Все о датчиках температуры.
Первый универсальный русскоязычный портал

Символ нового года

Какой будет метрология через десять лет?

15.06.2012 | Автор: Моисеева Н.П. | Полемические заметки | Количество просмотров: 8443 | Комментарии (10)

 

npl

Прогнозы развития науки и техники это дело не новое. Вероятно, каждый научно-исследовательский институт сталкивался с ситуацией, когда требуется составить прогноз на десять лет вперед. Какой толк в долгосрочном прогнозировании? Ответственности здесь никакой, примерно как в прогнозе погоды. Однако если прогноз составлен учеными, которые работают на передовом крае науки и возглавляют отдельные направления в мировом масштабе, то прогноз может сыграть очень положительную роль в планировании тематики исследований и их финансирования. 

Заглянуть на десять лет вперед и предсказать какой будет метрология в 2020-х годах. Такая задача была поставлена перед учеными национальной физической лаборатории (НФЛ, Англия). 

Чтобы разработать данную концепцию необходимо было хорошо знать состояние измерений в различных областях, оценить технические новинки, которые будут широко доступны в ближайшие десять лет, приоритеты и требования современных потребителей, а также влияние метрологии и системы единиц на развитие науки. Прогноз опубликован на сайте НФЛ. Приведем краткое введение к этому интересному документу. Полную версию см. по ссылке: http://www.npl.co.uk/2020vision/ 

Концепция основана на уверенности в том, что произойдут несколько важных событий, которые повлияют на метрологию:

- переопределение системы единиц СИ, которое включает также новые методы передачи размера единицы,

- развитие и широкое внедрение недавно появившихся квантовых, био и нано технологий для изготовления сенсоров.

-  увеличение мощности и возможностей компьютеров, которые смогут обрабатывать огромное количество данных и изображений из различных источников.

- внедрение мульти-шкального и мульти-физического моделирования и симуляции, основанного на анализе данных измерений.

- рост потребностей конечных пользователей в он-лайн и сетевых сервисах.

 Полный отчет-прогноз состоит из четырех тематических частей: Новая система единиц СИ, Измерения на границе возможного, Интеллектуальные и сетевые измерения, Встроенные измерения.

 Новая СИ

Как результат внедрения новой системы, основанной на фундаментальных константах, несколько базовых единиц будут переопределены. Будут уничтожены последние физические носители размера единицы. Это откроет следующие возможности:

- поскольку базовые единицы можно будет реализовать по их определению, то сократится цепь метрологической прослеживаемости,

- научные исследования на передовых направлениях науки и технологии получат дополнительный стимул,

- будет создано стабильное основание для дальнейшего исследования базовых законов физики и фундаментальных констант.

 Измерения на границе возможного

Стремительное развитие науки и техники ограничивается возможностями метрологии. Это приводит к необходимости внедрения новых методов измерений за границами сегодняшних возможностей. Например:

- измерения в диапазоне шкал длины от атомных до очень больших

-измерения свойств и характеристик в диапазонах шкал времени от аттосекунд до тысячилетий

- измерения в сложных и агрессивных средах и в условиях реального мира

- измерения в условиях быстроменяющейся среды. 

Интеллектуальные и сетевые измерения

Внедрение мульти сенсорных и мульти узловых измерений будет стимулировать развитие сетевого обмена информацией с использованием Интернета. Объекты измерений могут быть связаны в единую глобальную сеть.

- этому помогут новые возможности в компьютерных, программных и коммуникационных технологиях.

-  появятся новые средства измерений и сенсоры, выполненные на основе квантовых, био и нано технологий, соединенные в измерительную цепь,

- датчики  и системы будут интеллектуальными, т.е смогут калиброваться через сетевые подключения путем синтеза данных, что приведет к новой интерпретации понятия прослеживаемости через систему. 

Встроенные и всеобъемлющие измерения

Способность к измерению будет встраиваться в самое сердце продуктов и систем, как в случае «технической конвергенции» (тип систем, позволяющих выполнять аналогичные задачи).

- Измерительная система на важных объектах будет «всегда включена» и «всегда калибрована» в реальном времени

- Метрология будет внедряться в машину или измерительную установку на стадии разработки конструкции. Это будет важнейший параметр функциональности системы.

