體積大而且價格昂貴。但在最近幾年，微型PLC（小於32 I/O）已經出現，價格只有幾百歐元。隨著軟PLC（Soft PLC）控制組態軟體的進一步完善和發展，安裝有軟PLC組態軟體和PC-based控制的市場份額將逐步得到增長。

當前，過程式控制制領域最大的發展趨勢之一就是Ethernet技術的擴展，PLC也不例外。現在越來越多的PLC供應商開始提供Ethernet介面。可以相信，PLC將繼續向開放式控制系統方向轉移，尤其是基於工業PC的控制系統。

三、 面向測控管一體化設計的DCS系統

集散控制系統DCS（Distributed Control System）問世於1975年，生產廠家主要集中在美、日、德等國。我國從70年代中後期起，首先由大型進口設備成套中引入國外的DCS，首批有化纖、乙烯、化肥等進口項目。當時，我國主要行業（如電力、石化、建材和冶金等）的DCS基本全部進口。80年代初期在引進、消化和吸收的同時，開始了研製國產化DCS的技術攻關。

近10年，特別是「九五」以來，我國DCS系統研發和生產發展很快，崛起了一批優秀企業，如北京和利時公司、上海新華公司、浙大中控公司、浙江威盛公司、航天測控公司、電科院以及北京康拓集團等。這批企業研製生產的DCS系統，不僅品種數量大幅度增加，而且產品技術水平已經達到或接近國際先進水平。在2001年全國應用的4426套DCS系統中，國產DCS系統為1486套，佔35%。短短幾年，國外DCS系統在我國一統天下的局面從此不再出現。這些專業化公司不僅占據了一定的市場份額，積累了發展的資本和技術，同時使得國外引進的DCS系統價格也大幅度下降，為我國自動化推廣事業做出了貢獻。與此同時，國產DCS系統的出口也在逐年增長。

雖然國產DCS的發展取得了長足進步，但國外DCS產品在國內市場中佔有率還較高，其中主要是Honeywell和橫河公司的產品。我國DCS的市場年增長率約為20%，年市場額約為30(35億元。由於近5年內DCS在石化行業大型自控裝置中沒有可替代產品，所以其市場增長率不會下降。據統計，到2005年，我國石化行業有1000多套裝置需要應用DCS控制；電力系統每年新裝1000多萬千瓦發電機組，需要DCS實現監控；不少企業已使用DCS近15(20年，需要更新和改造。所以，今後5年內DCS作為自動化儀錶行業主要產品的地位不會動搖。

根據中國儀器儀錶行業協會公布的調查數據顯示，2002年我國DCS市場狀況如下：

小型化、多樣化、PC化和開放性是未來DCS發展的主要方向。目前小型DCS所佔有的市場，已逐步與PLC、工業PC、FCS共享。今後小型DCS可能首先與這三種系統融合，而且「軟DCS」技術將首先在小型DCS中得到發展。PC-based控制將更加廣泛地應用於中小規模的過程式控制制，各DCS廠商也將紛紛推出基於工業PC的小型DCS系統。開放性的DCS系統將同時向上和向下雙向延伸，使來自生產過程的現場數據在整個企業內部自由流動，實現信息技術與控制技術的無縫連接，向測控管一體化方向發展。

四、 控制系統正在向現場匯流排（FCS）方向發展

由於3C（Computer、Control、Communication）技術的發展，過程式控制制系統將由DCS發展到FCS（Fieldbus Control System）。FCS可以將PID控制徹底分散到現場設備（Field Device）中。基於現場匯流排的FCS又是全分散、全數字化、全開放和可互操作的新一代生產過程自動化系統，它將取代現場一對一的4(20mA模擬信號線，給傳統的工業自動化控制系統體系結構帶來革命性的變化。

根據IEC61158的定義，現場匯流排是安裝在製造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網路。現場匯流排使測控設備具備了數字計算和數字通信能力，提高了信號的測量、傳輸和控制精度，提高了系統與設備的功能、性能。IEC/TC65的SC65C/WG6工作組於1984年開始致力於推出世界上單一的現場匯流排標准工作，走過了16年的艱難歷程，於1993年推出了IEC61158-2，之後的標准制定就陷於混亂。2000年初公布的IEC61158現場匯流排國際標准子集有八種，分別為：

類型1 IEC技術報告（FFH1）；
類型2 Control-NET（美國Rockwell公司支持）；
類型3 Profibus（德國Siemens公司支持）；
類型4 P-NET（丹麥Process Data公司支持）；
類型5 FFHSE（原FFH2）高速乙太網（美國Fisher Rosemount公司支持）；
類型6 Swift-Net（美國波音公司支持）；
類型7 WorldFIP（法國Alsto公司支持）；
類型8 Interbus（美國Phoenix Contact公司支持）。

除了IEC61158的8種現場匯流排外，IEC TC17B通過了三種匯流排標准：SDS（Smart Distributed System）；ASI（Actuator Sensor Interface）；Device NET。另外，ISO公布了ISO 11898 CAN標准。其中Device NET於2002年10月8日被中國批准為國家標准，並於2003年4月1日開始實施。

目前在各種現場匯流排的競爭中，以Ethernet為代表的COTS(Commercial-Off-The-Shelf)通信技術正成為現場匯流排發展中新的亮點。其關注的焦點主要集中在兩個方面：

(1) 能否出現全世界統一的現場匯流排標准；
(2) 現場匯流排系統能否全面取代現時風靡世界的DCS系統。

採用現場匯流排技術構造低成本的現場匯流排控制系統，促進現場儀表的智能化、控制功能分散化、控制系統開放化，符合工業控制系統的技術發展趨勢。國家在「九五」期間為了加快現場匯流排技術在我國的發展，重點放在智能化儀表和現場匯流排技術的開發和工程化上，補充和完善工藝設備、開發裝置和測試裝置，建立智能化儀表和開發自動化系統的生產基地，形成適度規模經濟。2000年，「九五」國家科技攻關計劃「新一代全分布式控制系統研究與開發」和「現場匯流排智能儀表研究開發」兩個項目相繼完成。這兩個項目以及先期完成的「現場匯流排控制系統的開發」項目，針對國際上已經出現的多種現場匯流排協議並存的局面，重點選擇了HART協議和FF協議現場匯流排技術攻關。

總之，計算機控制系統的發展在經歷了基地式氣動儀表控制系統、電動單元組合式模擬儀表控制系統、集中式數字控制系統以及集散控制系統（DCS）後，將朝著現場匯流排控制系統（FCS）的方向發展。雖然以現場匯流排為基礎的FCS發展很快，但FCS發展還有很多工作要做，如統一標准、儀表智能化等。另外，傳統控制系統的維護和改造還需要DCS，因此FCS完全取代傳統的DCS還需要一個較長的過程，同時DCS本身也在不斷的發展與完善。可以肯定的是，結合DCS、工業乙太網、先進控制等新技術的FCS將具有強大的生命力。工業乙太網以及現場匯流排技術作為一種靈活、方便、可靠的數據傳輸方式，在工業現場得到了越來越多的應用，並將在控制領域中佔有更加重要的地位。

五、儀器儀表技術在向數字化、智能化、網路化、微型化方向發展

經過五十年的發展，我國儀器儀表工業已有相當基礎，初步形成了門類比較齊全的生產、科研、營銷體系。現有各類儀器儀表企業6000餘家，年銷售額約1000億元，成為亞洲除日本之外第二大儀器儀表生產國。據海關統計，除去隨成套工程項目配套引進的儀器儀表不計，去年進口各類儀器儀表近60億美元，約占我國儀器儀表工業總產值的50%。但目前我國儀器儀錶行業產品大多屬於中低檔水平，隨著國際上數字化、智能化、網路化、微型化的產品逐漸成為主流，差距還將進一步加大。目前，我國高檔、大型儀器設備大多依賴進口。中檔產品以及許多關鍵零部件，國外產品佔有我國市場60%以上的份額，而國產分析儀器佔全球市場不到千分之二的份額。

2001年3月，第九屆全國人大四次會議批準的「十五」計劃綱要首次提出「把發展數控機床，儀器儀表和基礎零部件放到重要位置，努力提高質量和技術水平」。2001年8月，國家計委把儀器儀表明確列為國民經濟重要技術裝備，國家經貿委制定並公布的儀器儀錶行業 「十五」規劃，確立了6項高技術產業化項目：

1. 基於現場匯流排技術的全開放分散控制系統及智能儀表；
2. 新型感測器；
3. 智能化工業控制部件與執行機構；
4. 環境與污染源監測儀器及自動監測系統；
5. 城市污水處理利用成套工藝設備中的儀表自動化控制系統；
6. 煉鋼轉爐煤氣凈化回轉成套裝置中的儀表自動化控制系統。

根據儀器儀錶行業的預測，「十五」期間我國儀器儀表市場大致是：2002年1628億，2003年1790億，2004年1969億，2005年2165億。五年間，平均年市場容量為1806億（相當於220億美元），其中工業自動化儀表和控制系統佔41%、科學測試儀器佔25%、醫療儀器佔17%、其它佔17%，平均年增長率將不會低於10%。

今後儀器儀表技術的主要發展趨勢：
* 儀器儀表向智能化方向發展，產生智能儀器儀表；
* 測控設備的PC化，虛擬儀器技術將迅速發展；
* 儀器儀表網路化，產生網路儀器與遠程測控系統。

幾點建議：
* 開發具有自主知識產權的產品，掌握核心技術。
* 加強儀器儀錶行業的系統集成能力。
* 進一步拓展儀器儀表的應用領域。

六、 數控技術向智能化、開放性、網路化、信息化發展

從1952年美國麻省理工學院研製出第一台試驗性數控系統，到現在已走過了51年的歷程。近10年來，隨著計算機技術的飛速發展，各種不同層次的開放式數控系統應運而生，發展很快。目前正朝著標准化開放體系結構的方向前進。就結構形式而言，當今世界上的數控系統大致可分為4種類型：

