测量相关技术的发展趋势
出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《工程测量实用技术手册》第378页（4555字）
测量仪器的发展密切相关于现代光学、机械、电子和计算机技术等现代技术的发展。在16世纪以前，测量工具以绳尺等丈量工具为主，称为无望远镜时期；随着精密机械及制造技术的出现，推动了光学水准仪和游标经纬仪等光学测量仪器时代的来临，光学技术的发展进一步改善了测微与读数装置，提高了瞄准精度，大大改善了测量仪器的性能；而光电传感技术、模拟电子技术、激光技术等的出现带来了测量仪器的又一次以模拟电子技术为中心的大发展；到数字化技术、微处理技术和计算机等技术的出现，则带来了现代测量仪器发展的第四次飞跃，也是意义最大的一次技术进步。纵观测量仪器的发展与进步的过程不难看出，相关技术领域每一次科学技术的发展与进步，都会推动测量仪器的发展与进步。
1．材料科学与技术
每次材料的进步都引起建筑业与制造业的进步。精密光机电测量仪器某些性能的进一步提高受制于材料的问题。例如，高精度仪器机械元件的加工精度的提高受到金属材料性能的制约；光学元件的像差与畸变的克服与玻璃材料有密切关系。
2．光学技术
近几十年光学元件与系统的设计和制造技术发生了很大变革，使测量仪器存在的性能问题很少是因为光学系统的设计或制造问题所致。但是有些仪器性能问题的确是因为光学系统的设计制造不完善所致。现在的电子测量仪器中虽然取消了复杂的光学读数系统，但是仍然强烈地依赖光学元件，如仍使用光学瞄准、光栅度盘以及激光的发射与接收系统等光学系统。
光学系统的设计与制造工艺影响着仪器的性能。例如，透镜的色差等引起影像的变形不均或瞄准精度的下降。光学瞄准的精度受到望远镜放大率的限制，仍然没有达到极限。但是总的来说，在一般工程测量甚至包括最精密的工程测量中，仪器光学系统引起的问题已不是最主要的。
3．精密机械制造技术
精密机械制造技术的进步一直推动着精密仪器的发展。但是，光学零件和光栅度盘的加工精度由于受到精密制造技术的限制，导致轴系的误差在高精度时变得突出起来。
由制造工艺决定的加工精度还可能影响仪器的几何关系和稳定性与一致性，系统误差的不稳定影响到仪器的使用寿命。但这些问题也只有在超高精度或极端条件(如超高低温度等)下才可能表现出来。精密机械的设计制造技术，一定程度上决定着仪器的精度、稳定性和其他性质。但从目前来看，当前的机械加工技术尚能够满足一般应用对仪器的要求。
4．电子技术
电子器件的最基本单元是电子元件，即阻容元件、电感元件、晶体管(单向导通与可控元件)等。
20世纪最大的一次技术进步是由半导体晶体管技术带来的一场微电子革命，它使得计算机技术、自动控制技术等迅速发展。在过去的30年中，半导体集成电路从小规模(SSI)、中规模(MSI)、大规模(LSI)到超大规模集成电路(VLSI)。在几平方厘米的晶片上可做到数十万只晶体管，使晶体管密度已接近了物质的晶体尺寸。
测量仪器的电子电路主要完成信息的采集、转换、放大、驱动和存贮等功能。可以分为模拟电路和数字电路两类。数模和模数转换电路则成为这两类系统之间的桥梁。
数字集成电路是能够实现数字运算的电路，这种电路是通过数字逻辑运算来进行的，又称为逻辑集成电路，在测量仪器中主要使用数字电路实现各种功能。数字集成电路具有体积小、质量轻、技术指标先进、寿命长、速度快、调整维修工作量小、功耗低、可靠性高、成本低、便于大批量生产等许多优点。模拟电路除了在前端信息处理和在少数仪器(如陀螺经纬仪等)上仍需使用外，多数功能均由数字电路取代。以下电子线路或器件是构成计算机和复杂系统的基本单元。
(1)与非门电路(DTL)
开关速度较低，使用于低速系统。而TTL电路则具有开关速度高，负载能力好等优点。
(2)双稳态触发器R-S触发器
结构简单，但存在“空翻”问题。D触发器也称延迟触发器，属于以时钟脉冲前沿触发方式工作的触发器，利用维持一阻塞线路来保证其可靠工作。而J-K触发器则是以主从触发方式来保证其可靠工作的。
(3)时钟脉冲发生电路
包括多谐振荡器、鉴幅器、单稳态触发器。多谐振荡器主要用作脉冲源，产生不同的矩形脉冲。鉴幅器具有脉冲整形(如将正弦波变为方波等)和电位触发翻转功能。单稳态触发器用于控制脉冲宽度、脉冲延时、波形变换等，主要有积分型和微分型两种。
