綜觀科學上的重大發(fā)現(xiàn)，往往是由于新的觀測手段的發(fā)明而開展起來的。以物理學諾貝爾獎金獲得者為例，百分之五十的工作是得益于新的儀器或測試手段的發(fā)明創(chuàng)造。儀器儀表也是實現(xiàn)信息的獲取、轉換、存貯、處理和揭示物質運動的必備工具，儀器儀表裝備水平在很大程度上反映出一個國家的生產力發(fā)展和現(xiàn)代化水平。
一、 儀器儀表發(fā)展概況
50年代初期，儀器儀表取得了重大突破，數(shù)字技術的出現(xiàn)使各種數(shù)字儀器得以問世，把模擬儀器的精度、分辨力與測量速度提高了幾個量級，為實現(xiàn)測試自動化打下了良好的基礎。
60年代中期，測量技術又一次取得了進展，計算機的引入，使儀器的功能發(fā)生了質的變化，從個別電量的測量轉變成測量整個系統(tǒng)的特征參數(shù)，從單純的接收、顯示轉變?yōu)榭刂啤⒎治觥⑻幚?、計算與顯示輸出，從用單個儀器進行測量轉變成用測量系統(tǒng)進行測量。
70年代，計算機技術在儀器儀表中的進一步滲透，使電子儀器在傳統(tǒng)的時域與頻域之外，又出現(xiàn)了數(shù)據(jù)域（Data domain）測試。
80年代，由于微處理器被用到儀器中，儀器前面板開始朝鍵盤化方向發(fā)展，過去直觀的用于調節(jié)時基或幅度的旋轉度盤，選擇電壓電流等量程或功能的滑動開關，通、斷開關鍵已經消失。測量系統(tǒng)的主要模式，是采用機柜形式，全部通過IEEE-488總線送到一個控制器上。測試時，可用豐富的BASIC語言程序來高速測試。不同于傳統(tǒng)獨立儀器模式的個人儀器（Personal instrument）已經得到了發(fā)展。
90年代，儀器儀表與測量科學進一步取得重大的突破性進展。這個進展的主要標志是儀器儀表智能化程度的提高。突出表現(xiàn)在以下幾個方面。
1． 微電子技術的進步將更深刻地影響儀器儀表的設計；
2． DSP芯片的大量問世，使儀器儀表數(shù)字信號處理功能大大加強；
3． 微型機的發(fā)展，使儀器儀表具有更強的數(shù)據(jù)處理能力；
4． 圖像處理功能的增加十分普遍；
5． VXI總線得到廣泛的應用。
二、 國外儀器儀表發(fā)展特點
1． 新技術的應用
目前普遍采用EDA（電子設計自動化）、CAM（計算機輔助制造）、CAT（計算機輔助測試）、DSP（數(shù)字信號處理）、ASIC（專用集成電路）及SMT（表面貼裝技術）等。
2． 產品結構變化
注重性能價格比。在重視高檔儀器開發(fā)的同時，注重高新技術和量大面廣產品的開發(fā)與生產。
注重系統(tǒng)集成，不僅著眼于單機，更注重系統(tǒng)、產品軟化，隨著各類儀器裝上了CPU，實現(xiàn)了數(shù)字化后，軟件上投入了巨大的人力、財力。今后的儀器歸納成一個簡單的公式：儀器=AD/DA+CPU+軟件，AD芯片將模擬信號變成數(shù)字信號，再經過軟件處理變換后用DA輸出。
3． 產品開發(fā)準則發(fā)生了變化
從技術驅動轉為市場驅動，從一味追求高精尖轉為"恰到好處"。開發(fā)一項成功產品的準則是，用戶有明確的需求；能用最短的開發(fā)時間投放市場；功能與性能要恰到好處；產品開發(fā)準則的另一變化是收縮方向，集中優(yōu)勢。
4． 生產技術注重專業(yè)生產，不搞大而全
生產過程采用自動測試系統(tǒng)。目前多以GP-IB儀器組建自動測試系統(tǒng)。生產線上盡是一個個大的測試柜，快速地進行自動測試、統(tǒng)計、分析、打印出結果。
三、 國外儀器儀表發(fā)展趨勢
1． 自動化儀表的發(fā)展趨勢
