光学仪器是仪器仪表行业中非常重要的组成类别，是工农业生产

光学仪器

、资源勘探、空间探索、科学实验、国防建设以及社会生活各个领域不可缺少的观察、测试、分析、控制、记录和传递的工具。特别是现代光学仪器的功能已成为人脑神经功能的延伸和拓展。

从传统光学仪器转变到现代光学仪器，关键在于计算机化，而微电子技术是基础。光谱仪器发展最快，发达国家上世纪80年代已实现微机化，现已向联用技术、全自动化（如内装机械手等机器人系统，实现无人操作）、实验室信息管理系统自动化及智能化方向发展。

光学计量仪器从大型精密仪器——三座标测量机到传统的自准直仪和投影仪都已实现微机化、光电化：激光技术的结合和CCD等光电器件的引入，更为快速、准确、可靠的在线检测和监控创造了条件。

未来10年，高新技术的发展和应用将进一步推动光学仪器实现光机电算一体化和智能化。现今的智能化仪器更确切地应称为“微机化”仪器。而高程度的智能化是信息技术的最高层次，应包括理解、推理、判断与分析等一系列功能，是数值、逻辑与知识的结合分析结果，智能化的标志是知识的表达与应用。电子技术、计算机技术和光电器件的不断发展和功能的完善，为仪器向更高档次的智能发展创造了条件。

未来10年，光和电的渗透会进一步强化，更多的新技术、新器件将推广应用，因而在光机电算一体化的基础上融入不同原理，派生出新用途的产品，以满足各领域日益增长的需求。具有优异性能的光电器件和功能材料的开发和应用，将加速现代光学仪器的发展。如CCD器件、半导体激光器、光纤传感器等制造技术趋于成熟，实现应用已获突破，显示了广泛的应用前景。它必将使光学仪器领域发生重要变革，推动产品向小型化、高分辨、光电化和自动化发展。

未来的光学计量仪器仪表是简化设计，大量压缩零部件，提高智能化和便于操作，发展在线计量测试仪器仪表。

利用物理学新效应和高新技术及其成就开发新型计量测试仪器仪表和新型高灵敏度、高稳定性、强抗干扰能力的新型传感器技术。如：利用高温超导量子干涉器（SGUID）开发计量测试仪器、物理学测试仪器、地学和地质学仪器、化学分析仪器、医学仪器、无损材料检验仪器等。利用椭偏技术来检测光纤、光学玻璃等，这是大家所共知的，它与近场光学相结合，不仅可以测量表面精细结构，同时根据近场光学反射偏振信息可以分辨出被测物体的材料，这是目前实验研究的新探索。将可调谐稳频激光光谱仪的技术用于高精密的几何量与机械量和多种无形态的量的测量。开发新一代微型光纤传导激光干涉仪，它的测量范围可以从纳米到几米或更大的范围，分辨率可达10nm，并且克服了HP激光干涉仪的缺点，它具有HP激光干涉仪的一切功能；另外，它还可用于称重，研制新型电子天平、高精度的电子皮带秤、高分辨率的压力计等。发展纳米测量技术，建立纳米计量测试标准，这是当今在计量与测量技术研究中十分活跃的课题。（wenjing）

摘 要：随着时代的进步以及科技技术的飞速发展，测量仪器已进由单一传统产品进入光学、精密机械、电子和计算机结合的光电子技术新时代。本文通过对不同测量仪器的介绍简单阐述了测量仪器的发展动态并对测量仪器今后测量仪器的发展作出了展望。

关键词：大地测量仪器；现状；展望

1测量仪器的发展现状

现有的测量仪器一般有：水准仪，经纬仪，平板仪，测距仪。其历史发展一般可分以下几个阶段：二十世纪五十年代以前，主要是纯光学机械的测绘仪器；到六十年代起主要是对仪器的自动安平和成套附件进行改革；七十年代后主要应用电子技术、激光技术、微机技术实现外业数据自动采集，测量的自动归算、显示和储存。以及内业数据自动处理、存储、管理和应用；八十年代以后产生并发展了全球卫星导航定位系统GPS。

从上世纪八十年代起十年时间内，我国传统测量仪器的研制和生产取得长足进展，并进入稳步发展阶段，其发函特点可概括为以下几个方面：

①生产标准和国际接轨。传统仪器技术水平达到七十年代末和八十年代中工业发达国家水平，为出口创汇奠定基础。其重要标志为：

引进先进结构装置。快慢速调焦，复消色差正象望远镜，最短视距达0.5m；自动归零装置和自动安平装置；强制对中三角基座；正象光学对中器；同轴制微动机构；换盘和复测机构；读数系统视场数字化和不同颜色；安平警告装置等；测量仪器逐步实现通用化、标准化和自动化；测量仪器附件达16类、30种，初步形成配套。