1. 傳統數控系統；
2. 「PC嵌入NC」結構的開放式數控系統；
3. 「NC嵌入PC」結構的開放式數控系統；
4. SOFT型開放式數控系統。

我國數控系統的開發與生產，通過「七五」引進、消化、吸收，「八五」攻關和「九五」產業化，取得了很大的進展，基本上掌握了關鍵技術，建立了數控開發、生產基地，培養了一批數控人才，初步形成了自己的數控產業，也帶動了機電控制與傳動控制技術的發展。同時，具有中國特色的經濟型數控系統經過這些年來的發展，產品的性能和可靠性有了較大的提高，逐漸被用戶認可。

國外數控系統技術發展的總體發展趨勢是：
* 新一代數控系統向PC化和開放式體系結構方向發展；
* 驅動裝置向交流、數字化方向發展；
* 增強通信功能，向網路化發展；
* 數控系統在控制性能上向智能化發展。

進入21世紀，人類社會將逐步進入知識經濟時代，知識將成為科技和生產發展的資本與動力，而機床工業，作為機器製造業、工業以至整個國民經濟發展的裝備部門，毫無疑問，其戰略性重要地位、受重視程度，也將更加鮮明突出。

近年來，我國數控機床一直保持兩位數增長。2001年，我國機床工業產值已進入世界第5名，機床消費額在世界排名上升到第3位，達47.39億美元，僅次於美國的53.67億美元。2002年產值達260億元，產量居世界第4。但與發達國家相比，我國機床數控化率還不高，目前生產產值數控化率還不到30%；消費值數控化率還不到50%，而發達國家大多在70%左右。由於國產數控機床不能滿足市場的需求，高檔次的數控機床及配套部件只能靠進口，使我國機床的進口額呈逐年上升態勢，2001年進口機床躍升至世界第2位，達24.06億美元，比上年增長27.3%。

智能化、開放性、網路化、信息化成為未來數控系統和數控機床發展的主要趨勢：
* 向高速、高效、高精度、高可靠性方向發展；
* 向模塊化、智能化、柔性化、網路化和集成化方向發展；
* 向PC-based化和開放性方向發展；
* 出現新一代數控加工工藝與裝備，機械加工向虛擬製造的方向發展。
* 信息技術（IT）與機床的結合，機電一體化先進機床將得到發展。
* 納米技術將形成新發展潮流，並將有新的突破。
* 節能環保機床將加速發展，佔領廣大市場。

七、 工業控制網路將向有線和無線相結合方向發展

自從1977年第一個民用網系統ARCnet投入運行以來，有線區域網以其廣泛的適用性和技術價格方面的優勢，獲得了成功並得到了迅速發展。然而，在工業現場，一些工業環境禁止、限制使用電纜或很難使用電纜，有線區域網很難發揮作用，因此無線區域網技術得到了發展和應用。隨著微電子技術的不斷發展，無線區域網技術將在工業控制網路中發揮越來越大的作用。

無線區域網（Wireless LAN）技術可以非常便捷地以無線方式連接網路設備，人們可隨時、隨地、隨意地訪問網路資源，是現代數據通信系統發展的重要方向。無線區域網可以在不採用網路電纜線的情況下，提供乙太網互聯功能。在推動網路技術發展的同時，無線區域網也在改變著人們的生活方式。無線網通信協議通常採用IEEE802.3和802.11。802.3用於點對點方式，802.11用於一點對多點方式。無線區域網可以在普通區域網基礎上通過無線Hub、無線接入站(AP)、無線網橋、無線Modem及無線網卡等來實現，以無線網卡使用最為普遍。無線區域網的未來的研究方向主要集中在安全性、移動漫遊、網路管理以及與3G等其它移動通信系統之間的關系等問題上。

在工業自動化領域，有成千上萬的感應器，檢測器，計算機，PLC，讀卡器等設備，需要互相連接形成一個控制網路，通常這些設備提供的通信介面是RS-232或RS-485。無線區域網設備使用隔離型信號轉換器，將工業設備的RS-232串口信號與無線區域網及乙太網絡信號相互轉換，符合無線區域網IEEE 802.11b和乙太網絡IEEE 802.3標准，支持標準的TCP/IP網路通信協議，有效的擴展了工業設備的聯網通信能力。

計算機網路技術、無線技術以及智能感測器技術的結合，產生了「基於無線技術的網路化智能感測器」的全新概念。這種基於無線技術的網路化智能感測器使得工業現場的數據能夠通過無線鏈路直接在網路上傳輸、發布和共享。無線區域網技術能夠在工廠環境下，為各種智能現場設備、移動機器人以及各種自動化設備之間的通信提供高帶寬的無線數據鏈路和靈活的網路拓撲結構，在一些特殊環境下有效地彌補了有線網路的不足，進一步完善了工業控制網路的通信性能。

八、工業控制軟體正向先進控制方向發展

自20世紀80年代初期誕生至今，工業控制軟體已有20年的發展歷史。工業控制軟體作為一種應用軟體，是隨著PC機的興起而不斷發展的。工業控制軟體主要包括人機界面軟體（HMI），基於PC的控制軟體以及生產管理軟體等。目前，我國已開發出一批具有自主知識產權的實時監控軟體平台、先進控制軟體、過程優化控制軟體等成套應用軟體，工程化、產品化有了一定突破，打破了國外同類應用軟體的壟斷格局。通過在化工、石化、造紙等行業的數百個企業（裝置）中應用，促進了企業的技術改造，提高了生產過程式控制制水平和產品質量，為企業創造了明顯的經濟效益。2000年，「九五」國家科技攻關計劃項目「大型骨幹石化生產系統控制及計算機應用技術」通過了驗收。

作為工控軟體的一個重要組成部分，國內人機界面組態軟體研製方面近幾年取得了較大進展，軟體和硬體相結合，為企業測、控、管一體化提供了比較完整的解決方案。在此基礎上，工業控制軟體將從人機界面和基本策略組態向先進控制方向發展。

先進過程式控制制APC（Advanced Process Control）目前還沒有嚴格而統一的定義。一般將基於數學模型而又必須用計算機來實現的控制演算法，統稱為先進過程式控制制策略。如：
* 自適應控制；
* 預測控制；
* 魯棒控制；
* 智能控制（專家系統、模糊控制、神經網路）等。

由於先進控制和優化軟體可以創造巨大的經濟效益，因此這些軟體也身價倍增。國際上已經有幾十家公司，推出了上百種先進控制和優化軟體產品，在世界范圍內形成了一個強大的流程工業應用軟體產業。因此，開發我國具有自主知識產權的先進控制和優化軟體，打破外國產品的壟斷，替代進口，具有十分重要的意義。

在未來，工業控制軟體將繼續向標准化、網路化、智能化和開放性發展方向。

結束語

工業信息化是指在工業生產、管理、經營過程中，通過信息基礎設施，在集成平台上，實現信息的採集、信息的傳輸、信息的處理以及信息的綜合利用等。在「十五」期間，國家用信息化帶動工業化的工作重點有三個方面：一是以電子信息技術應用為重點，提高傳統產業生產過程自動化、控制智能化和管理信息化水平；二是以先進製造技術應用為重點，推進製造業領域的優質高效生產，振興裝備製造業；三是改造提升重點產業的關鍵技術、共性技術及其相關配套技術水平、工藝和裝備水平。國家實施高技術產業化的主要目標有兩個：一是發展高技術，形成新興產業，培育新的增長點；二是利用先進技術改造和優化傳統產業，提高經濟增長的質量。

由於大力發展工業自動化是加快傳統產業改造提升、提高企業整體素質、提高國家整體國力、調整工業結構、迅速搞活大中型企業的有效途徑和手段，國家將繼續通過實施一系列工業過程自動化高技術產業化專項，用信息化帶動工業化，推動工業自動化技術的進一步發展，加強技術創新，實現產業化，解決國民經濟發展面臨的深層問題，進一步提高國民經濟整體素質和綜合國力，實現跨越式發展。

⑶ 國內外研究現狀

1.2.1 元素硫溶解度及沉積運移實驗研究現狀

（1）元素硫溶解度研究現狀

對高含硫天然氣中元素硫溶解度的認識是該類氣藏開發過程中重要的環節之一。國內外對該問題進行了深入的研究。硫溶解度的研究主要包括實驗和理論兩個部分，以下為實驗部分。

1960年，Kennedy^［7］等人研究了硫在不同含量的CH₄、CO₂和H₂S三種氣體中的平衡溶解問題。並且首次說明了硫的溶解性能與氣體壓力、溫度和組分有關。在一定溫度壓力的條件下，其溶解能力大小依次為H₂S、CO₂、CH₄。

1971年，Roof^[8]通過實驗研究了低溫低壓條件下硫在硫化氫氣體中的溶解度（壓力6.8～30.6MPa，溫度43.3℃～114℃）。

1976年，為了更好地研究深層氣藏的高溫高壓條件下硫在酸性氣體中的溶解度，Swift^［9］進行了溶解度實驗研究（壓力34.5 MPa～138 MPa，溫度121℃～204℃）。

1980年和1988年，E.Brunner^{［10～11］}等人將Kennedy等人研究進行推廣（壓力6.6MPa ～155MPa，溫度116℃～213℃），研究了硫在不同比例的CO₂、H₂S、C₁～C₄的14個合成酸性氣體混合物中的溶解度。

1992年和1993年，P.M.Davis^［12］等人將E.Brunner等人的研究成果進行了深入研究（壓力7 MPa～55MPa，溫度60℃～150℃），將硫在簡單多組分中的溶解擴展到實際的酸氣組分中。

1993年，谷明星^{［13～14］}等人建立了靜態法測定難揮發溶質（固體或液體）在超臨界、近臨界流體中溶解度的實驗裝置，針對硫化氫大於50％的富含H₂S酸性流體溶解度進行了測試。

2003年，C.Y.Sun^［15］在谷明星實驗研究的基礎上，在室內利用靜態實驗測試裝置完成了元素硫在7個高含硫混合氣體（H₂S CO₂、CH₄）中溶解度測定，並建立了能預測和關聯硫在高含硫天然氣中溶解度的氣固熱力學模型。

2005年，曾平^{［16～17］}對元素硫在天然氣中的溶解度進行了實驗研究，並對其機理進行了說明，分析了不同組分對元素硫溶解度的影響，提出混合物中含碳原子數目較多的烴類組分對硫溶解度有著重要的影響。