- Новый подход к поставке товаров заказчику даст доступ к прослеживаемости результатов непосредственно из точки измерения, так, что конечный пользователь сможет встроить метрологию в производственный процесс, продукты и услуги.

 После ознакомления с таким прогнозом у меня в воображении возникает интересная картина. Покупаю я какой-то прибор, например, холодильник. В него уже встроено множество нано датчиков, все датчики встроены в беспроводную сеть, которая связывает их с производителем. Он следит за моим холодильником, периодически тестирует датчики дистанционно, и в случае не прохождения теста дает мне сигнал. На бытовом уровне это вообще-то не обязательно. А на уровне производств, а особенно опасных объектов, это был бы огромный шаг вперед. 

Сбудется ли все, что предсказывают ученые метрологи? И если сбудется, дойдет ли прогресс до нашей страны? В любом случае, прогресс в метрологии и прогресс в науке и технике будут идти параллельно. Одно без другого существовать не может.

Источники

Картинка в статье с сайта www.npl.co.uk

Картинка для аннонса - с сайта http://i-russia.ru

Другие статьи раздела

Все статьи раздела "Полемические заметки"

Комментарии:

Александр Магунов, | НИИ ПМТ

Прочитал весь “прогноз”, составленный в НФЛ, убедился в отсутствии собственных идей у метрологов. Метрологи НФЛ в данном случае не предсказывают. В этом “прогнозе” они собрали из предметных областей всем известную информацию о проблемах, задачах, методах и технологических возможностях. Метрологи описывают здесь в основном то, что собираются и будут делать, или уже делают, совсем другие люди. Прогноз в своей области – это когда специалисты видят собственные возможности и препятствия, предсказывают задачи, которые придется решать им самим, прикладывая свои личные усилия. Какой смысл перечислять успехи вычислительной техники, математического моделирования, создания новой элементной базы в сенсорике, уменьшения веса прочных металлических сплавов – об этом знают все, и эти усилия и результаты - не заслуга метрологов. Что нового и содержательного в их утверждении, что впереди нас ожидает рост числа научных открытий, инноваций, исследований и разработок? Что относят метрологи НФЛ к измерениям, “лежащим за границами сегодняшних возможностей” (beyond the boundaries of today’s measurement capability)? Вот что (стр.8): 1). Измерения “At a range of length scales from the atomic to the very large”. На самом деле измерения в области размеров порядка 1 Ангстрема идут несколько десятилетий с помощью нескольких методов. Некоторые методы имеют даже существенно более высокую точность. Первый обзор по лазерной интерферометрии для измерения перемещений порядка 1 пм (это в сто раз меньше диаметра атома водорода, равного 0.1 нм) опубликован в УФН в 1978 г. И естественные эталоны в той области имеются, это атомы и молекулы. Что здесь надо “предсказывать”? А в диапазоне очень больших расстояний измерения и оценки проводятся с 20-х годов XX века астрономами (Э.Хаббл и др.). Какова здесь роль метрологов? 2). Измерения времен в диапазоне от аттосекунд до тысячелетий. Этот “прогноз” НФЛ сделан по правилам грамматики, но не физики или техники. Если в 70-е годы физиками развивались методы измерения в пикосекундной области, а в 80-е и 90-е – в области фемтосекундной, то кажется естественным, что через 20 лет наступит пора аттосекундных измерений. Более того, интервал времени в 20 аттосекунд уже измерен, это задержка между ионизацией 2p- и 2s-орбиталей в атомах неона под действием УФ излучения. Таким образом, здесь дело практически сделано, а в запасе еще 10-20 лет, в соответствии с “предсказанием”. Чем рисковали метрологи, “предсказывая” измерение тысячелетий? Такое измерение связано, наверное, с наличием или отсутствием часов, время жизни которых не меньше этого срока. Такие стабильные и долгоживущие часы открыты в конце 60-х в космосе – это пульсары и двойные звезды. Пример заимствования чужой собственности. На стр.14 написано: “Better characterisation and simulation of the durability of fusion containment materials under the influence of high energy neutron bombardment will require plasma temperature characterisation”. Измерением температуры горячей плазмы занимались, начиная с 50-х годов, многие институты и лаборатории СССР, США, Великобритании, позднее этим стали заниматься в Японии, Франции, Испании и др. странах. Наиболее распространенным методом измерения температуры электронов плазмы (а в некоторых случаях и ионов) является томсоновское рассеяние. Первое прямое измерение температуры плазмы в советском токамаке Т-3 провели этим методом в 1968 г. английские физики из лаборатории Калэм (Culhem, UK). Метод относится к лазерной термометрии, о которой метрологи знают очень мало, а в разработке совсем не участвуют. Сейчас решена задача измерения температуры с пространственным разрешением порядка миллиметра при диаметре плазменного шнура около метра. Но эту задачу решали и решили не метрологи. Еще пример. На той же стр. 14 написано: “New sensing methods for aero-engine hot-zone temperature measurement will allow optimum fuel effi¬ciency and emissions control”. Эту задачу – влияние температуры горения топлива в авиационных двигателях на полноту сгорания и состав продуктов горения, способы дополнительной нетермической активации горения с целью снижения выбросов окислов азота, сажи и окиси углерода – давно изучают в ряде институтов, эти статьи легко найти. Как раз термометрией пламени с помощью спектральной пирометрии мы сейчас занимаемся, но никаких метрологов поблизости не наблюдали – ни английских, ни отечественных. Так в чем здесь роль метрологов? Откуда они возьмут “new sensing methods”, если вечно возятся с древними термопарами, пирометрами и платиновыми термометрами? Ведь новые методы, которые, безусловно, будут созданы, появятся вовсе не в метрологии, как это было и прежде (разве А.