工業(yè)自動化控制儀表主要包括變送器、調節(jié)器、調節(jié)閥等設備，，控制儀表從基地式調節(jié)器（變送、指示、調節(jié)一體化的儀表）開始，經歷了氣動、電動單元組合儀表到計算機控制系統(tǒng)（DDC），直至今日的分散控制系統(tǒng)DCS。DCS已經走過了20多年的里程，DCS以其高度的可靠性、強大而易于擴充的功能、漂亮的圖形界面、方便的組態(tài)軟件、豐富的控制算法、開放的聯(lián)網(wǎng)能力等優(yōu)點，得到迅速的發(fā)展，成為計算機工業(yè)控制系統(tǒng)的主流。PLC以其結構緊湊、功能簡單、速度快、可靠性高、價格低等優(yōu)點，迅速獲得廣泛應用，已成為與DCS并駕齊驅的另一種主流工業(yè)控制系統(tǒng)。目前以PLC為基礎的DCS發(fā)展很快，PLC與DCS相互滲透、相互融合、相互競爭，已成為當前工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
（1） 開放化
開放化及小型化（Down Sizing）、顧客服務系統(tǒng)等新的、關鍵技術已進入自動化行業(yè)，與以往DCS相對應的PC機控制系統(tǒng)也已經出現(xiàn)。近幾年PC機及其相關技術的迅速發(fā)展，將對今后產生重大影響。開放化潮流的背景，有下述兩方面：
a． 大量生產的PC機，已在企業(yè)和家庭中廣泛作為信息設備。
b． 控制系統(tǒng)的范圍逐漸擴大，用戶希望自選設備，并能簡單方便地把它們相互連接起來，進行統(tǒng)一管理。
（2） 提供新的服務
a． 系統(tǒng)集成SI（System Integrator）
開放化通過多賣方技術設備的綜合，建立系統(tǒng)，這就需要高效運行的控制系統(tǒng)集成業(yè)務，根據(jù)用戶對象，熟悉系統(tǒng)中各種自動化儀表，選擇最佳設備。今后的趨勢是由專門的SI部門來代替用戶組成系統(tǒng)。
b. 系統(tǒng)維修
用通用信息處理設備組成的控制系統(tǒng)，當故障出現(xiàn)時，判別哪臺設備出故障是非常困難的，儀表制造廠不僅要對自己的產品，還必須對在系統(tǒng)中的通用信息處理設備提供一定程度的綜合維修服務。
DCS經歷了初創(chuàng)（1975-1980）、成熟（1980-1985）、擴展（1985以后）幾個發(fā)展時期，在控制功能完善、信息處理能力、速度及組態(tài)軟件等方面取得了令人矚目的成就，已經成為計算機控制系統(tǒng)的主流。當今幾乎每個發(fā)達國家都生產自己的DCS，生產廠家一百多家，已銷售幾萬臺套。主要生產廠家集中在美國、日本、德國等多家公司，如美國的霍尼韋爾（Honeywell），TDC300、TDC3000X、S9000；Foxboro,I/AS;Westing House,WDPF;ABB,MOD300; 日本橫河（Yokoyawa）,CENUM,Μxl; 日立HIACS3000、5000；德國的西門子（Siemens）,TelenermM、SIPAOS200；加拿大貝萊（BAILEY），N90。
目前世界上約有200家PLC生產廠家，目前占控制市場份額30%。主要生產廠家有美國的AB公司，莫迪康公司、GE公司、德國的西門子公司、法國的Teleme Cangue公司、日本的歐姆龍公司、三菱電機公司。PLC將與IPC、DCS集成，PLC逐漸成為占自動化裝置及過程控制系統(tǒng)最大市場份額的產品。據(jù)美國專家預測，到2000年PLC占控制市場份額將超過50%。
現(xiàn)場總線技術是九十年代迅速發(fā)展起來的一種用于各種現(xiàn)場自動化設備與其控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信技術，是一種用于各種現(xiàn)場儀表（包括變送器、執(zhí)行器、記錄儀、單回路調節(jié)器、可編程序控制器、流程分析器等）與基于計算機的控制系統(tǒng)之間進行的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。有人預測：基于現(xiàn)場總線的FCS（Fieidbus Control System）將取代DCS成為控制系統(tǒng)的主角，Internet和Intranet技術也將進入控制領域，計算機自動化系統(tǒng)滲透到企業(yè)從生產到管理、直到經營的方方面面。