2009年，楊學鋒^［18］通過自主設計的元素硫溶解度實驗設備，針對Chrasnti^［19］和Roberts^［20］常系數模型進行了關聯性研究，發現Chrasnti l溶解度計算模型更加科學可靠； 而Roberts溶解度模型，由於是根據有限特定的幾組數據擬合得到，具有一定的局限性。

由於硫在含硫混合氣中溶解度測試具有一定的危險性，故為了更好的得到硫在含硫混合氣中的溶解度，國內外學者在理論模型方面也做了很多深入的研究。

1980年和1983年，J.B.Hyne^{［21～22］}等人研究發現隨著溫度壓力的升高，元素硫和硫化氫會生成多硫化氫。反之，隨著溫度壓力的降低，多硫化氫又會分解成為元素硫和硫化氫，從而導致硫沉積。

1982年，Chrastil^［19］基於理想溶液理論，提出了一個簡化的熱力學方程來計算硫的溶解度。該經驗公式已經廣泛用於超臨界流體溶質溶解度的計算。

1989年，R.A.Tamxej^［23］等人在對大量實驗數據進行擬合的基礎上，得到了元素硫在含硫氣體中溶解度的預測模型。

1997年，E.Bruce^［20］等人利用Brunner^［10］和Woll的實驗數據，對Chrastil經驗公式進行了回歸擬合，建立了元素硫在酸性氣體中的溶解度經驗公式，該公式考慮了溫度、壓力和氣體組分對元素硫溶解度的影響，因為方便應用，故一直被用於預測元素硫在含硫天然氣中的溶解度。

1998年，Kunal Karan^［24］等人建立一個熱動態模型，可用於預測酸氣混合氣體中硫溶解度，並利用該模型計算了元素硫在硫化氫和高含硫氣體混合物中的溶解度。

2003年，C.Y.Sun^［15］等人採用與谷明星類似的方法，建立了能夠預測和關聯元素硫在高含硫天然混合氣中溶解度的氣固熱力學模型。

2006年，楊學鋒^［25］引入了超臨界流體的壓縮氣體模型，建立了元素硫和高含硫天然氣達到氣固相平衡時定量計算元素硫溶解度的關聯和預測模型。

（2）元素硫沉積運移實驗研究現狀

隨著溫度壓力的降低，元素硫會從含硫天然氣中析出，部分硫顆粒將會沉降，部分硫顆粒則會隨儲層流體運移。

目前，元素硫沉積實驗主要集中在油藏方面^{［27～29］}，由於硫化氫的劇毒性，開展高含硫元素硫沉積儲層傷害的實驗極少。

2000年，Jamal H.Abou-Kassem^［30］利用氮氣攜帶升華的元素硫進入碳酸岩岩心，觀察和測定了元素硫對岩心的傷害。提出了一種簡易的方法來模擬實際高含硫氣藏元素硫對儲層的傷害，但由於元素硫升華的溫度極高，對其實驗及數據的可行性值得深入探討。

2008年，西南油氣田分公司勘探開發研究院^{［31 ］}自主研製了模擬實際儲層高溫高壓的條件下，元素硫沉積對儲層傷害驅替實驗儀器，完成了不同初始壓力、溫度下元素硫對天然碳酸鹽岩岩心滲透率和孔隙度的傷害。

1.2.2 含硫氣藏儲層改造鐵離子傷害研究現狀

儲層改造作為低滲透油氣藏重要的增產措施已經得到了廣泛的認可，目前含硫氣藏也通常進行酸壓改造增產作業。由於含硫氣藏涉及元素硫沉積和酸性氣體等因素，對其儲層改造必要性的探討還存在空白。

考慮到元素硫沉積和酸性氣體的影響，含硫氣藏儲層改造的核心就是控硫控鐵。在處理含硫化氫氣井的儲層改造問題上，國內外主要集中在控制鐵沉積上^{［32～37］}。在酸壓作業中，對於控制鐵離子沉澱，通常有三種方法：

一是對主體工作液進行研究，採用弱酸體系來控制殘酸液的pH值，使得殘酸pH值處於一個相對較低的位置，以便於抑制殘液中析出含鐵的硫化物。

二是採用鐵離子絡合劑。由於絡合劑對高價的金屬離子具有較強的親和力，從而使得溶液中鐵離子濃度低於析出沉澱的濃度，從而抑制鐵離子沉積的產生。

三是採用還原劑，將溶液中的三價鐵離子還原成為二價鐵離子，從而達到避免沉澱析出的目的。

2004年，陳紅軍^［38］等人對於含硫化氫氣井酸化過程中，硫化鐵沉澱預測及抑制劑研究進行了詳細的調研和研究，並提出了一套適應含硫氣井酸壓作業且與之匹配的添加劑，優化了酸液體系的整體性能，其具體表現為鐵離子穩定劑、硫化氫吸收劑和控硫劑。

2007年，Jairo Leal^［39］等人在分析了在對解除硫化鐵沉積過程中可能會出現的問題，提出了一系統有序的方法來對硫化鐵沉澱進行移除。

2009年，Tao Chen^［40］等人建立了一套新的硫化鐵測試方法來評價硫化鐵抑制劑的性能。在此基礎上，研製了一種新的抑制劑並對硫化鐵抑制劑機理進行了說明。

1.2.3 元素硫沉積對儲層傷害研究現狀

為了研究地層條件下元素硫沉積對儲層的傷害，國內外學者分別建立了考慮元素硫傷害的含硫氣藏傷害模型，分析元素硫沉積對儲層參數及產能的影響。

1966年，C.H.Kuo^［41］建立流體流動數學模型，該模型能夠描述多孔介質中固相沉積。該模型假設初始狀態含硫天然氣飽和溶解元素硫。

1972年，C.H.Kuo^［42］將硫沉積模型引入，在黑油模型的基礎上，建立元素硫沉積的儲層傷害數學模型，該模型考慮了硫溶解度的變化和硫沉積對滲透率和孔隙度的影響。該模型能夠模擬均質氣藏一維徑向流動情況下，采氣速度、井距和井筒半徑對硫沉積的影響。

1980年，J.B.Hyne^［21］等人通過統計學原理，分析了100多口含硫氣井的元素硫沉積問題，分析了混合物中不同碳原子數、CO₂、硫化氫含量對元素硫沉積的影響。

1997年，E.Boberts^［20］在等溫穩態理想流動的條件下，研究了酸性氣井中元素硫沉積對流人動態的影響，建立了考慮元素硫沉積儲層傷害模型，分析了不同時間，不同徑向距離處元素硫飽和度的分布。發現硫的聚集速度與徑向距離平方成反比，徑向距離小，元素硫沉降距離的越快。同時還考慮表皮的影響，表皮越小，硫的聚集速度越小，但該模型假設元素硫析出就地沉降，沒有考慮元素硫運移。

1997年，王琛^［43］在Roberts建立的理論基礎上，研究了硫沉積對氣井產能的影響及各因素對硫沉積的影響。

2001年，Faruk Civan^［44］將延遲效應引入到元素硫沉積裡面，考慮元素硫動態沉積，即元素硫析出後不會就地沉降，而是運移一段時間或位移後再沉降。但並沒有說明元素硫何時沉降，運移多長時間和位移。

2002年，Nicholas Hands^［45］等建立了天然裂縫性含硫氣藏硫沉積預測解析模型，該模型考慮了溫度和近井地帶的氣流臨界流速的影響，對元素硫在近井地帶的分布進行了分區和詳細地研究，並給出了相應的井底除硫時間，但對於元素硫顆粒臨界流速計算並沒有給出具體計算方法。

2004年，楊滿平^［46］考慮非達西滲流的影響，建立了高含硫氣藏元素硫沉積模型。該模型在完善硫沉積傷害模型基礎上，對比了考慮非達西和達西流動下，不同徑向距離，不同時間元素硫飽和度隨時間的變化關系，同時還分析了產能對硫顆粒沉積堵塞的影響。

2005年，曾平^［47］就高含硫氣藏滲流規律進行了研究，得到孔隙度，滲透率隨時間的變化關系，進一步完善了考慮非達西影響的元素硫沉積傷害模型。

2006年，楊學鋒^［48］在Faruk Civan建立的模型基礎上，考慮元素硫沉積的延遲效應，完善了元素硫動態沉積預測模型。

2006年，H.Mei^［49］等人在Roberts建立傷害模型基礎上，根據實際井參數，建立了無阻流量與滲透率和儲層厚度之間的關系。

2006年，Du Zhi-Ming^［50］等人建立了裂縫性氣藏氣液固三相耦合數學模型，並利用Roberts實例井數據進行計算，同時進行了結果對比分析。

2006年，Guo Xiao^［51］等人將氣液固三相耦合模型與硫沉積實驗相對比，分析了流速，初始硫濃度和岩心滲透率對元素硫沉積的影響。

2007年，Guo Xiao^［52］等人基於組分模型和相平衡原理建立了氣液固三相數學模型，該模型可用於預測元素硫沉積，並提出需要進行儲層解堵時間。

1.2.4 考慮元素硫沉積的產能方程及物質平衡方程研究現狀

由於壓力降最快的地方在近井地帶，導致元素硫析出最快的地方聚集在近井地帶，從而使得常規的產能方程需要進一步考慮元素硫沉積的影響。含硫氣藏開發過程中元素硫沉積而導致試井曲線發生變化，對此學者們也進行了相應的研究。

2005年，李成勇^［53］等人進行了高含硫氣藏解釋方法研究，建立了高含硫氣藏兩區復合試井模型，並用Stehfest反演演算法對井底壓力響應典型曲線進行了計算，分析了污染半徑和流度比對井底壓力動態的影響。

2007年，段永剛^［54］等人建立了基於含硫氣藏與井筒耦合的非穩態產能預測新方法，該方法為沒有試采資料的氣井合理配產提供了一種方法。

2008年，張烈輝^［55］等人基於滲流力學相關理論，對高含硫氣藏的滲流模式進行了分析，建立了考慮附加表皮的復合滲流模型與產能試井解釋數學模型。

2009年，晏中平^［56］等人在現代試井解釋方法和油氣滲流理論基礎上，建立了考慮含硫氣井硫污染區和未污染區兩區雙孔介質復合試井解釋數學模型，並利用Stehfest反演演算法對井底壓力響應典型曲線進行了計算，同時完成了多參數對井底壓力的敏感性分析。