Е.Кадышевич или А.Г.Гейдон, авторы прекрасных обзоров по пирометрии пламени – метрологи? ничуть не бывало). На каждой странице “прогноза” НФЛ легко найти следы заимствований. Тут и биомаркеры, и диагностика биологических клеток и тканей, и новые терапевтические методы и лекарства, и анализ состава атмосферного воздуха. Но ведь все это создается и развивается без вмешательства метрологов. В чем, например, проявляется их роль в создании лекарств? Они об этом не пишут, но создают “цельнотянутую” концепцию будущего. Упоминание о температуре в 20-страничном тексте встречается 13 раз: Стр.12. Температура упоминается наряду с влажностью, отражательной, излучательной и пропускающей способностью сред в задаче мониторинга климата. Стр.13. Температура воды и суши – измерение с помощью автономных, самокалибрующихся и самотестирующихся сетевых сенсоров. Стр.14. Упоминается температура трех объектов: термоядерной плазмы, ядерных энергетических установок и аэродвигателей. Стр.17. Распределенные самокалибрующиеся температурные сенсоры способны обеспечить оптимальный контроль процессов. Стр.18. Упоминаются высокотемпературные реперные точки для сверхточных радиометрических стандартов. Стр.19. Новое поколение квантовых электрических стандартов, действующих при комнатной температуре. Стр.21. Улучшенные томографические методы измерения температуры в реальном времени для активной терапии. Стр. 21. Упоминается в ряду критических параметров, являющихся индикаторами здоровья (температура, давление крови, сахар в крови, плотность костей и т.д.). Стр.22. Температурная история продуктов питания для контроля качества. Стр.23. Долговременные измерения температуры для контроля состояния хранилищ ядерных отходов. Стр.23. Температурные сенсоры в пищевых процессах. Вот и все, что метрологи НФЛ “предсказали” в области температурных измерений. Что здесь нового? Зачем надо было собираться и сочинять этот беспомощный “прогноз”? Казалось бы, в прогнозе речь должна идти об обоснованной экстраполяции тенденций в области каждой единицы измерения. Например, можно ли путем экстраполяции ранее полученных результатов предсказать состояние через 10 лет новых методов термометрии, таких, как нейтронная, электронная, радиочастотная, микроволновая, лазерная, рентгеновская термометрия? Это и представляется предметом и целью прогноза, ожидаемого от профессионалов в области термометрии. Какие из методов могут стать первичными? Что для этого требуется сделать? Появления каких методов, неизвестных сейчас, можно ожидать? Но НФЛ не в состоянии делать подобные прогнозы в области термометрии. А то, что Земля будет покрыта сетью температурных датчиков для мониторинга климата, является не прогнозом, а очевидностью. Технических препятствий для выполнения такой программы нет уже сейчас – есть массовое производство термометров, глобальная спутниковая связь, суперкомпьютеры для обработки данных, непрерывно поступающих с миллиардов термометров. Документ НФЛ интересен тем, что показывает: метрологи Великобритании иначе понимают содержание и задачи метрологии, чем наши отечественные метрологи. Сотрудникам НФЛ все, что связано с развитием измерительных методов, с созданием новых методов, кажется метрологией. Для наших метрологов метрология – это не создание методов, а улучшение точности платинового термометра. Новых методов наша метрология не создает и не интересуется ими. Кстати, термин “метрология” в тексте НФЛ не определен, под этим метрологи благодушно подразумевают все хорошее и перспективное. Или, по умолчанию, надо полагать, что “метрология – это то, чем занимаются метрологи”. Для сравнения. Что такое ответственный научно-технический прогноз? В конце 60-х годов фирма Bell Systems опубликовала прогноз нововведений в средствах связи в следующие десятилетия. Там был внятно и недвусмысленно описан мобильный телефон и структура сотовой связи. В частности, было сказано, что каждый житель Земли будет всегда иметь при себе индивидуальный телефон, доступный отовсюду в любое время, независимо от того, где находится его владелец. Отсутствие ответа от владельца телефона должно означать, что его (владельца) нет в живых. На русском языке этот прогноз был опубликован в 1974 г. в замечательной книге Эриха Янча “Прогнозирование научно-технического прогресса”. Такой прогноз для советского читателя выглядел тогда чудовищной фантазией, потому что очереди на квартирные телефоны тянулись по несколько лет, а тут речь шла о беспроводном телефоне для каждого человека. Но через 20 лет мобильники уже вовсю работали, а лет 7-8 назад они стали массовым средством связи и в нашей стране. Возможно, в том прогнозе имелся в виду еще и следующий шаг (телефон, который нельзя потерять, сломать, похитить). Вот как делают прогноз специалисты в предметных областях. “Прогнозы” NPL 2012 г. неизмеримо ниже по содержательности, чем прогнозы Bell Labs 60-х. Таковы впечатления от нового метрологического документа НФЛ. Вывод: метрология в 20-е годы XXI века будет такой же безликой и неинтересной областью, какой она является и сейчас.

