测控技术与仪器在实践中的应用研究
张刚勇
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张刚勇,. 测控技术与仪器在实践中的应用研究[J]. 中国仪器,2024.11. DOI:10.12721/ccn.2024.157109.
摘要:
随着科技的飞速发展,测控技术与仪器在各行各业中的应用日益广泛,成为推动社会进步和产业升级的重要力量。从工业生产到环境监测,从医疗检测到实验室测量,测控技术与仪器都发挥着不可替代的作用。本文深入研究测控技术与仪器在实践中的应用,旨在提升各领域的生产效率和管理水平,为未来的技术创新和产业升级提供积极帮助。
关键词: 测控技术测控仪器工业生产环境监测医疗检测
DOI:10.12721/ccn.2024.157109
基金资助:

测控技术是一门集测量技术、控制技术、计算机技术等多学科交叉的综合性技术,主要涉及对各种物理量、化学量、生物量等进行准确测量,并根据测量结果对相关对象进行有效的控制和调节。测控仪器是用于测量、控制、监测各种物理量、化学量、生物量等的设备和工具,通常由传感器、信号调理电路、数据采集与处理系统、显示与输出装置以及控制单元等部分组成。测控技术与仪器的应用能够显著提升生产效率和产品质量,推动传统产业向智能化、高端化方向发展。深入研究测控技术与仪器的原理和应用,可为相关领域的技术创新提供理论支撑和实践经验。测控技术与仪器能够实现对生产过程的实时监测和精确控制,有助于提升企业的管理水平和决策效率。在环境监测领域,测控技术与仪器能够实时监测环境变化,为环境保护和灾害预警提供重要数据支持。

一、测控技术在实践中的应用

(一)工业生产精准测控

先进的传感器技术为精准测控提供了基础,在汽车制造过程中,压力传感器被广泛应用于轮胎气压监测系统,通过实时监测轮胎内部的气压,传感器能够将数据准确地传输给汽车的电子控制系统。当轮胎气压过低或过高时,系统会及时发出警报,提醒驾驶员采取相应措施,提高汽车的行驶安全性,延长轮胎的使用寿命,降低油耗。在钢铁冶炼过程中,温度传感器可精确测量熔炉内的温度,确保冶炼过程在合适的温度范围内进行,提高钢铁的质量,减少能源浪费。自动化控制系统是实现工业生产精准测控的核心,以自动化生产线为例,通过可编程逻辑控制器(PLC)和工业计算机等设备,可实现对生产过程的精确控制。在食品加工行业,自动化控制系统可精确控制生产线上的温度、湿度、压力等参数,确保食品的质量和安全。自动化控制系统还可实现对生产设备的远程监控和故障诊断,当设备出现故障时,系统可及时发出警报,并提供详细的故障信息,以便维修人员快速定位和解决问题,提高生产效率,降低了维护成本[1]。通过对大量生产数据的分析,可发现生产过程中的潜在问题和优化空间,利用机器学习算法对设备运行数据进行分析,预测设备的故障时间,提前进行维护,避免生产中断。人工智能技术还可实现生产过程的智能优化,在化工生产中,通过人工智能算法对生产过程中的各种参数进行优化调整,可提高产品的质量和产量,降低能源消耗和环境污染。

(二)环境监测实时把控

在监测区域内布置大量的无线传感器节点,可实现对环境参数的实时监测,在森林火灾监测中,无线传感器节点可实时监测温度、湿度、烟雾浓度等参数,当监测到异常情况时,立即将数据传输给监测中心,以便及时采取灭火措施。无线传感器网络还具有自组织、低功耗、低成本等优点,适用于各种复杂的环境监测场景[2]。通过卫星搭载的各种传感器,可对地球表面的大气、水体、土壤等进行大面积、长时间的监测,利用卫星遥感技术可监测大气中的污染物浓度、水体的富营养化程度、土地利用变化等。卫星遥感技术具有覆盖范围广、数据更新快等优点,可为环境监测和管理提供重要的决策支持[3]。对环境监测数据进行实时分析和处理,可及时发现环境问题,并发出预警信息,在水质监测中,通过对水中污染物浓度的实时监测和分析,可及时发现水质恶化的趋势,并发出预警,提醒相关部门采取措施进行治理。数据分析和预警系统还可为环境管理提供决策支持,帮助制定科学合理的环境保护政策和措施。

二、测控仪器在实践中的应用

(一)医疗检测精确诊断

磁共振成像(MRI)设备利用强大的磁场和无线电波来生成人体内部的详细图像,测控仪器在MRI中精确控制磁场强度、射频脉冲的频率和时间等参数,确保图像的清晰度和准确性。通过对人体各个部位的高分辨率成像,医生可发现微小的病变和异常结构,为疾病的早期诊断提供有力依据。在脑部疾病的诊断中,MRI可清晰地显示出脑部组织的细微变化,帮助医生准确判断肿瘤、脑血管病变等疾病的位置和范围[4]。全自动生化分析仪能够快速、准确地测量人体血液、尿液等样本中的各种生化指标,测控仪器精确控制样本的进样量、反应时间和温度等参数,确保检测结果的可靠性。在检测血糖、血脂等指标时,生化分析仪可精确测量样本中特定物质的含量,为医生判断患者的健康状况提供重要数据。分子诊断技术中的测控仪器,如实时荧光定量PCR仪,能够检测特定基因的表达水平,对于遗传病、传染病等疾病的诊断具有重要意义。通过精确控制PCR反应的温度和时间,以及对荧光信号的准确检测,这些仪器可实现对微量核酸的高灵敏度检测,为疾病的精准诊断提供有力支持。

(二)实验室高精度测量

电子天平通过电磁力平衡原理或应变片技术来精确测量物体的质量,测控仪器在电子天平中精确控制电磁力的大小或应变片的形变,采用高精度的传感器和数据处理算法,确保测量结果的准确性。在化学实验中,精确称量化学试剂的质量对于实验结果的准确性至关重要,电子天平可精确到微克甚至纳克级别,为实验提供高精度的质量测量[5]。分光光度计通过测量物质对不同波长光的吸收、透射或反射程度,分析物质的成分和浓度,测控仪器精确控制光源的强度和稳定性,以及光的波长选择和测量,采用先进的光学传感器和数据处理技术,对微弱的光信号进行准确检测和分析。在生物化学实验中,分光光度计可用于测量蛋白质、核酸等生物分子的浓度,通过精确测量物质对特定波长光的吸收程度,结合已知的标准曲线,可准确计算出物质的浓度。这为生命科学、化学等领域的研究提供了重要的实验手段[6]。在生物实验中,很多反应需要在特定的温度下进行,温度控制仪器通过精确测量和控制实验环境的温度,确保实验结果的可靠性。测控仪器采用高精度的温度传感器和先进的控制算法,能够实现对温度的精确控制,误差可控制在极小的范围内。

结束语:

通过以上分析得出以下结论:在汽车制造、钢铁冶炼等工业生产领域,先进的传感器技术和自动化控制系统实现了对生产过程的精准测控,提高了生产效率和产品质量。磁共振成像(MRI)、全自动生化分析仪等测控仪器在医疗检测领域发挥着重要作用,为疾病的早期诊断和精确治疗提供了有力支持。无线传感器网络、卫星遥感等测控技术能够实现对环境参数的实时监测和数据分析,为环境保护和灾害预警提供了重要数据支持。

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