(4)计数器
脉冲数字电路中的核心部件，用于记录作用脉冲的个数。分为二进制计数器(4位、8位、16位等)，也作为二分频器使用，可以降低脉冲的频率。十进制计数器可以8421码代表十进制数，直接用于显示十进制数。
(5)译码器
十进制译码器将8421码译成十进制数的模式供显示用。
(6)寄存器
用于寄存供运算用的变量。现有两种：一种是由R-S触发器组成的寄存器(并行输入输出)；另一种是实现乘除法功能的移位寄存器，由D触发器组成。
生物电子技术是20世纪90年代出现的一种新技术，它利用细胞的单向导电特性，制作成为生物半导体电路的各种器件。生物半导体器件具有体积更小、稳定性高等优点。生物电子技术将导制出速度更快、稳定性更高的新式电子器件。
5．计算机技术
数字式计算机(其中包括单片机)用于测量数据处理大约是在20世纪70年代初期，直接用在测量仪器中则更晚，最早是用在数字式测距仪上，但是发展速度较快。今天，数字式测量仪器的功能很大程度上取决于单片机技术。
数字式电子计算机经历了第一代、第二代、第三代到第四代(微型计算机)的发展过程。微处理器在近三十年中，经历了从4位机、8位机、16位机一直到32位机的发展过程。
微型计算机由微处理器(中央处理器)、存贮器、接口部件三大部分组成。微处理器是计算机的核心，负责完成数据的算术运算、逻辑运算等。单板机和单片机都属于微机范畴，但却是两个不同的概念，前者是三大部分安装在同一块电路板上，后者是三大部件集成在同一块大规模集成电路上(LSI)。单片机主要用于中、低档计算机领域，现已成为计算机发展的重要分支。电子测量仪器中的数据处理与控制都是由单片机来完成的。当前一些全站仪等仪器则是装有一个单板式的高档微机。
1946年世界上第一台以数字逻辑电路实现的运算次数为5000次电子管计算机在美国诞生，从此人类进入了信息时代。到20世纪50年代末期，晶体管计算机的运算次数从每秒几万次到几十万次。20世纪60年代后，集成电路计算机的运算次数达到每秒几十万次至几百万次；小型计算机开始出现并获得迅速发展。20世纪70年代大规模集成电路计算机出现，使运算速度达每秒几千万次乃至上亿次，个人计算机开始普及。到20世纪90年代，个人计算机的芯片运算速度达到每秒300兆(3亿次)，内存达到1000ME以上，并出现了计算机网络。
测量仪器中广泛使用的单片机，在很大程度上决定着仪器的功能。单片机性能的不断提高，芯片集成度进一步加大使得电路体积越来越小，运算速度和数据存储量进一步加大，给勘测仪器的发展开辟了更加广阔的空间。
单片机(中央处理器+储备器+接口电路)加上外设、程序、电源等就构成了微型计算机，一般就成为测量仪器的电子部分。
6．自动控制技术
自动控制技术的发展是测量仪器进一步向高标准发展的重要条件。例如，最新出现的自动全站仪已具备了较为精确的自动瞄准系统。自动控制是一种复合技术，其依赖于电子技术、微型计算机(单片机)技术、传感与换能技术、微电机技术、通信技术、精密机械以及软件技术的发展，从而使得勘测仪器的高度自动化与智能化成为可能。自动控制在测量仪器上的应用主要表现在以下方面：
1)微小精密角度控制由于步进电机和精密传动技术的应用得以实现，可使仪器的自动对中和整平、自动寻找目标等问题得到较好的解决。
2)仪器轴线系统误差的自动传感，得益于自动控制中传感器技术的进步。其中包括光电传感、力学与机械传感、图像识别等技术的发展，使仪器的传感能力与测量精度大为提高。
3)自动实时控制技术，使自动观测系统的反应时间大为缩短，从而能够实现高速精密跟踪功能，并且使许多过去无法实现的功能成为可能。
7．通信技术
现代通信技术的应用为现代测量系统走向综合化、实时化、一体化创造了条件，并成为区别过去仪器的重要标志。无线数字传输成为多个固定(或流动)测站共同作业，以及实现数据共享的基础和前提。这也是实现从测站间、测站与基地间、测站与数据使用单位之间的控制、交流的必要途径。
目前，测量仪器的数据传输开始走向使用自身通信系统，或使用公共无限通信系统传输数据的方向。例如，先进的自动全站仪就设计有自身的数据通信系统。短波数据传输是目前应用较广泛的方法，但容易受到障碍物的遮挡。通过编码、多载波等先进技术，使测量数据传输的抗干扰能力大为提高，误码率大为降低，可实现耗电省，传输距离长。