Моисеева Н.П., | Гл. редактор

Александр Николаевич, Вы правильно заметили, что в прогнозе НФЛ метрологи не выделяют специально метрологию среди других наук. Будущее за взаимодействием различных областей научных исследований. Думаю, что Ваше утверждение, что все «создается и развивается без вмешательства метрологов» не справедливо. Однако я согласна, что, судя по прогнозу, британские ученые иначе понимают содержание и задачи метрологии, чем наши отечественные метрологи.

Александр Магунов, | НИИ ПМТ

Поскольку рациональные утверждения проходят мимо художественного восприятия, свойственного метрологам, лучше использовать для полемики их собственный метод. Метрологический гекзаметр *** Многие лета метролог считал, что работал в науке. Он заблуждался, увы… Но заблуждал и других. Шествуя всех позади, собирал он за фронтом трофеи, И приспосабливал их с пользой большой для себя… Позже отчет сочинил, как он первым поднялся в атаку, И увлекая бойцов, первым ворвался в редут… ***

Григорий С.,

Какая разница кто "первым ворвался в редут". Важен результат, а не первенство. Наука невозможна без точных измерений. Измерения - это метрология. В метрологии, как и в любой науке есть ученые честные и нечестные, хорошие и плохие, обиженные на всех и оптимисты.

Александр Магунов, | НИИ ПМТ

“Тут прибежали санитары и зафиксировали нас…” Григорий С., Вы все сказали безупречно (по правилам грамматики), но, по существу, это – банальности. Могу ответить Вам столь же тривиально: полезно не только умение писать, но и умение читать. По существу. Нельзя ли к общеизвестным сведениям добавить конкретности – сообщить, кто в метрологии, связанной с температурными измерениями, по Вашему мнению, “ученые хорошие”? Какие существенные результаты ими получены? Где можно узнать про обнаруженные “хорошими учеными” новые факты, созданные новые методы, развитые новые представления? В чем значение этих результатов? Где они опубликованы? Не могли бы Вы сделать обзор достижений метрологии в термометрии за последние 10-20 лет? А то у метрологов, мне кажется, на уме вечно только Реомюр да Жомини… К слову: все-таки хорошо отвечать на гекзаметры хотя бы ямбами или хореями, а не скучной прозой…

