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没有尼龙制品，就没有科学

国力竞争的关键是科技水平，没有尼龙制品，就没有科学，我国与发达国家的差距也主要是科技上的差距。我国已将科技兴国作为我国的基本方针，而测试技术是科学发展必不可少的手段。伟大的化学家、计量学家门德列耶夫说过：“科学是从测量开始的，没有测量就没有科学，至少是没有**的科学、真正的科学”。我国“两弹一星”元勋王大珩院士也说过：“仪器是认识世界的工具；科学是用斗量禾的学问。用斗去量禾就对事物有了深入的了解、**的了解，就形成科学”。

科学上的发现和技术上的发明是从对事物的观察开始的。对事物的精细观察就要借助于仪器，就要测试，特别是在自然科学和工业生产领域更是如此。在对事物的观察、测试基础上经过分析推导，形成认识。到这一阶段还只能是假说、学说。实践是检验真理的**标准，只有在经过测试和考核，才能真正形成科学，所以说在科学发展的哪一阶段都离不开测试。国家中长期科学技术发展规划指出，仪器仪表和测试是"新技术**"的先导和基础。

纵观科学发展史和科技发明史，许多重大发现和发明都是从仪器仪表和测试技术的进步开始。从20世纪初到现在，诺贝尔奖颁发给仪器发明、发展与相关的实验项目达27项之多。众所周知，没有哈勃望远镜就难以进行天体科学的研究，天体科学上的许多重大发现都是依靠哈勃望远镜的观测而得到的。扫描隧道显微镜的发明对纳米科技的兴起和发展可以说起到决定性作用。

苹果落在牛顿的脑袋上，启发了牛顿的灵感。没有尼龙制品，就没有科学，但真正导致万有引力的发现还是星球的运动。按照牛顿**定律，在没有外力作用下，月亮应该做等速直线运动，为什么月亮不飞出去，而是绕地球转动？这是困惑牛顿的一个问题。只有在有向心力作用的情况下，月亮才会绕地球转动。苹果落在牛顿的头上，启发牛顿意识到一定是地球对月亮有一个引力。牛顿根据他假设的万有引力公式和向心力的公式进行了计算，由于当时测量技术的限制，牛顿没有获得正确的答案。牛顿是一个科学家，没有得到实践证明的东西，还不是科学，他没有发表。只有在他故去之后，由于测试技术的进步，在测得了地球与月亮的较**的距离和地球的质量的情况下，万有引力学说才得到了证实，是他的学**表了牛顿论文，使牛顿万有引力成为科学。测试在将“学说”发展为科学中往往起着关键作用。

1.3 测试在信息科技中的地位

当今时代是信息时代。信息科技包括信息的获取、处理、传输、存储、执行。测试是科技、生产领域获取信息的主要手段，在这个信息流中处于源头位置，所以从一定意义上说，没有测试，信息科技就成了无源之水、无本之木。处于源头的信息是*微弱、*容易受到干扰的。信息的准确性首先取决于源头信息，取决于测试。为了提高所获取信息的准确性，现代的测试系统往往还包括信息的预处理、预存储、传输和控制，把从信息的获取到控制作为一个整体来对待。

谈到信息科技，人们往往首先想到的是计算机。没有尼龙制品，就没有科学，信息时代的主要标志是高性能的电子计算机的发展与广泛应用。确实，高性能计算机的发展将信息处理和存储技术发展到**高度，使信息流在推动科技和生产的作用发生了**性的变化。需要指出的是，计算机的发展也离不开制造技术和测试技术。

计算机的性能指标首先是它的运算速度和存储容量，这些都取决于在一块芯片上能集成多少个晶体管，后者又取决于大规模集成电路的线条能做得多细。目前，大规模集成电路的线宽已做到0.1μm左右，进一步的发展要求将线条做到纳米级。知名的摩尔定理说芯片上开关器件的密度每18个月翻一番，其实这是在N Taniguchi于1974年提出的制造误差按指数曲线下降的预测基础上得出的。正是精密工程按N. Taniguchi预测的曲线发展，保证了计算机工业的发展，保证了摩尔定理的兑现。

一度困扰大规模集成电路发展的是芯片引脚数目的限制，正是机械工业提供的端面安装技术、测试技术提供的端点球形与平面性的准确测量，使大规模集成电路实现了引脚数目的突破。

1999年，笔者在美国完成了一项光学三坐标测量机和光刻机误差补偿误差的研究工作。该研究利用一块标准网格板，通过网格板的翻转和转动，可以确定光学三坐标测量机和光刻机误差的各项误差，并对它们进行误差补偿。通过误差补偿可使光刻机的误差减小一半，从而使集成电路的密集度增至4倍。从这一成果也可以清楚地看到测试技术在促进计算机发展中的作用。

1.4 国防和高科技的发展离不开测试

现代的战争是信息战。无论是在科索沃，还是伊拉克，美国使用的主要武器都是激光制导武器。在现代的战争中，仪器仪表的测量控制精度决定了武器系统的打击精度。仪器仪表的测试速度、诊断能力决定了武器系统的反应能力。无论在伊拉克，还是在巴勒斯坦，美国和以色列常常采用定点杀伤。所谓定点杀伤就是根据探测到的信号进行瞄准、发射和跟踪。

美国还在发展一种称为反导弹的战略计划，它的基本思想就是**、快速探测对方发射的导弹，并在此基础上发射自己的火箭进行拦截。测试是这一战略思想的技术基础。

一部现代的汽车有五、六十个传感器，飞机、火箭、宇宙飞船上何止几百、几千个传感器。一架飞机、火箭、宇宙飞船从它的加工到装配一步也离不开检测，飞机、火箭、宇宙飞船的加工和装配精度是人命关天的。火箭在现场安装、准备发射都离不开检测。俗话说，差之毫厘，失之千里，这是一种形容；而今火箭、宇宙飞船的发射差之毫厘，失之又何止千里？