（3） 自動化產品市場需求將快速增長
全球的自動化產品市場銷售額預測如下：全球的過程自動化產品市場銷售額，在1996年達461億美元，到2001年將半長到559億美元，預計在2006年將達到700億美元。從1996年到2001年間的年平均增長率為3.9%，而從2001年到2006年年平均增長率將達到4.6%，以不變價格計算，則2006年的銷售額為761億美元。主要應用于玻璃、陶瓷、鋼鐵和有色金屬工業(yè)、軋鋼和鋁板材工業(yè)、化學、食品和制藥業(yè)、石化工業(yè)、紙漿和造紙業(yè)、環(huán)保、礦山、石油和天燃氣工業(yè)等。
在1996年的自動化產品，系統(tǒng)和維修的461億美元中，有406億美元是屬于自動化工程項目方面，有54億美元是用于操作方面。測量和自動化技術作為新的投資，在工廠現(xiàn)代化投資中將增長2-3倍。到2006年全球過程自動化產品的市場需求情況為：礦山工業(yè)為70億美元、原材料工業(yè)為90億美元、過程工業(yè)為360億美元、電站為110億美元、環(huán)保工業(yè)為70億美元。就全球地區(qū)而言，北美占27.2%、西歐占26%、亞非（不包括日本）占21.1%、日本占12.3%、東歐占4.7%、南美占4.9%，其它地區(qū)占3.7%，從中看出亞非地區(qū)的市場發(fā)展前景最好。
2． 科學儀器
科學儀器含光學儀器和分析析器
A． 光學儀器
光學儀器是工農業(yè)生產、資源勘探、空間探索、科學實驗、國防建設以及社會生活各個領域不可缺少的觀察、測試、分析、控制、記錄和傳遞和工具。特別是現(xiàn)代光學儀器的功能已成為人腦神經功能的延伸和拓展。
集成電路生產所用制造設備品種的40%、數(shù)量的60%都是光學設備，而檢驗儀器所占比重就更大。計量工作約有90%屬幾何尺寸測量 ，其中主要用光學計量儀器來完成。過去在計量室測量一個凸輪需要數(shù)小時；現(xiàn)在在車間生產現(xiàn)場，用計算機控制的三坐標測量機進行測量只需10分鐘。軋鋼生產現(xiàn)場條件極其惡劣，被測件溫度超過1000℃。運動速度為數(shù)米每秒，并伴有振動、高溫、氧化層飛濺、冷卻水霧彌漫和強電磁干擾，但是利用CCD光電在線測徑系統(tǒng)在軋鋼生產中進行在線尺寸檢測，控制了生產流程，就能保證產品高質量和生產高效率。
光學遙感儀器幫助人類解決面臨的能源、糧食、氣象預報、環(huán)境監(jiān)測等方面的重大問題。在15號阿波羅飛船上裝載的光學遙感儀器就有近十種。美國在70年代先后發(fā)射三顆陸地衛(wèi)星，化費2.5億美元，但所獲經濟效益大得多，其中僅用遙感儀器監(jiān)視洪水、探測農作物病蟲害、改進油田勘探以及糧食估產等幾項，每年的經濟收益估計就達15億美元以上。
由于光電系統(tǒng)具有光學和電子兩方面的技術優(yōu)勢，從而能滿足生產過程中的自動監(jiān)控以及圖象分析、精密測量、信息處理和偉輸、微觀觀察、記錄、顯示、傳遞和儲存；利用光電轉換能在太空、深水、高溫、有毒有害氣體、核輻射等各種特殊環(huán)境下正常地工作。因此光機電一體化的現(xiàn)代光學儀器或光電儀器設備應用十分廣泛。
現(xiàn)代光學儀器的發(fā)展趨勢
隨著光學儀器產業(yè)結構的全球性調整，主要工業(yè)發(fā)達國家競相發(fā)展高技術產品，使傳統(tǒng)的光學儀器已向現(xiàn)代光學儀器轉變。美日德等國為了發(fā)展現(xiàn)代化的光學儀器工業(yè)，大力開發(fā)和應用各種新技術、新器件、新材料、新原理，系統(tǒng)地應用光機電算綜合技術，以最快的速度開發(fā)新穎的高附加值產品投入市場。使光學儀器向產業(yè)高技術化、產品高附加值化和智能化、企業(yè)集團化和國際化、制造技術柔性化方向發(fā)展。
現(xiàn)代光學儀器的特征