②逐步完善品种系列。我国光学经纬仪系列已有6个精度等级，都已试制或形成规模生产，品种约20多种，其中最为主要的是精度为2秒和6秒级的工程经纬仪；水准仪系列除眺05级还在研制，其余三个精度等级也形成规模经济，品种约40种，最主要的是精度为1.5～2.5mm／km自动安平水准仪，加测微平板精度可达0.7mm／km；平板仪系列大中小光学平板仪都已规模生产，品种约十多种。除主导系列品种外，还根据我国的实际需要开发了垂准经纬仪、激光经纬仪、天文经纬仪、工具经纬仪、陀螺经纬仪、坡面经纬仪、无磁和地磁经纬仪、自准直经纬仪、径向差测量经纬仪、轻便经纬仪、电子和激光水准仪、手持水准仪等变形产品，满足工程测量的不同需求。

③生产能力逐步增强。随着市场竞争的日趋激烈，使测量仪器生产厂逐步减少，附件生产厂逐步增多，其布局日趋合理。据不完全统计，我国生产测量仪器厂家目前为20个。附件厂家26个，基本满足市场需求。

2几种测量仪器的发展动态

①经纬仪的历史动态。最早出现的经纬仪实际与航海有着非常密切的关系。早在十五、十六世纪的时候，英、法等国由于航海和战争的需要，需要绘制各种地图、海图。最早绘制地图使用的是三角测量法，就是根据两个已知点上的观测结果，求出远处第三点的位置,但由于没有合适的仪器，导致角度测量手段有限，精度不高，由此绘制出的地形图精度也不高。而经纬仪的发明，提高了角度的观测精度，同时简化了测量和计算的过程，也为绘制地图提供了更精确的数据。后来经纬仪被广泛地使用于各项工程建设的测量上。经纬仪包括基座、度盘（水平度盘和竖直度盘）和照准部三个部分。基座用来支撑整个仪器。水平度盘用来测量水平角。照准部上有望远镜、水准管以及读数装置等等。

②光电测距仪的发展动态。随着现代科学技术的发展，尤其是光电技术的广泛应用，出现一种新的测距方法——电磁波测距，由于这种方法精度高，测程长，操作简便，对测线的地形条件要求低，速度快，效率高。因此，在20世纪八十年代末出现后，迅速受到广大测绘人员的好评并迅速投入到实际工程应用。

测量仪器仪发展的趋势是轻便化、自动化、多功能化。目前市场上的测距仪种类繁多，但主要的生产厂家还是在瑞士、德国、日本。近几年我国的一些仪器厂家，如北京光学仪器厂、苏州光学仪器厂、常州大地测距仪厂、南方测绘仪器公司等先后引进技术和元件，进行国内组装和制造多种类型测距仪投入国内测局市场。

③全站仪在测量工作中的应用。全站型仪器的出现和应用为地面测量的自动化提供了条件。全站型速测仪是集电子经纬仪和光电测距仪为一体，实现测角、测距一体化，并将野外测量结果自动记录在“电子手簿”上，也可进行自动显示，通过接口设备把数据直接传到计算机，利用“人机交互”的方式进行测量数据的自动处理，还可以由微机控制的跟踪设备加到全站型仪器上，对一系列目标自动测量。

全站型仪器的应用，实现了野外数据的自动采集，为测图向数字化、自动化方向发展开辟了一条新的道路。

3测量仪器的展望

①尽管光学数码化转换器和扫描器市场潜力巨大，这种相对新颖的技术却给业界的参与者带来了很大的挑战。在传统的生产环境下，保守的终端用户接受这种技术的速度较慢，在某些情况下，他们甚至认为坐标测量仪探针是可以接受的可优先采用的方法。而且在为制造业利基市场服务时，为了适应实际应用的需要，需要对这种技术及其相关软件进行定制，而市场参与者们常常会发现扫描解决方案的整合是很费时的。

②综合考虑我国的国情和经济实力，和发达国家之间存在的技术差异还有待在今后的发展工作中来逐步缩小。从“七五”期间开始，企业在开发测绘仪器时主动跟踪世界高技术水平，对国内外测绘仪器现状及动态认真地、实事求是地进行分析研究。采取有限目标进行攻坚。在开发传统和光电子测绘仪器、形成数字化测绘技术体系产业上都取得一些成绩。分析上述情况，在“九五”和2010年前应重点发展下列产品并形成产业化。