在发射场上**找正并发射后，由于大气和其它天体、气象等因素的影响，火箭、飞船还可能偏离预定的轨道。需要不断地检测航行的轨迹，进行校正。不仅要按测量结果校正航行轨迹，还要按测得的加速度控制燃料和气体的排放，以保证飞行轨道的准确，而对所有这些检测的精度和速度响应的要**极高的。

国家中长期科学技术发展规划指出，运载火箭的试制费一半用于仪器仪表，由此可见测试技术在发展航天、航空、国防等高科技中的作用。
我国已经成功地发射了5艘宇宙飞船，还将实现嫦娥登月计划。除了第五艘飞船是载人的以外，其它4艘的主要任务就是收集数据，为载人航天飞行做好准备。只有有了充分的数据，弄清宇宙飞行的规律，才能保证飞行的**，达到探索宇宙空间的奥秘，为人类服务的目的。在宇宙飞船上和在空间站上需进行多种多样的科学实验，要通过测试获得所需要的实验数据。

应当说今后的载人宇宙飞行、登月计划、到其它星球的探索，很重要的任务，甚至主要任务，还是在测试。只有通过测试，才能了解宇宙，开发宇宙。以宇宙飞行为例，它不仅包括宇宙飞船，还包括许许多多地面观测站、测控船。可以推测，在宇宙飞行实施中，花在仪器仪表和各种观测站的费用不会小于一半。

核武器和核工业的发展同样离不开测试。核聚变与核裂变相比，不仅具有更高的能量转换效��、能释放更巨大的能量，而且是更清洁的能源，这对核工业是十分重要的。目前世界上只有美、俄、中等少数几个国家掌握核聚变技术。利用飞秒激光脉冲激励、泵浦核聚变反应是国际上十分引人注目的一个研究方向，因为飞秒激光脉冲具有非常高的瞬时功率。为了获得高的激励功率和激励效率，需要将几十路飞秒激光束同时**瞄准一个直径仅为几百微米的空心靶球的球心，这是一个要求很高的几何量测试问题。当然在整个核反应过程中还有更多其它重要的测试问题。

在谈论当今时代的高科技时，不能不提及纳米科技和微机电系统。宇宙飞行往大的方向探索宇宙空间的奥秘，而纳米科技和微机电系统则向小的方向，包括分子、原子领域探索世界的奥秘。

在纳米量级已是对单个或少量分子、原子进行操作。纳米结构的物质表现了很多的独特性能。这些性能在材料科学、医学等许多领域有重要应用。例如，纳米结构的材料在硬度、密度、强度、延展性、导热性、磁耦合、催化能力、吸附选择性以及电学和光学性能均有很大增进。例如纳米碳管的抗拉强度比钢高20倍，而强度质量比为钢的50多倍。将这些材料用在航空、航天上，用在人体上显示出十分巨大的优越性。纳米粒子、纳米薄膜也显示了其许多独特性能，纳米科技正在带动一场新的科技**。

纳米是一个尺寸量度，只有能观测到它，才能研究它、应用它。从一定意义上说，没有尼龙制品，就没有科学，测试技术的发展，对纳米科技的兴起起着决定性作用。1986年获得物理学诺贝尔奖的扫描隧道显微镜的发明，标志着纳米科技成为一门科学。

中国科学院副院长、我国知名纳米专家白春礼指出：目前科技界普遍公认的纳米科技的定义是，在纳米尺度（1～100nm）上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。纳米科技包括三个研究领域：纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征。我们必须要对纳米器件的研制和纳米尺度的检测与表征的研究工作给予重点支持。

同样，国际上一些有识之士也充分意识到测试技术在发展纳米科技中的重要性。欧、美、中、日等国一些**专家已先后在欧洲、美国、中国(2004年5月17～19日于北京)**，论证测试在纳米科技中不可或缺的作用，形成了“The need for measurement and testing in nanotechnology”的正式文件，向欧洲共同体以及各国政府报告，以引起各国政府对纳米检测的充分重视并给予物质支持。

微机电系统是近年来又一飞速发展的领域。全世界微机电产品的生产总值在1996年是144亿欧元，而2002年已增至约380亿欧元，这两年又以每年百分之几十的速率增长。

微机电系统的意义是显而易见的。前面谈到，航天飞行器的一个首要任务就是进行各种测试。飞行器上搭载的测试设备重一公斤，整个发射和运行中增加的能源和资金消耗是十分可观的。在飞机、导弹等武器中情况也是这样，必须要求测试设备微型化。

生命科学研究是微机电系统又一重要应用领域。进行生命科学和生物技术的研究，需要将各种微型传感器和执行器植入人体或生物体内部，探索人体与生物的奥秘。人体的**与骨骼、神经和关节等的康复、无损伤的外科手术、药品的准确输送、心脏**的准确诊断、人工器官的植入、生物品种的改良等也需要各种微型器械。

微机电系统在信息技术和智能系统中应用前景非常广阔。前面谈到的嵌入砂轮内部的传感器，在智能衣服中能自动调节温度的传感与控制器等都必须做得非常小，只能用微机电系统的设计和工艺来实现。

微机电系统的关键技术包括设计、工艺、封装和检测。开始人们只重视设计和工艺，而忽略了封装和检测。在微观范畴中，物体、材料的许多物理、力学等性能都是与宏观世界不一样的。许多常用的工程设计数据在微机电系统的设计中都不能应用，必须通过测试来获取适合于微机电系统的新的设计数据。为了获得符合性能要求的微机电器件，必须对微机电系统的工艺过程和成品进行检测。测试技术已经成为发展微机电系统的一个瓶颈因素。

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