隨著高含硫氣藏的開發，儲層壓力會不斷降低，析出的元素硫將會占據儲層部分孔隙空間，使得在建立含硫氣藏物質平衡方程的時候，體積平衡方程發生了變化。

1936年，R.J.Schilthuis^［57］根據物質平衡原理首先建立了油藏的物質平衡方程式，因為該方法需要的相關地質及流體生產數據較少，同時計算方法相對簡單，故一直在油藏工程中得到廣泛使用。

國內的陳元千^{［58～60］}等人在物質平衡原理的基礎上建立了氣藏的物質平衡方程，並完善了不同類型的氣藏物質平衡方程式。

在凝析氣藏物質平衡方程式的問題上，國內的馬永詳^{［61～62］}利用摩爾平衡原理對凝析氣藏物質平衡方程進行了研討。

2006年，張勇^［63］等人給出了高含硫氣藏物質平衡方程的推導，該模型考慮了元素硫沉積的影響，但僅僅是基於體積平衡原理，沒有考慮元素硫的析出會導致混合天然氣密度發生變化。

2008年，卞小強^［64］考慮了元素硫析出後，會使得天然氣密度發生變化，必須使用質量平衡原理來建立含硫氣藏物質平衡方程，故其利用摩爾平衡原理建立了氣藏物質平衡方程，並進行了實例計算，但在建立物質平衡時，由於對元素硫產生的機理認識不足，使得摩爾平衡原理建立的方程求解具有一定難度。

⑷ 關於電能質量檢測裝置(或者電能質量)的國內外發展現狀

在西方發達國家，電能質量問題早已被當作電力系統面臨的重要問題，各國均在加強電能質量問題的研究。已得到不少的理論成果，並提出一系列的綜合的監測控制和管理的方法。國際上對電能質量的研究，可以追溯到上世紀的80年代電磁兼容學科EMC的興起。出於這種長期對電能質量的重視和科技水平的整體優勢，他們在電能質量監測裝置的研製上水平較高，市場佔有率也很高。目前，國外電能質量的研究主要集中以下幾點：
1.暫態電能質量問題
2.短持續時間電能質量問題
3.長持續時間電能質量問題
4.三項電壓不平衡
5.波形畸變
6.電壓波動和閃動
7.頻率變化
我國的電力供應一直比較緊張，人們的關注的焦點主要集中在電力供應量上，對電能質量的關心不多，通常只對電壓及頻率兩個指標進行監測。進行大規模的電網改造之前，我國的網架十分的薄弱，電力系統的自動化水平十分低。隨著電力供應緊張狀態的緩解，電能質量的日益惡化和用戶對電能質量要求的不斷提高，這個問題也引發了各級電力部門的重視。國家也頒布了國家標准，主要依靠供電企業的來保證，但是，目前的的控制的方法主要依靠對供電電壓的調整。
我國的電能質量檢測還處於初級階段，我國的質量檢測的研究方向主要有以下幾點：
1.電壓波動和閃變
2.供電電壓允許偏差
3.公用電網諧波
4.三項電壓允許的不平衡度
5.電力系統頻率允許偏差
6.暫態過電壓和瞬態過電壓從我國電力系統目前的發展水平後和保護供電雙方權益的角度看，這些標准時比較現實和易於操作的。但隨著國際貿易的發展和各國間技術交流的需要，標準的國際化趨勢是不可避免的。技術的發展，新情況的出現，國際標準的變化，使得我國電力工作者不僅需要對現有的6項標准進行進一步的完善和修改，還要根據實際情況研究制定其他的標准。

⑸ 自動化的國外現狀

國外自動化技術的發展趨勢是系統化、柔性化、集成化和智能化。自動化技術不斷專提高屬光電子、自動化控制系統、傳統製造等行業的技術水平和市場競爭力，它與光電子、計算機、信息技術的融合和創新，不斷創造和形成新的行業經濟增長點，同時不斷提供新的行業發展的管理戰略哲理。

世界自動化產業發展勢頭迅猛。感測器技術、開放式工業過程自動化系統、現場匯流排技術等自動化技術已形成一定的產業規模，其中90年代感測器在美國、日本的市場總銷售額已超過100億美元。

(5)批量化檢測裝置國內外現狀擴展閱讀

發展趨勢：

現代生產和科學技術的發展，對自動化技術提出越來越高的要求，同時也為自動化技術的革新提供了必要條件。70年代以後，自動化開始向復雜的系統控制和高級的智能控制發展，並廣泛地應用到國防、科學研究和經濟等各個領域，實現更大規模的自動化。

例如大型企業的綜合自動化系統、全國鐵路自動調度系統、國家電力網自動調度系統、空中交通管制系統、城市交通控制系統、自動化指揮系統、國民經濟管理系統等。自動化的應用正從工程領域向非工程領域擴展，如醫療自動化、人口控制、經濟管理自動化等。

⑹ 高溫鑽井液檢測儀器國內外發展現狀

3.3.1 高溫高壓流變儀

高溫流變性是高溫鑽井液的重要參數之一，直接影響鑽速、泵壓、排量、懸浮及攜帶岩屑、井眼清潔、井壁穩定、壓力波動及固井質量等，因此國內外非常重視高溫流變儀的研發。典型生產商為美國Fan公司、OFI公司、Grace公司等。其典型產品有如下。

3.3.1.1 OFITE1100高溫加壓流變儀

美國OFI公司研製生產的OFITE1100高溫加壓流變儀是一個全自動測試系統，能夠根據剪切力、剪切速率、時間、壓力、溫度等參數來准確測試壓裂液、完井液、鑽井液、水泥漿的流變特性，並實時顯示和同步記錄剪切應力、剪切率、轉速、壓力、容池和樣品溫度。可以在實驗室使用也可以在野外使用，可選擇防水移動箱，帶輪子，移動方便。OFITE高溫高壓流變儀壓力可達到18MPa，溫度可到260℃，最低0℃。另外還有冷卻系統，冷卻樣品（圖3.1）。

圖3.1 OFITE 1100高溫加壓流變儀

獨特的ORCADA（OFITE R（流變儀）C（控制）and D（數據）A（採集）），軟體簡單。全新的KlikLockTM快速鏈接技術與重新設計的樣品杯相結合，便於拆卸和維修。全新的SAFEHEATTM系統是一個安全、精確、環境友好、高效的空氣傳輸加熱系統，使得操作更安全簡單，清洗更快速。

3.3.1.2 OFITE高溫高壓流變儀

根據剪切力、剪切速率、時間和壓力直到207MPa和溫度最高至260℃條件，全自動系統准確測定完井液、鑽井液、水泥漿的流變特性。選配冷水系統後，可使測試系統適應於需要冷卻的測試樣品，進一步增加了儀器的應用范圍（圖3.2）。

圖3.2 OFITE高溫高壓流變儀

使用羅盤來測定扭矩附件頂部磁鐵的轉動。如果沒有對儀器進行補償，防護罩內動力驅動磁鐵的影響。地球磁場的影響、防護罩磁性的影響、彈簧非線性的影響、實驗室磁場和材料的影響、非理想流體流動的影響、產品結構微小變化的影響等綜合結果使測定角度顯示非線性關系。計算機可以容易地完成這些影響的補償。

3.3.1.3 Ceast毛細管流變儀

毛細管流變儀分為單孔型和雙孔型，應用於熱塑性聚合物材料的質量控制和研發工作。在CeastVIEW平台下，通過VisualRHEO軟體控制儀器。可實現以任意恆剪切速率或活塞桿速度測量。雙孔料筒結構獨立採集分析每個孔所測得的試驗數據。可選各種專用的軟體。可選配多種測量單元：熔體拉伸試驗、口模膨脹、狹縫口模。PVT、半自動清洗等。Rheologic系列：最大力50kN；速度比1∶500000；活塞速度0.0024～1200mm/min。工作溫度50℃～450℃（選配500℃），有兩個PT100感測器控制。可快速更換的載荷感測器（范圍：1～50KN），壓力感測器范圍3.5～200MPa（圖3.3）。

圖3.3 毛細管流變儀

3.3.1.4 Haake RV20/D100高溫高壓黏度儀

Haake RV20/D100該高溫加壓旋轉黏度計的使用上限為203kPa（1400psi）和300℃，它由兩個固定在加熱器上的同軸圓筒組成。外筒用螺栓固定在加熱器（高壓釜）的頂部，內筒支承在滾珠軸承上（外筒通過軸承將內筒托住）。內筒或轉筒靠磁耦合與一個Rotovisco RV 20相連接。內筒作為轉子，釜外的驅動機構通過電磁耦合帶動內筒轉動；內筒通過電磁耦合將其所受的轉矩傳遞給釜外的驅動機構，使其轉過一個角度（圖3.4）。

圖3.4 Haake RV20/D100剪應力測試原理

可用計算機控制來自動描繪流變曲線。該儀器在0s^-1～1200s^-1范圍內可連續變化，並且自動進行數據分析。施加在轉軸上的扭矩可被反應靈敏的電扭力桿測得。測量電扭力桿扭轉的角度即為所施加的扭矩值。剪切應力可由扭矩值通過合適的剪切應力常數來計算得出。

3.3.1.5 美國Grace公司專利產品MODEL 7400/M7500

M7400流變儀包含250mL的漿杯總成，安裝在儀器加壓的測試釜體內，漿杯易於取出，方便漿杯裝樣和清洗。流變儀可配備不同的內筒/轉子（外筒）組合，提供了不同的測量間隙尺寸。轉子（外筒）按需要的速度圍繞內筒轉動，由於內筒和轉子（外筒）之間的環型區域內的液體被剪切，傳導到內筒上的扭矩用一個應力表類型的扭矩感測器測量（圖3.5）。

圖3.5 M7400流變儀

儀器加壓用一個空氣驅動液壓泵，礦物油作為壓力介質，連接到高壓泵上的可編程壓力控制器控制壓力的升壓和保壓，漿杯下的葉輪循環流動壓力油改善溫度控制效果，葉輪也用於提供均勻的樣品加熱效果，溫度控制採用一個連接到內部4000W加熱器和熱電偶的溫度控制器控制，漿杯中心內筒頂部的熱電偶用於測量實際樣品溫度，馬達驅動轉子（外筒）在一定速度范圍內轉動，樣品黏度根據測量出來的剪切應力和剪切速率計算出來。