③我国数字化测绘技术体系产业发展方向。以国际标准来规范产品生产。技术性能指标达国际先进水平，可靠性和脆值指际满足用户使用和运输要求；产品光机电算一体化。内外业装备能有机连接，成为一个机助测绘系统；将测绘系统的操作化、管理化提升到更高更新的层次，发展更方便更快捷的系统操作管理软件，形成系统软件包；在极端环境（如严寒、酷暑环境）下能保证测绘仪器能正常使用，使之具有环境适应性和精度保持性。

参考文献：

[1]骆东森.我国大地测量仪器的发展现状及展望[J].激光与光电子学进展,1995,(5).

[2]赵吉先.电子测绘仪器原理与应用北京[M].北京：科学出版社,2008.

仪器仪表发展已有悠久的历史。据《韩非子·有度》记载，中国在战国时期已有了利用天然磁铁制成的指南仪器，称为司南。古代的仪器在很长的历史时期中多属用以定向、计时或供度量衡用的简单仪器。

17～18世纪，欧洲的一些物理学家开始利用电流与磁场作用力的原理制成简单的检流计；利用光学透镜制成的望远镜，奠定了电学和光学仪器的基础。其它一些用于测量和观察的各种仪器也遂逐渐得到了发展。

19世纪到20世纪，工业革命和现代化大规模生产促进了新学科和新技术的发展，后来又出现了电子计算机和空间技术等，仪器仪表因而也得到迅速的发展。现代仪器仪表已成为测量、控制和实现自动化必不可少的技术工具。

发展趋势

科学技术的进步不断对仪器仪表提出更高更新的要求。仪器仪表的发展趋势是不断利用新的工作原理和采用新材料及新的元器件，例如利用超声波、微波、射线、红外线、核磁共振、超导、激光等原理和采用各种新型半导体敏感元件、集成电路、集成光路、光导纤维等元器件。其目的是实现仪器仪表的小型化，减轻重量、降低生产成本和更便于使用与维修等。另一重要的趋势是通过微型计算机的使用来提高仪器仪表的性能，担高仪器仪表本身自动化、智能化程度和数据处理能力。仪器仪表不仅供单项使用，而且可能过标准接口和数据通道与电子计算机结合起来，组成各种测试控制管理综合系统，满足更高的要求。

工业自动化仪表重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用自动化仪表；全面扩大服务领域，推进仪器仪表系统的数字化、智能化、网络化，完成自动化仪表从模拟技术向数字技术的转变，5年内数字仪表比例达到60%以上；推进具有自主版权自动化软件的商品化。

电工仪器仪表重点发展长寿命电能表、电子式电度表、特种专用电测仪表和电网计量自动管理系统。2005年，中低档电工仪器仪表国内市场占有率要达到95%；到2010年，高中档电工仪器仪表国内市场占有率达到80%。

科学测试仪器重点发展过程分析仪器、环保监测仪器仪表、工业炉窑节能分析仪器以及围绕基础产业所需的汽车零部件动平衡、动力测试及整车性能检测仪、大地测量仪器、电子速测仪、测量型全球定位系统以及其他试验机、实验室仪器等新产品。产品以技术含量较高的中档产品为主，到2005年在总产值中占50%～60%。

环保仪器仪表重点发展大气环境、水环境的环保监测仪器仪表、取样系统和环境监测自动化控制系统产品，2005年技术水平达到20世纪90年代后期国际先进水平，国内市场占有率达到50%～60%，到2010年国内市场占有率达到70%以上。

仪器仪表仪器仪表元器件“十五”及2010年前，尽快开发出一批适销对路、市场效果好的产品，品种占有率达到70%～80%，高档产品市场占有率达60%以上；通过科技攻关、新品开发，使产品质量水平达到国际20世纪90年代末水平，部分产品接近国外同类产品先进水平。

信息技术电测仪器主要发展电测仪器软件化、智能化技术，总线式自动测试技术，综合自动化测试系统，新型元器件测量技术及测试仪器，在线测试技术，信息产业产品测试技术，多媒体测量技术以及相应测试仪器，用电监控管理技术等。

市场分析

中、低档电工仪器仪表产品国内市场占有率达到95%，高档产品的国内市场占有率和中低档产品的国外市场占有率在现有基础上有大幅度提高。我国仪表产业在2010年的市场发展将有望提高。产品结构调整目标。其中工业自动化仪表，重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用的自动化仪表。产品技术水平达到20世纪90年代后期国外先进水平，2005年销售额占到国产仪表销售额的30%。面向市场，全面扩大服务领域，推进仪表系统的数字化、智能化、网络化，完成自动化仪表从模拟技术向数字技术的转变，“十五”末数字仪表的品种数达到60%以

光学玻璃的发展

光学玻璃的发展和光学仪器的发展是密不可分的。光学系统新的改革往往向光学玻璃提出新的要求，因而推动了光学玻璃的发展，同样，新品种玻璃的试制成功也也往往反过来促进了光学仪器的发展。

最早被人们用来制作光学零件的光学材料是天然晶体，据称古代亚西利亚用水晶作透镜，而在古代中国则应用天然电气石（茶镜）和黄水晶。考古家证明公元三千年前在埃及和我们（战国时代）人们已能制造玻璃。但是玻璃作为眼镜和镜子还是十三世纪在威尼斯开始的。恩格斯在“自然辨证法”中对此曾给予很高的评价，认为这是当时的卓越发明之一。此后由于天文学家与航海学的发展需要，伽利略、牛顿、笛卡儿等也用玻璃制造了望远镜和显微镜。从十六世纪开始玻璃已成为制造光学零件的主要材料了。

到了十七世纪，光学系统的消色差成为光学仪器的中心问题。这时由于改进了玻璃成分，在玻璃中引入了氧化铅，赫尔才于1729年获得第一对消色差透镜，从此，光学玻璃就被分为冤牌和燧石玻璃两个大类。

1768年纪南在法国首先用粘土棒搅拌的方法制得了均匀的光学玻璃，从而开始建立了独立的光学玻璃制造工业。在十九世纪中叶，几个发达的资本主义国家都先后建立了自己的光学玻璃工厂，如法国帕腊-芒图公司（1872年）、英国钱斯公司（1848）、德国萧特公司(1848)等。

十九世纪光学仪器有很大发展。第一次世界大战前夕，德国为了迅速发展军用光学仪器，要求打破光学玻璃品种贫乏的限制。这时，著名物理学家阿员参加了萧特厂的工作。他在玻璃中加入了新的氧化物如BaO，B2O3,ZnO，P2O3等，并且研究了它他对玻璃光学常数的影响。在这基础上，发展了钡冤、硼冤、锌冤等类型玻璃，同时也开始试制了特殊相对部分色散的燧石玻璃。在这时期内，光学玻璃品种有了很大的扩展，因而在光学仪器方面出现了较完整的照相机及显微镜物镜。

直至二十世纪三十年代以前，大部分工作仍在萧特厂基础上进行。到1934年获得了一系列重冤玻璃，如德国号SK-16（620/603）及SK-18（639/555）等。到此为止，可以认为是光学玻璃发展的一个阶段。

二次世界大战前后，随着各种光学仪器如航空摄影，紫外与红外光谱仪器、高级照相物镜等的发展，对光学玻璃又产生了新的需要。这时，光学玻璃也就相应地有了新的发展。1942年，美国摩莱（Morey）及以后苏联与德国的科学工作者都相继把稀士及稀散氧化物引入玻璃中，因而扩大了玻璃品种，得到了一系列高折射率低色散的光学玻璃，如德国LaK,LaF，苏联CTK及ТЬФ等品种系列。与此同时，也进行了低折射率大色散玻璃的研究并得到一系列氟钛硅酸盐系统的光学玻璃，如苏联ЛФ-9，ЛФ-12，德国F-16等品种。

由于各种新品种光学玻璃在加工或使用性能上或多或少地存在着缺陷，因此在研究扩展光学玻璃领域的同时，还针对改善各种新品种光学玻璃的物理和物理化学性质。以及生产工艺进行了许多工作。

综观以上历史发展的过程，可以预言今后光学玻璃的发展方向是：

①制得特别高折射率的玻璃；

②制得特殊相对部分色散的玻璃；

③发展红外及紫外光学玻璃；

④取代玻璃中某些不良的成分如放射性的THO2，有毒的BcO，Sb2O3等；

⑤提高玻璃的化学稳定性；

⑥提高玻璃透明度和防止玻璃幅射着色；

⑦改进工艺过程，降低新品种玻璃价格。

光学仪器是仪器仪表行业中非常重要的组成类别，是工农业生产、资源勘探、空间探索、科学实验、国防建设以及社会生活各个领域不可缺少的观察、测试、分析、控制、记录和传递的工具。特别是现代光学仪器的功能已成为人脑神经功能的延伸和拓展。

测量仪器的发展