（1） 現(xiàn)代光學儀器沖破了傳統(tǒng)現(xiàn)論（以幾何光學或物理光學為基礎）的束縛，光學技術同其它學科和技術不斷融化、滲透，派生出新的學科分支，形成許多交叉發(fā)展的領域，打破了長期來光學的傳統(tǒng)應用范圍。如以傅里葉變換原理為基礎的各類傅里葉變換光譜儀；基于光聲效應的激光光聲光譜儀；利用激光開拓新的測量原理、方法，使眾多的激光計量檢測儀器問世，激光技術與傳統(tǒng)的顯微鏡相結合，開發(fā)出激光掃描顯微鏡系列產品；得用光電轉換原理生產了一大批新穎的光電儀器。許多新技術如激光、紅外、光纖、光信息處理、微光學等得到開發(fā)應用。
（2） 在結構上打破了以光學和機械為主體的基本框架，集光學、機械、電子、計算機于一體，電子技術、計算機及其軟件成為儀器不可分割的重要組成部分。
（3） 擺脫了傳統(tǒng)光學儀器離不開人的操作和觀測的經典模式，操作、檢測、數(shù)據(jù)處理和信息傳遞實現(xiàn)自動化，工作效率、文憑性和可靠性是傳統(tǒng)光學儀器無可比擬的。
（4） 在設計方法上日益采用計算機輔助設計、優(yōu)化設計和"三化"設計。整個系列產品品種之間零部件通用性強，標準化程度高，標準件多，因而使儀器成本下降，質量提高。
（5） 現(xiàn)代光學儀器的質量評價標準更全面、更嚴格。過去，評價傳統(tǒng)光學儀器的質量，主要著眼于功能指標，即儀器的使用范圍、精度等級、靈敏度、重復性、穩(wěn)定性及結構特性等。如今較全面地客觀評價現(xiàn)代光學儀器的質量指標、可靠性、工藝性、經濟性、人機學指標、美學指標、標準化及專利權指標等八個方面。
發(fā)展趨勢
從傳統(tǒng)光學儀器轉變現(xiàn)代光學儀器，關鍵在于計算機化，而微電子技術是基礎。光譜儀器發(fā)展最快，發(fā)達國家80年代已實現(xiàn)微機化，現(xiàn)已向聯(lián)用技術、全自動化（如內裝機械手等機器人系統(tǒng)，實現(xiàn)無人操作），實驗室信息管理系統(tǒng)自動化及智能化方向發(fā)展。光學計量儀器從大型精密儀器--三坐標測量機到傳統(tǒng)的自準直儀和投影儀都已實現(xiàn)微機化、光電化；激光技術的結合和CCD等光電器件的引入，更為快速、準確、可靠的在線檢測和監(jiān)控創(chuàng)造了條件。
在未來10年，由于高新技術的發(fā)展和應用，將進一步推動光學儀器實現(xiàn)光機電算一體化和智能化。現(xiàn)今的智能化儀器更確切地應稱為"微機化"儀器。而更高程度的智能化是信息技術的最高層次，應包括理解、推理、判斷與分析等一系列功能，是數(shù)值、邏輯與知識的綜合分析結果，智能化的標志是知識的表達與應用。電子技術、計算機技術和光電器件的不斷發(fā)展和功能的完善，為儀器向更高檔次的智能發(fā)展創(chuàng)造了條件。
未來10年，光和電的滲透會進一步強化，更多的新技術、新器件推廣應用，因而在光機電算一體化的基礎上熔入不同原理，派生出新用途的產品，以滿足各領域日益增長的需求。具有優(yōu)異性能的光電器件和功能材料的開和應用，將加速現(xiàn)代光學儀器的發(fā)展。如CCD器件、半導體激光器、光纖傳感器等制造技術趨于成熟，實際應用已獲突破，顯示了廣泛的應用前景。它必將使光學儀器領域發(fā)生重要變革，推動產品向小型化、高分辨、光電化和自動化發(fā)展。
光學計量儀器
· 未來的光學計量儀器儀表必須簡化設計，大量壓縮零部件，提高智能化和便于操作，發(fā)展在線計量測試儀器儀表
· 利用物理學的新效應和高新技術及其成就開發(fā)新型計量測試儀器儀表和新型高靈敏度、高穩(wěn)定性、強抗干擾能力的新型傳感器技術如：
――利用高溫超導量子干涉器（SGUID）開發(fā)計量測試儀器、物理學測試儀器、地學和地質學儀器、化學分析儀器、醫(yī)學儀器幫無損材料檢驗儀器等。
――利用橢偏技術來檢測光纖、光學玻璃等，這是大家所共知的。但它與近場光學相結合，不僅可以測量表面精細結構，同時根據(jù)近場光學反射偏振信息可以分辨出被測物體的材料。這是目前實驗研究的新探索。
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