水文仪器设备与测试计量技术

2012-04-14牛福义

水利技术监督 2012年1期

牛福义

（辽宁省水文水资源勘测局，辽宁沈阳 110003）

随着我国经济社会的发展，对水文信息不断提出新要求，水文观测项目和内容不断增加，对观测手段和方法及水文监测技术的研发和应用提出了越来越高的要求。

当今在水文行业随着科学技术的不断进步和发展，新型测量仪器不断出现，如 ADCP流速仪、超声波流速仪、光学流速仪、超声波水位计、光学流速仪、流量积算仪等等。与传统水文测量仪器相比，现代测量仪器设备的测量精度有了质的变化，借助计算机及微电脑芯片，其功能得到了极大的拓展，自动化程度显著提高。

测试、计量科学在国民经济建设、国防建设、科学研究以及社会生活中都起着极其重要的作用，是社会经济和科学活动的技术基础和基本手段，是特殊的社会生产力。测试、计量是人们从客观事物中提取所需信息，借以认识客观事物并掌握其客观规律的一种科学方法。测试计量技术是应用科学，推动着测试计量和仪器研究的进步与发展。

近年来由于在水文领域监测、遥测传感器等各方面的测量仪器设备中，新型的测量仪器相继产生，引进的测量仪器设备也越来越多样化。目前，水文测试计量基础设备、技术比较薄弱，没有形成完善的测试计量工作体系，与快速发展的制造、引进还不协调。加强测试计量技术研究，是当前水文科学现代化发展中重要的基础性技术支撑。

1 测试计量现状与新特点

我国水文行业的测试计量工作基础比较薄弱，在过去的 20多年，由于水文行业的各种仪器产品不属于国家的计量器具范畴，因此相关产品的研制、生产、检测中的品质控制与评价，主要依靠各种水文仪器的产品技术标准，还没有自己行业的产品检定规程。

水文计量虽然起步，但受国家总体科学技术发展趋势的影响，计量管理工作一直未受到足够的重视，没能形成统一的计量管理。目前仅在水质计量管理、流速仪检定水槽管理等有限的几个方面开展过一些技术工作。

纵观其它行业，与水文江河流速测量相近的风速风向观测中，气象行业早就建设有“低速风洞”等气象行业最高计量标准及检定装置；而对于“海潮流速”观测，海洋行业也建有“海流（计）检定水槽”等海洋行业最高计量标准及检定装置。同样在水文测验中与江、河、湖、库水位测量相近的海洋潮位观测，海洋行业建有“潮位（验潮仪）检定台”等海洋行业最高计量标准的检定装置。

由于历史原因，水文行业一直处于相当滞后状态，阻碍了水文领域对相关高新技术产品的应用，严重制约着水文行业的发展。当今，水文监测仪器制造技术快速进步引发了许多测试计量问题；推动着测试计量仪器设备的研发；促使测量技术中的新技术、新装置不断应用和建造。与传统测试计量技术相比，现代测试计量技术具有了新的特点。

1.1 测试量值信息复杂化多元化

当前，测试计量产品趋于复杂化、多元化的趋势，往往需要对整个设备或系统进行测试计量。传统的测试量值信息比较单一，现代测试量值信息则复杂的多，往往包含多种不同的被测量值信息。如声学多普勒流速剖面仪（简称 ADCP），是一种利用声学多普勒原理测量水流速剖面的仪器，他本身自成系统， ADCP仪器内有罗盘（倾斜仪）、温度盐度传感器、压力传感器、DGPS接口、换能器等部件，多种功能相互作用。

如何解决各种被测量值，开发多元化测量信息融合后的目标信息将形成新的研究目标。

1.2 从静态测试到动态测试

现代水文仪器制造已于传统制造具有不同的设计理念。测试计量已不是最终产品质量评定的手段；更重要的是为产品的设计和制造服务；以及为最终过程提供完备的过程参数和指标；使产品的设计制造过程和检测手段充分结合；形成一体的控制环境。

因此，要做到测试计量技术从传统的非现场产品测试进入到现场，参与到制造过程，进行各个环节追踪，实现现场动态控制测试才是测试计量的最终目标。

1.3 以计算机为核心的开发平台广泛应用

日益发展的计算机软、硬件技术，正与水文测量仪器、测试计量技术密切结合。利用计算机作为测试计量系统装置的硬件平台，利用计算机具有的超强运算能力和显示、存储、文件管理及软件开发的功能。融合原有的专业化功能设备，使面板控件软件化，其功能将得到显著提高，与计算机的智能资源密切融合将变成一个全新的智能化系统。

计算机技术的发展，影响着水文测量仪器的研究与制造，新的测试计量问题也随之出现，研究内容不断更新，相比原来测试计量技术，增加了新的科技含量和技术。现在计算机的广泛应用，已经使流速仪检定系统有了质的变化。面板控件的软件化取代了大部分的硬件部件，功能软件的优越提高了系统的灵活性和扩展性，也为今后的综合仪器检测提供了拓展空间。因此研究水文行业测量仪器现状，针对测试计量技术出现的新问题、新特点，以发展、超前的眼光，结合未来测试计量科学与技术的发展趋势，研究新的测量方法与技术，充分利用以计算机为核心的开发平台，开发多功能综合测试计量系统技术，将为水文高科技仪器的应用与发展提供有力的技术支持。

2 存在的问题与差距

水文仪器的不断引进与应用，加上国内高新技术产品的不断出现，使得测试计量技术和仪器设备的作用与地位更加重要。纵观国内水文行业，测试计量技术和仪器设备与国外相比差距很大，除历史的原因外，还包括下列因素。

（1）在水文行业，新的测试计量技术及仪器设备，与国内其他行业相比差距较大。现有的测试计量技术和仪器设备中，基本是借助外来技术，很少有自己的技术含量。这也反映出了我们的理论基础和行业积累，与发达国家和国内其他行业在技术上的差距。对科技创新重视不够，在某种程度上影响了测试计量技术的研发能力，当然也存在着对测试计量技术的作用和重要性认识不足，自主创新能力较差，研究测试计量力度和投入资金不够等因素，导致当前研究缺乏积极性和前瞻意识。

（2）测试计量技术是面向行业应用的科学，推动着科技发展的主要动力是来源于应用的需求，理论研究要针对行业应用中的测试计量问题。因历史原因造成水文行业测试计量技术与其他行业的差距。测试计量从业人员少，行业测试计量理论比较薄弱，高技术人才流失严重，阻碍了行业内科学技术的发展。

（3）高端先进仪器设备是建立在高科技技术含量基础上的，有较高的利润回报。因此对于后续开发研究有充足的资金作为支持，形成良性循环。而国内状况却与之相反，高附加值仪器设备寥寥无几，行业内大多引进国外产品，只是消化吸收进行应用。很少有自己的高科技含量产品，即便有，也是建立在原材料和人力成本优势基础上，必然利润微薄。因而形成后续研发资金投入短缺，造成恶性循环，严重制约着仪器设备及测试计量技术的进一步发展。

3 契机与发展

“十二五”期间，在各行各业加快转变经济发展方式的背景下，承载着实现从“中国制造”到“中国创造”跨越战略使命。未来 10年，高端技术产品制造业将迎来黄金增长期，具有技术密集、附加值高、成长空间大等突出特点，成为国民经济重要的支柱产业，是一个国家的战略性产业崛起的标志；是一国制造业的基础和核心竞争力所在。

当前，水文仪器制造技术的快速发展，研究提高测试计量技术显得尤为重要。基准标准技术是测试计量技术水平的最高表现形式，是引导和促进水文仪器应用与发展的技术基础，基准标准技术滞后严重制约着水文领域的应用与发展。新的测试计量问题的出现，需要有新型检测装置或系统创新的研究。改进现有的检测装置或系统，从而获得更多更强的检测功能和能力，以适应发展的需求。

水文领域仪器设备应用与测试计量问题和差距是客观的存在的，但应看到，现今，全球同步发展的计算机技术，信息技术和仪器设备制造的高新技术市场的开放和融合，以及国内制造技术的不断提高，为水文行业仪器设备及测试计量技术崛起提供了有利契机。

利用计算机信息处理技术提供的同步平台，充分发挥其数据处理优势；基于大规模数据处理的仪器测量原理和算法，以计算机资源补偿机械系统性能；以数据处理成本降低机械硬件系统成本；利用计算机巨大的系统资源，与现有检定系统设备相融合；借助新技术装置特有性能，降低测试计量对机械制造水平的依赖；开发软件模型处理及解算方法；利用检定设备及装置自身的功能，建立无需精密机械结构的高精度新型的综合功能测试系统；从而有效提高测试计量精度和综合仪器的检测能力。

随着“十二五”计划逐步实施，加大了对水文领域的投入，水文行业迎来新的发展契机。吸取历史经验教训，以科学发展观为指导，积极践行可持续发展水文测试计量工作思路；以行业需求为动力，以提高水文测试计量工作能力为重点，充分利用现有的高新技术，高起点起步，深入研究水文仪器与测试计量技术；加快研究成果转化，逐步形成良性循环的运行机制；加大步伐，改变水文领域测试计量技术的滞后状况；为引领水文仪器的应用与发展提供有力技术保障。