M7500是專為復雜樣品進行簡單測試而設計的高溫、超高壓、低剪切、自動、數字流變儀。該儀器專利的測量機構設計消除了昂貴和易損的寶石軸承，可以進行大范圍的測量。由於它獨特的設計，使其便於維護並大大簡化了操作流程。基於微軟資料庫作為支持友好的用戶界面，測試結果自動化的壓力，速度和溫度控制，使實驗結果更加精確和一致，標準的API實驗可由觸摸式LCD屏幕或者在計算機上單擊滑鼠來實現（表3.5）。

表3.5 M7500技術參數

M7500與其他同類產品相比，測試時間短且更容易操作；它不含有易碎和昂貴的精密軸承，維修成本低；最先進的速度控制使得低剪切率測試成為可能，自動剪切應力校準在很大程度上簡化了操作程序。

3.3.1.6 Fann流變儀

（1）Fann稠度儀

Fann稠度儀是一種高溫高壓儀器，試驗的泥漿在套筒內承受剪切，其最高工作壓力和溫度分別為140MPa和260℃，其測量原理見圖3.6。它通過安裝在樣品釜兩端的兩個交替充電的電磁鐵產生的電磁力，使軟鐵芯作軸嚮往復運動。存在於運動鐵芯與樣品釜釜壁之間的環形間隙內的泥漿受到剪切，泥漿黏度越高，鐵芯運動越緩慢，從一端運行到另一端所用的時間也就越長，泥漿的相對黏度就用鐵芯的運行時間來衡量。Fann稠度儀不能測量絕對黏度，通常將其結果作為相對黏度。這是因為電磁鐵施加給鐵芯的是一個不變的力，使鐵芯在被測泥漿中從速度為零加速至終速度，在常用的泥漿中鐵芯不能總是勻速運動，因此不能按不變的或確定的環空剪率進行分析。在實際使用中，常用於測量水泥漿的稠度。

圖3.6 Fann稠度儀原理圖

（2）Fann 50C高溫高壓流變儀

Fann50C高溫高壓流變儀是高溫高壓同軸旋轉式黏度計，其最高工作壓力和溫度為7MPa和260℃，其剪應力測量原理如圖3.6。泥漿裝在兩個圓筒的環狀間隙里，外筒可用不同轉速旋轉。外同在泥漿中旋轉所形成的扭矩，施加在內筒上，使內筒轉過一個角度。測量這一角度，即可確定其剪應力值。測量數據用X-Y記錄儀以曲線形式輸出。其轉速可在1～625r/min范圍內無級調速。

Fann 50C早期產品由壓力油提供壓力，適合於作水基泥漿的高溫高壓流變性測試，壓力油對油基泥漿試驗結果影響較大。Fann 50C中期產品有兩種形式，既可由壓力油提供壓力，也可由高壓氮氣或空氣提供壓力。近期產品則只有由高壓氣源提供壓力一種形式。採用氣壓形式後，就不存在壓力油對泥漿污染和對測試結果的影響。

（3）Fann 50SL高溫流變儀

50SL是Fann 50C的改進型產品，它在Fann50C原有結構基礎上，新增加了壓力感測器，冷卻水電磁閥和遠程式控制制器（RCO），是一款高精度的同軸旋轉型黏度計，該儀器具有廣泛的通用性，可解決多種黏度測試問題或完成許多程序測試，Fann 50SL（圖3.7）可以測試特殊剪切速率下的流體的流變特性，如賓漢塑性流體和假塑性流體（包括冪律流體）和膨脹性流體，觸變性和膠凝時間也可以測試出來，實驗可以在剪切率、溫度和壓力精確控制的狀態下進行。

該黏度計可以測試出剪切力-剪切率值，也可得到在流變狀態下的剪率特性，通過選擇合適的扭簧、內筒和外筒可得到很寬的黏度測量范圍（量程從50到64000dyn/cm²之間的剪力范圍）。

最高溫度260℃，壓力7MPa（1000psi）條件下的測試。使用該儀器必須在連接遠程式控制制器和一台合適的電腦的條件下，其控制操作由儀器將感測器信號通過介面傳送到計算機，計算機再把正確的控制信號輸出給Fann 50SL。加熱、施壓和轉子速度的控制由專門軟體的輸入來控制。在各種剪切速率下的表觀黏度、時間依賴性、連續剪切和溫度效應引起的變化等可快速而准確地測定。50SL是一般流變特性，包括鑽井液高溫穩定性測定的理想儀器。唯一不足的是該控制軟體中不具備將曲線在列印機上輸出的功能。

（4）Fann 75流變儀

主要用來測量不同溫度、壓力和剪切速率下鑽井液的剪切應力、黏度。最高測量溫度為260℃，最高測量壓力為138MPa，儀器如圖3.8所示。

該儀器同其他「旋轉」式流變儀工作原理一樣，轉子/浮子組合如圖所示。

（5）Fann IX77流變儀

范氏IX77型全自動泥漿流變儀（圖3.9）是第一台在高壓（30000Psi）和高溫（316℃）的極端條件下測量流體流變性的全自動流變儀。另外，如果配上一個軟體控制的製冷器可以使實驗在室溫以下的溫度進行。

圖3.7 Fann 50SL高溫流變儀

圖3.8 Fann 75流變儀

該儀器是同軸圓筒測量系統，它使用一個精密的磁敏角度感測器來檢測內嵌寶石軸承的彈簧組合的角度，感測器系統可以校準到±1℃。電機轉速實現了0～640r/min無級調速的全自動控制。

儀器的特點在於藉助內嵌微電腦和巧妙的機械及電路設計而帶來的非常安全的傳動機構。它的軟體使儀器的操作、數據採集、輸出報告和報警功能自動進行，最大限度的擴展其應用范圍，給操作帶來較大的靈活性。

IX77禁止用於測試具有赤鐵礦、鈦鐵礦、碳酸鐵成分的或者含有磁性的活亞鐵成分的混合物、溶液、懸浮液和試劑的樣品。

其他高溫高壓流變儀如Chandler 7400（工作極限條件：140MPa和205℃）和Huxley Burtram（105MPa和260℃）與以上類型工作原理相似。

圖3.9 Fann IX77 流變儀

3.3.2 高溫高壓濾失儀

泥漿在鑽井時向地層滲濾是一個復雜的過程，影響因素較多，它包括在泥漿液柱壓力和儲層壓力之間的壓差作用下，發生的靜止濾失。包括在該壓差下，泥漿在流動狀態下的動濾失，這種流動是由泥漿循環時的返流和鑽柱旋轉時的旋流所引起，它對井壁過濾面產生沖刷作用，影響了滲濾的過程。

高溫高壓濾失儀是一種在模擬深井條件下，測定鑽井液濾失量，並同時可製取高溫高壓狀態下濾失後形成的濾餅的專用儀器。溫度和壓力在濾出液控制中起著很大的作用。

3.3.2.1 海通達高溫高壓濾失儀

（1）GGS系列（圖3.10；表3.6）

圖3.10 GGS-71型高溫高壓濾失儀

表3.6 GGS系列儀器參數

其中GGS42-選用單孔單層活網鑽井液杯，濾網目數50。

GGS42-2和GGS71-A使用不銹鋼外殼，添加特殊保溫層，熱傳遞效率高，選用通孔單層活網鑽井液杯，濾網目數50；GGS42-2A和 GGS71-B使用不銹鋼外殼，添加特殊保溫層，熱傳遞效率高，選用通孔單層活網鑽井液杯，濾網目數60，有獨立溫度控制系統，採用國外先進的電子溫控器。

（2）HDF-1型高溫高壓動態濾失儀

HDF-1型高溫高壓動態濾失儀克服了靜態濾失儀的不足，使測試結果更加接近井下實際情況。該儀器由電機驅動的主軸帶動杯體內的螺旋葉片對鑽井液進行攪拌。通過SCR控制器控制變速電機，數字顯示主軸轉速（表3.7；圖3.11）。

表3.7 儀器的主要技術參數

圖3.11 HDF-1型濾失儀

3.3.2.2 OFI公司高溫高壓動態全自動失水儀

OFITE高溫高壓動態失水儀在動態鑽井條件下測量濾失特性。馬達驅動裝配有槳葉的主軸在標准500mL HTHP泥漿池中旋轉，轉速設置范圍為1～1600r/min，模擬鑽井液高溫高壓池中以層流或紊流形式流動。測試方式完全和標準的高溫高壓濾失儀一樣，唯一的差異為濾出物收集時鑽井液在高溫高壓池中流動循環。由於濾失介質為普通的圓盤（disk）材質，因此測定結果跟別的或以往的有充分的可比性，該儀器能夠和電腦相連，並自動畫出曲線。最高壓力8.6MPa，最高溫度260℃（圖3.12）。

圖3.12 OFI高溫高壓動態濾失儀

技術特徵：①一款分析轉動中鑽井液的真正循環濾失儀；②變速馬達，1/2Hp永久磁鐵，直流；③池頂帶蓋得以輔助管路連接，移去堵頭，可以添加額外的鑽井液添加劑；④安全校正的防爆片，保證過壓安全；⑤馬達和轉動主軸轉動轉速操作保證1∶1；⑥可調螺旋槳改變到濾失介質距離；⑦可調熱電偶溫度38～260℃；⑧可選的濾失滲透性濾片；⑨500mL容積的不銹鋼高壓池。

3.3.2.3 美國Fann高溫高壓動態全自動失水儀

Fann90高溫高壓動態失水儀使用人造岩心濾筒，濾液從岩心濾筒側壁濾出，能很好地模擬鑽進過程中鑽井液從井壁濾失的過程，不但能測試在一段時間內累積的濾液量，而且可以繪制濾液隨時間變化的濾失曲線。Fann90的最高工作壓力可達17.2MPa，最高工作溫度260℃。該儀器可與電腦和列印機連接，自動化程度高，操作方便，是當前最先進的高溫高壓動態失水儀（圖3.13）。

圖3.13 Fann90 高溫高壓動失水儀

3.3.2.4 LH-1型鑽井液高溫高壓多功能動態評價實驗儀

「抗高溫高密度水基鑽井液作用機理及性能研究」的多功能動態評價實驗儀，是一種鑽井液用智能型多功能動態綜合評價實驗儀。該儀器能模擬鑽井過程中的井下情況評價鑽井液性能，並將鑽井液多項高溫高壓性能評價實驗集於一體，達到一儀多用的目的（圖3.14）。

圖3.14 鑽井液多功能動態綜合測試儀實物圖

該儀器可以進行高溫高壓靜/動態濾失、高溫高壓鑽屑分散、高溫高壓動態老化等若干項實驗，採用電腦工控機控制實驗過程，實時顯示實驗狀態、自動採集、處理、顯示實驗數據，實現智能化實驗操作。

儀器主要技術指標：工作溫度0～300℃；工作壓力0～40MPa；轉速0～1200r/min，無級調速；釜體容積800mL；冷卻速率200℃～室溫/10min。

3.3.3 高溫滾子爐

溫度的影響對鑽井液在鑽井內的循環是非常重要的。熱滾爐的作用是評定鑽井液循環與井內時溫度對鑽進的影響。

高溫滾子爐包括爐體、滾筒及滾筒帶動的陳化釜。陳化釜設有一釜體，釜體上部設有釜蓋，釜體與釜蓋之間設有密封蓋，釜蓋上垂直於釜蓋設有壓緊螺栓，將密封蓋與釜體壓緊。密封蓋與釜體之間設有密封環，所述的密封環為四氟乙烯材質。覆蓋上設有排氣閥，排氣閥穿過密封蓋與釜腔相通，排氣閥兩端設有O型密封圈，密封圈為四氟乙烯材質。釜蓋與釜體上設有支撐環，支撐環為四氟乙烯材質，爐門邊緣設有密封墊，密封墊為四氟乙烯材質。該滾子爐耐高溫、密封效果好，而且體積小、安全系數高，便於使用。

3.3.3.1 青島海通達XGRL-4高溫滾子爐

滾子爐是一種加熱、老化裝置。採用微處理器智能控制技術，直接設定，數字面板顯示，並可進行偏差指示。適用范圍為50～240℃，滾子轉速為50r/min（圖3.15）。

圖3.15 XGRL-4型高溫滾子爐

該滾子爐採用鋼架結構、硅酸鋁保溫層、不銹鋼外殼；滾筒採用優質金屬材料滾筒和框架、四氟石墨軸承，重量輕、轉動平穩；其加熱系統採用兩根700W加熱管加熱；動力系統由大功率調速電機鏈帶動滾子轉動，傳動平穩可靠、噪音低；溫控部分採用智能儀表設定、顯示和讀出，恆溫准確，溫度超限自動斷開加熱電源，並發出聲光報警。定時部分定時關機。

3.3.3.2 OFFIE 滾子爐

美國OFI公司，五軸高溫滾子爐。適用范圍為50～300℃，滾子轉速為50r/min（圖3.16，圖3.17）。

圖3.16 OFFIE滾子爐

圖3.17 老化罐

3.3.3.3 Fann 701滾子爐

美國Fann公司的Fann 701型五軸高溫滾子爐，適用范圍為50～300℃，滾子轉速為50r/min（圖3.18）。

圖3.18 Fann滾子爐

3.3.4 其他高溫高壓評價儀器現狀

3.3.4.1 高溫高壓堵漏儀

高溫高壓堵漏儀主要是用來模擬高溫高壓條件下進行堵漏材料實驗，對一套泥漿系統既可以做填砂床實驗又可以做縫板實驗，還可以做岩心靜態污染實驗以及測量堵漏層形成後抗反排壓力的大小。如：JHB高溫高壓堵漏儀由加壓部分、加溫部分、縫板模擬部分等組成。參看圖3.19～圖3.22。

圖3.19 高溫高壓堵漏儀實物圖

圖3.20 高溫高壓堵漏儀結構圖

圖3.21 實驗縫板實物圖

圖3.22 實驗用滾珠及套筒實物圖

3.3.4.2 高溫高壓膨脹儀現狀

膨脹儀是評價黏土礦物膨脹性能的重要試驗儀器，主要用於防塌泥漿及處理劑的研究方面。通過電腦回執曲線可准確測定泥頁岩試樣在不同條件下的膨脹量和膨脹率。用以評價不同的防塌處理對頁岩泥水化的抑制能力，並針對不同的地層及不同組分的泥頁岩選擇適用的處理劑，以控制、削弱泥頁岩的水化膨脹進而防止可能出現的坍塌、卡鑽等事故的發生。

常溫常壓膨脹儀不能模擬井下條件下黏土的膨脹情況和加入黏土抑制劑後對黏土的防膨脹效果。

（1）HTP-C4高溫高壓雙通道膨脹儀

HTP-C4型高溫高壓單通道膨脹量儀，能較好模擬井下溫度（≤260℃）和壓力（≤7MPa）條件下，測試頁岩的水化膨脹特性，為石油鑽井井壁穩定性研究、評價和優選防塌鑽井液配方提供了一種先進的測試手段。HTP-C4型頁岩膨脹儀採用非接觸式高精度感測器，電腦監控記錄，性能穩定，測試范圍大，無漂移，通電即可使用，兩個樣品可同時測量（表3.8；圖3.23）。

表3.8 儀器的主要技術參數

圖3.23 HTP-4型高溫高壓單通道膨脹儀

（2）JHTP非接觸式高溫高壓智能膨脹儀

高溫高壓膨脹儀雖然能模擬井下溫度和壓力條件，但其使用的是接觸式線性位移感測器，這種接觸式感測器受膨脹腔結構的影響，在高壓密封和位移之間產生矛盾，使黏土的線性膨脹量不能得到真實的反映，因為增大了試驗誤差。

圖3.24是一種非接觸式高溫高壓智能膨脹儀結構圖。它由加熱體、實驗腔體、腔蓋、腔體、腔身、圓鐵餅、非接觸式位移感測器、試驗液體加入口、加壓孔、前置器、數據採集器及輸出設備組成。它是利用非接觸式位移感測器與圓鐵餅之間的距離隨黏土餅膨脹時提高變化而變短，而改變感測器的輸出電壓，使數據採集器得到實驗參數，達到在室內評價黏土礦物的膨脹性能。克服了現有膨脹儀不能真實和准確地描述井下條件黏土的膨脹情況、實驗誤差大、加入抑制劑後對黏土的防膨脹效果不能預計的問題。結構簡單，操作方便，實驗數據准確。

圖3.24 JHTP非接觸式智能膨脹儀結構

3.3.4.3 高溫高壓黏附儀

該儀器可測定鑽井液在常溫中壓（0.7MPa）及在常溫高壓（3.5MPa）條件下濾失後形成濾餅的黏附性能，同時還可測試鑽井液樣品在高溫（～170℃）高壓（3.5MPa）條件下濾失後形成濾餅的黏附性能。黏附盤加壓方式為氣動（圖3.25）。

3.3.4.4 高溫高壓腐蝕測定儀

OFI高溫高壓腐蝕測試儀是用於測試金屬試樣在高溫高壓動態條件下對各種腐蝕液體的反應速率。該系統主要由壓力釜、控制儀表及閥門、樣品支架和試樣玻璃器皿組成。

壓力釜採用特製的合金鋼材料，最大工作壓力34.5MPa，最高溫度可達204.4℃。壓力釜及內部樣品由熱電偶加溫。加熱速率范圍為2.5℉/min到3℉/min。機箱內包括一個馬達用以搖動測量支架，一台高壓泵用於提供系統壓力。系統設有安全裝置，包括安全警報等。

圖3.25 GNF-1型黏附儀

⑺ 現代自動檢測技術的發展現狀及趨勢

現代自動檢測技術的發展現狀及趨勢
梁森，歐陽三泰，王侃夫.自動檢測技術及應用.北京：機械工業出版社，2006.
趨勢：
隨著半導體和計算機技術的發展，新型或具有特殊功能的感測器出現，檢測裝置也向小型化、固體化及智能化發展，應用領域更加寬廣。
1、不斷提高監測系統的測量精度、量程范圍、延長使用壽命、提高可靠性
科學技術的發展要求測量系統有更高的精度。近年來，人們研製出許多高精度的檢測儀器以滿足各種需求。例如，用直線光柵測量直線位移時，測量范圍可達二三十米，而解析度可達到微米級；人們已經研製出測量低至幾個帕的微壓力和高達幾千兆帕高壓的；力感測器；開發了能夠測出極微弱磁場的磁敏感測器等。
從20世紀60年代開始，人們對感測器的可靠性和故障率的數學模型進行了大量的研究，使得監測系統的可靠性和使用壽命大幅度提高。
2、應用新技術和新的物理效應，擴大檢測領域
檢測原理大多以各種物理效應為基礎，近代物理學的進展如納米技術、激光、紅外、超聲波、微波、光纖、放射性同位素等新成就為檢測技術的發展提供了更多的依據。如圖像識別、激光測距、紅外測溫、C型超聲波無損探傷。放射性測厚。中子探測爆炸物等非接觸測量得到迅速發展。
20世紀70年代以前，檢測技術主要用於工業部門，如今，檢測領域正擴大到整個社會需要的各個方面，不僅包括工程、海洋開發、航空航天等尖端科技和新興工業領域，而且已涉及生物、醫療、環境污染監測、危險品和毒品的偵查、安全檢測等方面，並且已經開始滲入到人們的日常生活設施之中。
3、發展集成化、功能化的感測器
隨著半導體集成電路技術的發展，硅和砷化鎵電子元件的高度集成化大量向感測器領域滲透。人們將感測技術與信號處理電路製作在同一塊矽片上，從而研製體積更小、性能更好、功能更強的感測器。例如，高精度的PN結測溫集成電路；又如，將排成陣列的上千萬個光敏元件及掃描放大電路製作在一塊晶元上，製成彩色CCD數碼照相機、攝像機以及可攝像的手機等。今後還將在光、磁、溫度、壓力等領域開發出新型的集成度很高的感測器。
4、採用計算機技術，使檢測技術智能化
自20世紀70年代微處理器問世以來，人們迅速將計算機技術應用到測量技術領域中來，使檢測儀器智能化，從而擴展了功能，提高了精度和可靠性，目前研製的測量系統大多帶有微處理器。
5、發展網路化感測器及檢測系統
隨著微電子技術的發展，現在已經可以將十分復雜的信號處理和控制電路集成到單塊的晶元中去。感測器的輸出不再是模擬量，而是符合某種協議格式（如可即插即用）的數字信號。從而可以通過企業內部網路，也可以通過網路實現多個系統之間的數據交換和共享，從而構成網路化的檢測系統。還可以遠在千里之外，隨時隨地瀏覽現場工況，實現遠程調試、遠程故障診斷。遠程數據採集和實時操作。
現狀：
在機械製造業中，通過對機床的許多靜態、動態參數如工件的加工精度、切削速度、床身振動等進行在線檢測，從而控制加工質量。在化工、電力等行業中，如果不隨時對生產工藝過程中的溫度、壓力、流量等參數進行自動檢測，生產過程就無法控制甚至產生危險。在交通領域，一輛現代汽車的感測器就有十幾種之多，分別用以檢測車速、方位、負載、振動、油壓、油量、溫度、燃燒過程等。在國防科研領域，例子更舉不勝舉，很多尖端的檢測技術就是因國防工業需要而發展起來的，例如，研究飛機的強度時，需在機身、機翼貼上上百個應變片並進行動態測量；在導彈。衛星的研製中，必須對每一個部件進行強度和動態特性的檢測、運行姿勢的測量等。近年來，隨著家電市場的興起，自動檢測技術也進入人們的日常生活中，例如，自動檢測並調節房間溫度、濕度的空調機；自動檢測衣服污度和重量，利用模糊技術的智能洗衣機等。
模糊洗衣機
能自動判斷衣服的重量、布料質地、骯臟程度來決定水位的高低、洗滌時間、攪拌與水流方式、脫水時間等，將洗滌控制在最佳狀態。見圖為模糊洗衣機的模糊推理。
（1）布量和布質的判斷 不同的布質（）和布量
（2）水位判斷 壓力感測器
(3)水溫判斷 半導體
(4)水的渾濁度判斷 紅外光電對管
作用
金偉等編著，現代檢測技術.北京：北京郵電大學出版社，2006.
趨勢：
1、 軟測量技術
科技的進步和生產規模的擴大以及工藝的日漸復雜，給自動檢測和控制提出了更高的要求，人們迫切需要找到一種新的技術來滿足生產過程的檢測和優化控制的需要。軟測量技術(Soft SensingTechniques)被認為是目前最具吸引力和卓有成效的新方法。其主要包括三部分內容：第一，根據某種最優化原則研究建立軟測量數學模型的方法，這是軟測量技術的核心。主要方法有機理建模方法和辨識建模方法。辨識建模方法包括動態模型的間接辨識，靜態模型的回歸分析法辨識，採用模糊邏輯和神經網路以及二者結合的非線性建模。第二，模型實時運算的工程化實施技術，這是軟測量技術的關鍵。包括現場數據的採集和處理，軟測量模型結構的選擇，模型參數的估計等。第三，模型自校正技術，這是提高軟測量准確度的有效方法，包括在線自校正和模型的離線更新技術等。
軟測量技術為生產的優化控制提供了新的有用信息，今後將在實踐中取得更大的成果。
2、 模糊感測器
模糊邏輯控制（Fuzzy Logic Control,FLC）作為一種新穎的高級控制方式，成為智能控制的一個重要分支。模糊控制技術的理論基礎是模糊數學和模糊邏輯理論。模糊理論是建立在人類思維的基礎上，能很好的表達事物的模糊性質。傳統的感測器雖然有高精度、無冗餘的優點，但也存在提供的信息簡單，難於描述涉及人類感覺信息和某些高層邏輯信息的問題。模糊感測器可以說在經典感測器數值測量的基礎上具有經過模糊推理和知識集成、以自然語言符號的描述形式輸出的感測器，能夠對模糊事物進行識別和判斷，可以應用在傳統感測器無法處理的場合。
賀良華主編，現代檢測技術。武漢：華中科技大，2008
趨勢：
研究開發仿生感測器
自然界中的許多生物有著超乎尋常的能力，如，狗的嗅覺是人類的一百多倍，鳥的視覺是人的50到60倍，蝙蝠、海豚的聽覺相當靈敏。所有這些動物的感官的、性能，是今後研究仿生感測器（如視覺感測器、聽覺感測器、嗅覺感測器等）的努力方向。
現狀：
電力、石油、化工、機械等行業的一些大型設備通常在高溫、高壓和大功率狀態下運行，保證這些設備安全運行在國民經濟中有著重要意義。為此，為此經常設置故障監測系統以對溫度、壓力、流量、轉速、振動和雜訊等多種參數進行長期動態監測，以便及時發現異狀，加強故障防禦，達到早期診斷的目的。這樣做可以避免突發事件，保證人員和機器的安全，提高經濟利益。即使設備發生故障，也可以從檢測的數據中找出故障原因，縮短檢修周期，提高檢修質量。

⑻ 管道檢測機器人的發展現狀及其趨勢

工 業 設備中大 量 的細小 管 道經 過 長 時 間 的使 用後 ， 會 出現各種 各樣的 缺陷 ， 給生產 和 生 活 帶 來 安全 隱患。 由於 對 細 小 管 道 的檢 修 與 維 護 比較 困 難 ， 所 以 對管道進 行檢 測 和 維 修的 管道檢 測機器 人的 需 求 日 益 增 加。 通過對 國內 外管道檢 測機器人研 究現狀 分析 ，總體 看來 ，國內 外已 經 在管內作 業機 器人 領域 取得 了大量 的成果，主要 應 用 在 管 道 檢測 、 維修 等 方面 。國 外有 名的有德國 I pa k ， 國 內 做的好 的 品 牌 有武 漢 中儀 。

⑼ 計算機視覺技術國內 國外發展歷史及現狀

1研究現狀及存在的問題
水果實時分級系統主要功能是水果外部品質和內部品質的自動檢測。水果的外部品質檢測的項目有大小、形狀、顏色、表面缺陷等，內部品質無損檢測的項目為水果的硬度、糖含量、酸度、口味及某些內部缺陷等。
1.1水果外部品質的自動檢測
水果的尺寸和顏色檢測技術已比較成熟，且在國外已經實現自動化檢測，在國內也有按重量或尺寸分級的系統。但果面的缺陷檢測卻一直成為水果實時分級的障礙。
果面缺陷檢測的技術比較復雜，目前存在以下幾方面難題。
1.1.1對水果整個表面進行實時視覺檢測比較困難
在水果分選生產線上，輸送機構輸送水果並把水果整個表面呈現給攝像機，這是水果實時分級系統比較關鍵的組成部分，因為當水果通過時，要求視覺系統能快速檢查每個水果的全部果面，即使很小的缺陷面積，也會使得水果級別發生很大變化。同時，設計的視覺分級系統必須滿足高生產率的要求。在這方面，國外學者（Growe,1996,Tao,1996)［1，2］採用滾子輸送帶使水果一邊移動一邊自身轉動，從而使安裝在輸送帶上方的攝像機能採集到水果的多個面的圖像，達到全表面檢測的目的。但由於水果大小和形狀不規則，造成水果旋轉速度不一致且難以保證按同一軸線旋轉。此外，水果旋轉兩端的表面部分攝像機無法採集到，因此，分級誤差較大。
1.1.2快速而准確地測定水果表面的各種缺陷且與梗、萼凹陷區正確區分比較困難
Miller等(1991)［3］對桃子的分選試驗表明：因不能正確區分水果表面的缺陷和梗、萼凹陷區，由此產生的分級誤差為25％左右。Rehkugler等（1986）［4］利用機械定向機構使蘋果梗、萼處於垂直方向並繞梗萼軸旋轉，CCD線掃描攝像機可掃描蘋果的整個表面且形成一幅圖像，該方法的特點是由機械定向機構定位水果梗、萼區，攝像機對此區不需要再檢查。但因為受定向機構速度的限制，還達不到實時分級的速度，試驗結果為每分鍾選30個蘋果。Yang(1996)［5］利用結構光圖像與散射光圖像相結合來區分梗、萼區和缺陷區，綜合兩方面圖像處理的結果，共抽取16個特徵參數，再利用BP神經網路區分蘋果的梗、萼區和缺陷區，分辨精度為95％，但還需要進一步把試驗結果應用於實際水果分選生產線中。Growe等（1996）［1］採取在780 nm附近帶域內，用結構光由一黑白攝像機進行水果表面的凹陷度檢測；在750 nm帶域內的散射光照射下，由一黑白攝像機進行水果表面的可疑缺陷區檢測。水果的輸送旋轉裝置及攝像機布置如圖1a所示，採用的雙錐滾筒輸送帶可使水果一方面沿水平方向作平移運動，另一方面又繞自身水平軸作旋轉運動。兩個黑白CCD攝像機用來採集750 nm附近的散射光圖像和780 nm附近的結構光圖像，水果旋轉一周攝取兩次圖像。兩個黑白攝像機採集的圖像經過設計的介面電路後，被合成為一幅黑白圖像，合成過程如圖1b所示。圖像的處理由流水線圖像處理系統完成。試驗結果表明：每個水果採集兩幅圖像時，缺陷檢測的速度可達5個/s，但誤差較大，如對於蘋果，碰傷檢測的准確率僅為51％。試驗表明，要想得到較高的檢測精度，每個水果應採集5幅以上的圖像，結構光至少6條以上。此外，由於水果尺寸不同所造成各個水果旋轉速度的不一致，也是產生測量誤差的原因。徐娟（1997）［6］及Nakano(1997)［7］利用人工神經網路法對缺陷區和梗萼區進行區分，試驗表明神經網路的區分准確率較低。在果面各種缺陷的快速檢測方面，Throop(1997)［8］等人研究了多光譜測量技術，對10個品種的蘋果的22種缺陷，在460～1 030 nm光譜范圍內，每隔10 nm試驗測定了它們的反射光譜特性，其中對3種蘋果同一種缺陷測量的結果如圖2所示。圖中縱坐標的馬氏距離反映了水果缺陷區與正常區反射強度的差別程度，距離越大，兩者差別越大。由圖中曲線可看出：在中心為540 nm、740 nm、1 030 nm三波段附近，3種蘋果同一缺陷與正常區的反射強度的差別表現為最大或最小值，最後通過對3個波段的圖像進行簡單的減法和閾值處理，即可得到檢測的缺陷，下一步應考慮實際應用的實現。