Моисеева Н.П., | Гл. редактор

Александр Николаевич, мне понравилось простое и точное высказывание Григория. Думаю многие метрологи его поддержали бы. Как судить что банально, а что нет? Иногда в самых простых и банальных фразах больше смысла, чем в амфибрахиях и гекзаметрах. Вы предлагаете сделать обзор достижений метрологии в термометрии за последние 10-20 лет? Глобального действительно ничего не произошло. Думаю, что платиновый термометр, например, еще долго будет служить людям. Вы заметили, что термометры уже не те, что были в начале 20 века? Именно за последние 10 лет получили развитие пленочные миниатюрные контактные термометры? Их раньше не было. Не так важно, что это не российское изобретение. Как Григорий правильно пишет, не важно, кто первым ворвался в редут.. Это один небольшой пример. Неконтактные методы тоже развиваются. Тому подтверждение Ваш раздел «Лазерная термометрия» у нас на сайте. Еще раз спасибо за этот раздел. Если есть возможность и желание, мы предлагаем Вам дополнить раздел «Новейшие методы» методами спектральной термометрии. С уважением, Гл. редактор Temperatures.ru Моисеева Н.П.

Александр Магунов, | НИИ ПМТ

Наталия Павловна, кому же не понравится высказывание Григория. Народ (хотя бы в лице единственного представителя) на стороне метрологов. Да и Григорий, конечно, одобрит Ваше мнение о его высказывании – что оно “простое и точное”. Правда, он допустил подмену: у меня речь о метрологах, у него о метрологии. Совсем не всегда это одно и то же: кормиться от метрологии - и развивать измерительные инструменты науки. Что такое внятная и содержательная работа по метрологии, можно понять, прочитав статью Н.Г.Басова и Г.Д.Колмогорова “Единый эталон времени, частоты, длины” (Н.Г.Басов. О квантовой электронике. М.: Наука-Физматлит, 1987. С.310-335). По термометрии ничего подобного ни читать, ни слушать не приходилось. Вы недавно сообщали, что “искусство это хорошо, а не плохо”. И даже собирались “на эту тему что-нибудь написать ”. Я подождал-подождал, да и сделал это сам. Но теперь уже Вас не устраивают мои самодельные метры - ни гекзаметр, ни амфибрахий. Известный метролог Д.И.Менделеев положил тому начало: пустяками не занимался, для занятий поэзией держал зятя – А.А.Блока. Дальше – больше: наши метрологи отнесли к пустякам все, чем им не хочется заниматься. А не хочется им заниматься в термометрии почти ничем, кроме проведения заседаний, церемоний и переписывания резолюций. Но при этом они любят выглядеть причастными к развитию, которое все-таки еще происходит, вопреки их пассивному сопротивлению, проистекающему от лени и нелюбознательности. А больше всего они любят участвовать в том празднике жизни, который им обеспечивают международные торговые отношения. Существуют ли в термометрии другие метрологи, те, для которых метрология - это раздел физики, и они работают на равных со всеми, а не далеко позади? Одного такого физика-метролога я знаю. Возможно, еще кого-то недоглядел. Но сейчас в отечественной термометрии их не наберется и трех на всю страну, судя по публикациям. Поэтому уже много лет и остается без метрологического обеспечения лазерная термометрия. То же самое ждет и спектральную пирометрию. Вот с этим и связано мое отношение к метрологам. Как говорят – ничего личного. Разве Вам это не понятно?

Миша, | ДонНУ Физ-тех

Сложно..........

Николай, | ДонНУ ФИЯ

Я учусь на факультете иностранных языков, мне вообще все равно. Мне хотя бы знать не умру ли я через пару лет, не говоря уже о метрологии. А представьте на секундочку какими будут мемы через десять лет... Вот это настоящая тема для размышлений, а не эта ваша метрология. Вот что действительно волнует современное общество. Мемы... Они повсюду! Готов поспорить, они скоро захватят наш мир, вы и глазом моргнуть не успеете. А все почему? Потому что в тот момент будете думать о метрологии. Не совершайте ошибок, думайте о мемах и берегите себя.

Добавить комментарий: