第一節(jié) 全球市場環(huán)境
一、高質量、多功能、集成化、自動化、系統(tǒng)化和智能化的發(fā)展要求
1、智能傳感器
智能傳感器作為2l世紀最具影響力和發(fā)展前景的一項高科技產(chǎn)品,正引起同內外電子信息界的高度重視。某些集成化智能傳感器本身即可構成一個測試系統(tǒng)。
所謂智能傳感器(IntelligentSensor),就是帶微處理器、兼有信息檢測和信息處理功能的傳感器。智能傳感器的最大特點就是將傳感器檢測信息的功能與微處理器的信息處理功能有機地融合在一起。從一定意義上講,它具有類似于人工智能的作用。
1)相對濕度、溫度智能傳感器
SHT11和SHT15是Sensirion公司于2002年最新推出的兩種超小型、高精度、自校準、多功能式智能傳感器,可用來測量相對濕度、溫度和露點等參數(shù)。它們可廣泛用于環(huán)境監(jiān)測、工農業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療儀器、通風及空調設備等領域。
2)單片智能渾濁度傳感器系統(tǒng)
美國霍尼韋爾(Honeywell)公司推出了APMS-10G型帶微處理器和單線接口的智能化混濁度傳感器系統(tǒng),能同時測量液體的混濁度、電導和溫度,適合構成多參數(shù)在線檢測系統(tǒng),可廣泛用于水質凈化、清洗設備及化工、食品、醫(yī)療衛(wèi)生等部門。
3)煙霧檢測報警集成電路
由Motorola公司生產(chǎn)的MC系列煙霧檢測報警IC主要有三種類型:第一種是離子型,典型產(chǎn)品為MC14467-1、MC14468;第二種是光電型,典型產(chǎn)品是MC145010、MC145011;第三種是比較器型,典型產(chǎn)品為MC14578。上述產(chǎn)品適合構成火災自動報警控制系統(tǒng),用于大型商場、賓館、倉庫、地下隧道及文化娛樂場所。
2、自動監(jiān)測系統(tǒng)
環(huán)境空氣質量自動監(jiān)測系統(tǒng)是一套自動監(jiān)測儀器為核心的自動“測-控”系統(tǒng)??諝赓|量的自動監(jiān)測系統(tǒng)一般采用濕法和干法兩種方式。濕法的測量原理是庫侖法和電導法等,需要大量試劑,存在試劑調整和廢液處理等問題,操作繁瑣,故障率高,維護量大。該法以日本為主,但自1996年起,日本在法定的測量方法中增加了干式測量原理,濕法現(xiàn)已處于淘汰階段。干法基于物理光學測量原理,使樣品始終保持在氣體狀態(tài),沒有試劑的損耗,維護量較小。
美國EPA對大氣自動 分析 儀提出了要求(40CFRPART53)。
美國EPA對大氣自動
分析
儀的技術性能要求
澳大利亞GREENSPAN公司生產(chǎn)的全自動廢水在線監(jiān)測儀可測定多種污染項目;日本紀本等公司生產(chǎn)的VS-5010總氮及VS-5020總磷在線自動監(jiān)測儀,在控制水體富營養(yǎng)化方面起著重要作用,兩者都是采用了JIS標準方法;在總量控制方面日本規(guī)定使用COD自動監(jiān)測儀;為了實現(xiàn)有機污染物排放總量的控制,還推廣了TOC和UV在線自動監(jiān)測。
TOC自動監(jiān)測儀是采用燃燒氧化-紅外線吸收法,在此基礎上開發(fā)的TOD在線監(jiān)測儀具有更好的應用前景。TOD主要采用燃燒氧化-氧濃度測定法,含一定濃度氧的載氣連續(xù)通過燃燒管,使燃燒管注入的水樣中所含污染物質燃燒氧化,用氧檢測器測定載氣中氧濃度的減少量。用TOD在線自動測定儀可達到“總需氧量”的控制監(jiān)測,因為在有機物燃燒時,構成有機物的C、H、N、S、P等元素都消耗了氧。
3、網(wǎng)絡化
從20世紀60年代開始,美國首先開展了土壤環(huán)境監(jiān)測的 研究 。然后日本、英國、瑞典、德國、法國、俄羅斯等國展開了土壤背景值、農用土壤環(huán)境等的土壤環(huán)境監(jiān)測工作,并建立了相關的土壤環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng),頒布了有關的法律、法規(guī)。
瑞士于20世紀80年代建立了國家土壤環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)(NAB),在全國設立了120個土壤監(jiān)測點。監(jiān)測點的選擇原則是農用地占50%,森林土壤占30%,其它廣泛使用的土壤占20%。從1985年開始監(jiān)測,其中20個監(jiān)測點五年后又進行了監(jiān)測。每個監(jiān)測點的面積為100m2,樣品采集深度為20cm,每次在2~3m的間距采集4個樣品組成一個混合樣品。所有采集的樣品都要入庫貯存。測定項目包括Pb、Cu、Cd、Zn、Ni、Cr、Co、Hg和F。金屬元素采用沸騰的2mol/L的HNO3提取。除此之外,還測定了土壤PH、CaCO3、有機碳、粒度、鐵和鋁的氧化物、陽離子交換量(CEC)、有效態(tài)磷和土壤密度等指標。建立土壤環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)的目的在于:(1)評價土壤污染和相關的生態(tài)毒性風險;(2)了解土壤污染的空間分布;(3)了解土壤污染隨時間變化趨勢。
二、由較窄領域監(jiān)測向全方位領域監(jiān)測的方向發(fā)展
1、由單純的地面環(huán)境監(jiān)測向與遙感環(huán)境監(jiān)測相結合的方向發(fā)展
MODIS是美國NASA的ESE計劃中最重要的傳感器。它具有36個通道,空間分辨率為250~1000m,是新一代的圖譜合一的遙感儀器。它的數(shù)據(jù)在地球長期觀測、地球環(huán)境監(jiān)測、自然災害監(jiān)測方面具有廣泛的應用前景和重大意義。目前已有44個MODIS數(shù)據(jù)產(chǎn)品可以用來進行全球變化 研究 ,即MOD01~MOD44。這些產(chǎn)品可分為4部分:輻射率和定位產(chǎn)品(RadiometricandGeo-locationProducts)、大氣產(chǎn)品(AtmosphereProducts)、海洋產(chǎn)品(OceanProducts)以及陸地產(chǎn)品(LandProducts)。
美國還應用遙感與GIS技術對密西西比河流域地區(qū)土地資源、岸線資源、農用地資源、海岸帶灘涂資源等進行調查與動態(tài)監(jiān)測。遙感作為一種高效的信息采集手段,為GIS提供了信息源和數(shù)據(jù)更新手段,而GIS提供一系列基本數(shù)據(jù)庫,補償了衛(wèi)星數(shù)據(jù)的不足,并增強信息處理和 分析 能力,提高遙感數(shù)據(jù)的分類精度。系統(tǒng)利用TM和SPOT遙感影像數(shù)據(jù)以及地圖資料,對流域的地形、巖性、土壤類型、氣候條件、植被類型、城市布局、兩岸工廠和排污口分布等多種因素進行 分析 ;根據(jù)流域的數(shù)字高程模型(DEM)可以計算出流域的坡度、坡向、坡長等地形參數(shù),再根據(jù)地理信息系統(tǒng)的氣候、土壤等數(shù)據(jù),根據(jù)環(huán)境模型可以計算出流域的水質變化,進而可判斷出密西西比河的水質受流域自然環(huán)境背景和人工排污量影響的程度。
臺灣為了 研究 基隆河水質受到流域環(huán)境背景和人類活動的影響,運用TM影響和SPOT像,在地圖資料、統(tǒng)計資料以及實例資料的基礎上,結合遙感和GIS技術,對基隆河水質及其與環(huán)境背景和城市污染的關系作了 分析 。根據(jù)遙感影像灰度值與水體反射率和水中懸浮物含量之間的相互關系,運用SPOT影像和實例數(shù)據(jù)將基隆河懸浮固體含量分為4級。并進行了基于GIS專題信息的基隆河流域環(huán)境遙感制圖,通過水體懸浮物濃度等級與環(huán)境背景、排污口的比較,通過計算各等級水體與各種環(huán)境背景相鄰的邊界長度,得出基隆河懸浮物含量主要受環(huán)境背景和城市排污的影響。
2、光學環(huán)境監(jiān)測技術是環(huán)境監(jiān)測技術的發(fā)展趨勢
從監(jiān)測技術發(fā)展趨勢來看,靈敏光譜技術是最新一代技術,是今后30~50年的主流技術和替代技術。對煙道監(jiān)測來講,光技術相對簡單、自動化、抗干擾性高、連續(xù)性好,可隨時對數(shù)據(jù)進行加工處理,遠程感測監(jiān)測儀也可以對機動車輛的尾氣進行行進監(jiān)測。近幾年,國外在遠程監(jiān)測空氣質量和污染方面,已經(jīng)開發(fā)出兩種新型儀器。一種是差分光譜吸收儀(簡稱DOAS系統(tǒng)),它可以同時監(jiān)測幾種氣體,尤其是在監(jiān)測芳香族氣體包括苯在內,有著現(xiàn)有其他同類儀器所無法比擬的優(yōu)越性。單獨的望遠鏡即可以傳輸光束,又可以接收從反光鏡折回的光束,排除了遠程安置光源的需要,并確保了光的準確對中。采用專利掃描技術,使用實驗室參照光譜來簡化校準工作。這樣使得儀器外型小巧,造價更低。另外一種是新型紅外系統(tǒng)(也稱LASAIR),用來監(jiān)測某些重要氣體。它的特點是靈敏度極高,不受其他氣體的干擾,可以連續(xù)監(jiān)測煙道排放氣體和進行遠距離(長達1公里)監(jiān)測。儀器的響應時間在理想狀態(tài)下可小于1秒。LASAIR系統(tǒng)為特殊氣體的監(jiān)測提供了高優(yōu)先權,具有專一性。并且不受其他氣體的干擾,靈敏度高,響應時間快,適用于煙道監(jiān)測、車輛尾氣和其他特定污染源的監(jiān)測。
3、環(huán)境監(jiān)測儀器向物理、化學、生物、電子、光學等技術綜合應用的高技術領域發(fā)展
比較有代表性的是生物傳感器。生物傳感器是一門由生物、化學、物理、醫(yī)學、電子技術等多種學科互相滲透成長起來的高新技術,是一種將生物感應元件的專一性與一個能夠產(chǎn)生和待測物濃度成比例的信號傳導器結合起來的 分析 裝置。由于其具有選擇性好、靈敏度高、 分析 速度快、成本低、能在復雜體系中進行在線連續(xù)監(jiān)測的特點,已在生物、醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測、食品、醫(yī)藥、及軍事醫(yī)學等領域顯示出廣闊的應用前景,引起了世界各國的極大關注。
Gronow將生物傳感器定義為“一種含有固定化生物物質(如酶、抗體、全細胞、細胞器或其聯(lián)合體)并與一種合適的換能器緊密結合的 分析 工具或系統(tǒng),它可以將生化信號轉化為數(shù)量化的電信號”。生物傳感器一般由兩個主要部分組成:一是生物分子識別元件(感受器),是具有分子識別能力的生物活性物質(如酶、抗體、組織切片、細胞、細胞器、細胞膜、核酸、有機物分子等);二是信號轉換器(換能器),主要有電化學電極、光學檢測元件、熱敏電阻、場效應晶體管、壓電石英晶體及表面等離子共振器件等。當待測物與分子識別元件特異性結合后,所產(chǎn)生的復合物通過信號轉換器轉變?yōu)榭梢暂敵龅碾娦盘?、光信號等,從而達到 分析 檢測的目的。
與傳統(tǒng)的 分析 方法相比,生物傳感器這種新的檢測手段具有如下優(yōu)點:(1)生物傳感器是由選擇性好的生物材料構成的分子識別元件,因此一般不需要樣品的預處理,樣品中的被測組分的分離和檢測同時完成,且測定時一般不需加入其它試劑。(2)由于它的體積小,可以實現(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測。(3)響應快,樣品用量少,且由于敏感材料是固定化的,可以反復多次使用。(4)傳感器連同測定儀的成本遠低于大型的 分析 儀器,便于推廣普及。
生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的一個重要應用是水質 分析 ,測定環(huán)境污染指標生化需氧量-BOD。眾所周知,BOD是衡量水質受有機物污染程度的指標,同時也是污水處理工程的重要設計參數(shù)。傳統(tǒng)測量BOD的方法所需時間長(5d)、操作復雜、準確度低,無法進行現(xiàn)場快速檢測和連續(xù)在線 分析 ,且需要昂貴儀器。BOD傳感器由固定化微生物膜和氧電極組成,制備時,用醋酸纖維素(或聚四氟乙烯、聚乙烯)將微生物固定并制成微生物膜,將此膜緊貼在氧電極的透氣膜上即可。采用這種傳感器測定水樣,一般只需15min,且重現(xiàn)性好,線性響應范圍寬。
微生物傳感器也可監(jiān)測CO2、NO2、NH3、CH4之類的氣體。如發(fā)酵工藝排水中NH3的測定傳統(tǒng)方法多使用玻璃電極,但它易受揮發(fā)性氨或離子的影響,于是有人研制出微生物傳感器來測定NH3。所用的微生物包括硝化單胞菌和硝化桿菌,將它們吸附在多孔醋酸纖維素膜上,然后把此微生物膜緊貼在氧電極端部,并在其上覆蓋一層透氣膜即制成測定NH3的微生物傳感器。該傳感器測量的線性范圍為0.1~42mg/L,相對誤差為±4%,整個測量過程只需幾分鐘。
第二節(jié) 國內 產(chǎn)業(yè)政策 導向
為了加大未來幾年儀器儀表產(chǎn)業(yè)的發(fā)展力度,國家相關部門將集中力量調整產(chǎn)品結構,按照國際先進標準組織生產(chǎn),促進產(chǎn)業(yè)升級。優(yōu)先發(fā)展一批為經(jīng)濟發(fā)展和國家經(jīng)濟建設、技術改造服務的重點產(chǎn)品,扶持一批市場前景看好、進出口逆差大、體現(xiàn)高技術水平、對 行業(yè) 有較強帶動作用的換代產(chǎn)品。
國家政策加大對五類儀器儀表產(chǎn)品的扶持和鼓勵發(fā)展力度,在經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的趨勢下,環(huán)境保護工作越來越重要,作為環(huán)境保護必不可少的環(huán)境監(jiān)測儀器儀表,也在重點發(fā)展對象之列。
環(huán)境監(jiān)測儀器儀表,重點發(fā)展大氣環(huán)境、水環(huán)境的環(huán)保監(jiān)測儀器儀表、取樣系統(tǒng)和環(huán)境監(jiān)測自動化控制系統(tǒng)產(chǎn)品,到2005年產(chǎn)品及系統(tǒng)的技術水平達到90年代后期的國際先進水平,產(chǎn)值30億元,國內市場占有率達到50%-60%左右。到2010年將擴至70億元以上,市場占有率達到70%以上。
第三節(jié) 2005-2006年儀器儀表及文化辦公機械制造業(yè)運行狀況 分析
一、2005年儀器儀表及文化辦公機械制造業(yè)運行狀況
2005年儀器儀表及文化、辦公用機械制造業(yè)收入前十家企業(yè)
二、2006年1-3月儀器儀表及文化辦公機械制造業(yè)運行狀況
2006年1-2月銷售收入前五名地區(qū)
2006年3月儀器儀表及文化、辦公用機械制造業(yè)運行狀況
第四節(jié) 國內外 行業(yè) 發(fā)展現(xiàn)狀
一、國內 行業(yè) 發(fā)展現(xiàn)狀
目前,我國環(huán)境監(jiān)測儀器儀表在品種、數(shù)量、性能、質量上遠遠滿足不了實際工作中的需要。全國大部分監(jiān)測站的儀器裝備技術含量很低,功能單一,穩(wěn)定性和可靠性差,亟待更新?lián)Q代。有關專家認為,環(huán)境監(jiān)測儀器設備生產(chǎn)企業(yè)將向兩個方向分化,一類是大型的具有國際競爭能力的綜合性企業(yè),一類是一批極其專業(yè)化的中小型企業(yè),主要擅長某類技術或精于某種產(chǎn)品或服務,其特點是規(guī)模小、人員專、富于經(jīng)驗。一大批生產(chǎn)企業(yè)迅速發(fā)展,開始改變我國環(huán)境監(jiān)測領域只靠進口儀器的現(xiàn)狀。同時企業(yè)、高校、科研機構、設計單位、金融、市場中介實現(xiàn)溝通與互動,促進規(guī)?;a(chǎn)企業(yè)和規(guī)?;袌龅男纬?。
我國環(huán)境監(jiān)測儀器市場存在的問題:
1、我國環(huán)境監(jiān)測儀器多是中小企業(yè)生產(chǎn)的中低檔產(chǎn)品,技術水平一般,產(chǎn)品種類少,故障率高,使用壽命短。這樣使得監(jiān)測頻次低、采樣誤差大、監(jiān)測數(shù)據(jù)不準確,不能及時反映排污狀況,既影響環(huán)境管理的科學決策和執(zhí)法的嚴肅性,又易挫傷企業(yè)治理污染保護環(huán)境的積極性。如各種污染源排放在線監(jiān)測系統(tǒng)對高溫、高濕、高顆粒物含量等帶來的測量問題都沒有很好地解決,煙塵在線自動監(jiān)測系統(tǒng)在我國基本上還是空白,這極大地限制了煙塵總量控制制度的實施。
2、 研究 開發(fā)能力較低,在線監(jiān)測儀器的系統(tǒng)配套生產(chǎn)能力較低,不能適應市場的需要。高質量的 分析 儀、專用監(jiān)測儀器和自動監(jiān)測系統(tǒng)多是國外引進的,因此國產(chǎn)儀器占有的份額很小。在我國國產(chǎn)儀器中,大氣監(jiān)測儀器的占有率在70%左右,水質監(jiān)測儀器的占有率在60%左右,這些儀器大多是國際80年代的水平,不能適應實際需要;而污水處理廠需要的儀器儀表基本上仍靠進口。國外大企業(yè)的研發(fā)費用一般占到企業(yè)銷售總額的5~10%,我國好一點的企業(yè)也只有1%,而產(chǎn)品使用周期又遠遠大于發(fā)達國家。
3、經(jīng)營管理能力差,勞動生產(chǎn)率不高,趨同化傾向嚴重。究其原因,有關專家認為,一是大型國有企業(yè)運行機制問題,未發(fā)揮好骨干作用;二是小企業(yè)蜂擁而上,缺乏技術缺乏資金,低水平重復的較多,儀器的質量和性能均不能與國外進口儀器抗衡;三是 研究 院校與企業(yè)缺乏緊密合作機制,不能快速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化;四是政府對開發(fā)研制環(huán)境科學儀器的投資和風險投資不足。
4、市場存在供求矛盾,技術含量高的產(chǎn)品短缺,無法適應嚴格的環(huán)境管理需要。以環(huán)境空氣質量自動監(jiān)測系統(tǒng)為例,根據(jù)目前的市場能力 分析 ,預計我國“十五”期間的供給能力不足,部分系統(tǒng)尚需依賴進口。目前,環(huán)境監(jiān)測儀器 行業(yè) 的規(guī)模小、技術水平落后、競爭無序化等問題,尤其技術性能不穩(wěn)定、成套性水平低等問題而導致中低檔產(chǎn)品供大于求。
5、環(huán)境自動在線監(jiān)測市場亟待拓展。自動在線監(jiān)測設備 市場發(fā)展 緩慢的原因,一是各地重視程度不夠;二是儀器設備質量不夠理想,服務不到位,無法與國外產(chǎn)品競爭;三是不規(guī)范操作和不正當競爭導致市場無法健康發(fā)展,難以吸引國外先進技術;四是企業(yè)對安裝自動監(jiān)測儀器存在阻力,缺乏法律支持。
二、國外 行業(yè) 發(fā)展現(xiàn)狀
水質自動監(jiān)測儀器仍在發(fā)展之中,歐、美、日本、澳大利亞等國均有一些專業(yè)廠商生產(chǎn)。目前,經(jīng)較成熟的常規(guī)項目有:水溫、PH、溶解氧(DO)、電導率、濁度、氧化還原電位(ORP)、流速和水位等。常用的監(jiān)測項目有:COD、高錳酸鹽指數(shù)、TOC、氨氮、總氮、總磷。其他還有:氟化物、氯化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氰化物、硫酸鹽、磷酸鹽、活性氯、TOD、BOD、UV、油類、酚、葉綠素、金屬離子(如六價鉻)等。目前的自動 分析 儀一般具有如下功能:自動量程轉換,遙控、標準輸出接口和數(shù)字顯示,自動清洗(在清洗時具有數(shù)據(jù)鎖定功能)、狀態(tài)自檢和報警功能(如:液體泄漏、管路堵塞、超出量程、儀器內部溫度過高、試劑用尺、高/低濃度、斷電等),干運轉和斷電保護,來電自動恢復,COD、氨氮、TOC、總磷、總氮等儀器具有自動標定校正功能。
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