(a)(b)

圖1圖像採集布置圖與圖像合成示意圖

(a)輸送裝置及攝像機布置(b) 圖像合成示意圖

圖23種蘋果同一缺陷在460～1 030 nm
范圍內與正常區反射強度的差別情況

1.1.3球形水果表面引起光照強度在投影面內呈曲面分布，以及二維圖像上的透視區域與水果實際表面存在的畸變，給圖像的缺陷檢測帶來困難和造成誤差
Tao(1996)［2］提出的球形變換法很好地解決了第一個問題。基本思想如圖3所示：帶缺陷的原始物體圖像（OOI）與該物體反表面無缺陷的圖像(IOI)相加得到變換後的物體圖像（TOI），此圖像具有平面物體圖像的性質，而缺陷區低於該平面，然後經過簡單閾值處理即可得缺陷區。何東健（1997）［9］提出了缺陷透視圖像面積發生畸變的校正方法，但對復雜形狀的缺陷區進行校正，還存在一定的困難。Nakano(1997)［7］利用一旋轉平台使水果旋轉，每旋轉18°CCD攝像機採集一幅圖像，蘋果旋轉一周可得20幅圖像，為消除蘋果球面面積的畸變，每幅圖像只保留中間13 cm寬度的幅面，再全部合成一幅蘋果整個表面的展開圖像，此法非常有效，但在分選生產線上實現比較困難。

圖3球形變換方法

1.1.4傳統的圖像處理及模式識別演算法的速度不適合實時分選線的要求
國外一般採用高速圖像處理硬體與簡單有效的圖像處理軟體相結合的途徑，來實現水果的實時分級。如Yang(1996)［5］利用的是Transputer系統、結構光法和洪水演算法；Growe等(1996)［1］研製的系統，圖像的大部分工作由流水線圖像處理硬體系統完成；Tao(1996)［2］採用的是專用Merlin圖像處理系統和簡單有效的球形變換法，研製的蘋果分選系統已應用到水果分選生產線上，其分選速度可達3 165個/min。國內研究者（劉禾，1998，徐娟，1997，楊秀坤，1997，何東健，1997）［6，9～11］大多利用一般的微機和圖像採集卡，開發了一些圖像處理和模式識別的新演算法，如把人工神經網路、模糊理論、遺傳演算法、圖像形態學、分形理論、小波理論及人工智慧理論用於圖像特徵的抽取和識別。但由於圖像處理的硬體速度太低，故只能限於靜態水果圖像分選的演算法研究。此外，水果分級的演算法應具備人工分級的一些優良性能，如學習與記憶功能，因為目前的一些分級演算法的訓練樣本都比較少，而要分級的水果品種多變且量大。
1.2水果內部品質無損檢測
反映水果內部品質的主要指標有硬度、糖含量、酸度、口味及內部缺陷等。目前國內外研究的主要方法和存在的問題如下。
1.2.1水果的硬度檢測
水果的硬度可間接反映水果的成熟度、運輸中的抗損壞性、儲藏期等。目前用於水果硬度檢測的方法主要有變形法和聲學法。
變形法就是在一定時間內給水果施加一定的動態力或沖擊力，然後根據測得的變形量確定水果的硬度。如Schmilovitch等（1995）［12］研製成功了棗子硬度自動檢測系統，其原理是把棗子放在兩平板之間，在上面板施加5～8 N的動態力，根據所測變形量的大小把棗子分成4個硬度等級。Delwiche(1991)［13］利用沖擊法研製了蘋果硬度自動檢測系統，發現沖擊力會造成蘋果表面的輕微損傷。變形法只能測量水果表面的局部硬度，實際上，水果表面硬度變化較大，故限制了變形法的應用。
聲學法包括聲波脈沖響應法和超聲波法，聲波脈沖響應法（20～1 500 Hz）就是利用一麥克風測量受輕微敲擊水果的聲波強度，由此確定水果的硬度。Armstrong等（1993）［14］試驗研究了所測聲波強度與水果硬度的關系，發現二者有很好的相關關系。此法的優點是簡單、無損，且能反映水果的整體硬度，缺點是必須注意周圍雜訊的絕緣及機械振動的消除，此外水果形狀也影響測量精度。超聲波(＞20 000 Hz)法是根據超聲波在水果等介質中傳播時，能量衰減系數的大小來確定水果硬度。但由於水果內部含有較多氣隙且各向異性，故超聲波很難穿透整個水果。
1.2.2糖含量、酸度、口味的自動檢測
糖含量、酸度比較有潛力的檢測方法是近紅外法（NIR）和磁共振法（MR）。近紅外法又分穿透法、反射法和部分穿透法，部分穿透法原理如圖4所示。穿透法對水果不適應，反射法一般用於水果表面特徵的檢測，因此常用的方法是部分穿透法。由圖4可看出，在部分穿透法中，光線經過的路徑比穿透法短，且入射光線與接收器有一夾角，此夾角的確定對測量起關鍵作用，此外二者之間必須加一隔板。884 nm和834 nm測得量的比值已用於桃子、蘋果（Slaughter ，1995）［15］糖含量的自動測定。Slaughter等（1996）［16］對西紅柿，在400～1 100 nm的光譜范圍內進行部分穿透性測量試驗，結果表明：800～1 000 nm范圍的信息對糖含量的確定最有用，測得的相關系數r＝0.92, 但酸度測量比較困難。Mizrach(1997)［17］利用超聲波法試驗研究了超聲波衰減系數和芒果硬度、糖含量、酸度的關系，但其超聲波測量探頭必須與果面接觸，故限制了在線的應用。因此，利用近紅外多光譜技術測定水果內部糖含量及其他成分是很有前途的，為達到實時應用的目的，應進一步確定最合適的一兩個波段並與計算機視覺技術結合。磁共振及磁共振成像（MRI）技術也是測定水果內部成分的有效方法，其依據是物質內部的某些原子核（H、C、P等）在外部磁場作用下，可與射頻區域的電磁波輻射相互作用。Chen等(1996)［18］利用此法對鱷梨的成熟度和鮮杏梅的糖含量進行了一些研究，得到了較好的結果。此法的主要缺點是設備昂貴。

圖4部分穿透法

與水果的口味相關的化學成分主要是可揮發性芳香化合物，當水果成熟時，就會在周圍空氣中散發這種揮發性芳香氣體。Benady等（1995）［19］研製的電子感測器可以測量這種氣體的濃度。
1.2.3水果內部缺陷的檢測
西瓜的內部空心用超聲波檢測已比較成熟。其他缺陷的檢測，目前國外正研究利用X射線法、磁共振和磁共振成像技術等方法測量，因成本高及安全性等問題，故很難在農業中推廣應用。

2研究的途徑及方向探討
水果實時分級系統的進一步研究應從兩方面入手，一方面要加快水果外部品質的計算機視覺實時分選技術的研究；另一方面也要進行水果內部品質的無損檢測技術的研究。因為水果分級的主要目的是選出高質量的水果，故水果內外品質的檢測技術都十分重要。
在水果的外部品質檢測方面，應進行多種技術集成的應用研究。
（1） 對於水果整個表面機器視覺快速檢測的問題，可採用機械與光學技術相結合，設計合理的傳送機構，既保證水果在傳送帶上比較平穩地移動，又可由視覺系統快速檢測到水果的全部表面。盡量減小因水果不規則運動造成的分級誤差、損傷及圖像的模糊。
（2） 對於果梗、萼區與缺陷的檢測與視覺區分方面，應採用多光譜技術與機器視覺技術相結合，研究水果圖像上可疑缺陷區的關鍵特徵參數的抽取方法，得到簡單、有效、快速的圖像處理和識別方法。
（3） 在球形果面造成的光反射強度呈曲面分布及曲面成像面積的畸變問題，可從光照設計、圖像合成及軟體補償3方面綜合考慮。光照的充分設計可解決第一個問題；多幅圖像的有效合成，可解決畸變問題。我們通過試驗表明：一個水果至少應採集5幅圖像，然後再合成為一幅，可基本保證水果整個表面上缺陷的有效檢測，以避免畸變誤差。軟體補償的方法必須簡單而有效，以適合高速的要求。
（4） 在實時系統的圖像處理器硬體設計方面，首先應採取先進的並行CPU晶元，如TMS320C80等；其次處理板的設計應與視覺系統結合起來考慮，如採集多路視覺信號的合成問題，機械機構與視覺系統的同步電路設計等。當然，也可引進國外比較成熟的高速圖像處理主板，而其他技術可由國內自行開發，這樣可以加快國內水果實時分級系統實現自動化的步伐。
（5） 在圖像處理和識別的軟體設計方面，應把傳統方法與現代新方法（神經網路，並行演算法，遺傳演算法，模糊技術，人工智慧，圖像形態學，分形學，小波變換等）結合起來，改變傳統圖像信息的超數據量表達方式，尋求圖像表達與解釋的新方法，力求圖像處理和識別演算法的快速性、有效性及魯棒性。
在水果內部品質檢測方面，聲學振動法是實現硬度自動檢測的有效方法，但應設法消除影響測量精度的因素，並進行在生產線上的應用開發；近紅外局部投射法和磁共振法是水果糖含量、酸度等內部成分自動檢測的有效方法。在國內，近紅外局部投射法更有應用前景，應進一步研究其通用性、穩定性和實用性；內部缺陷的無損檢測應進一步研究新原理和新方法，應採取自己開發和從國外引進相結合的方式。此外，應進行多種感測器測量信息集成技術的研究，這是水果內外品質實現實時自動檢測與分級的有效途徑。

3結語
利用各種現代技術的高度集成，在水果分選生產線上同時完成水果內外品質的檢測與分級是將來進一步研究的方向和目的。隨著科學技術的飛速發展，在我國近期有望實現農產品品質的自動化檢測與分級。