由传统领域到新兴领域
出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第700页（7916字）
随着科技、经济和社会的发展，计量不断突破传统的范畴，一些新兴领域在逐渐形成。
1．生物工程
(1)生物电流和生物磁场的测试
这对研究人大脑的神经活动，以及视觉、听觉、味觉和触觉反应过程的机制，甚至揭示气功等的奥秘，都有重要意义。
近年来，一些国家对所谓“第六感官”或“心灵感应”现象的研究很感兴趣。有人认为，“心灵感应”或“灵学”表明，存在着一种可用来进行通讯的未知能量，并可能成为未来通讯方式的基础。
至今，许多生物的机能，尚未弄清。相信，随着科技的进步、计量测试水平的提高，特别是通过生物电流和生物磁场的精密测试，以及人们认识能力的增强，目前尚不清楚或难以解释的问题或现象，终将会得到正确的答案、科学的结论。
关于疾病的诊断和治疗，计量测试正日益发挥重要的作用。诸如脑电图仪、心电图仪、X光断层扫描机、核磁共振测试仪、超声波测试仪等，皆已获得广泛的应用。据报道，近年美国正在试用一种电子口腔麻醉仪，以取代传统的、令人望而生畏的针剂麻醉。病人非但没有任何不适，而且也不像传统针剂麻醉那样，手术后口腔麻木往往要持续一段时间才能消失。据称，临床试验的效果较好，有效率达85%。
关于“组织再生”机理的探讨，已取得某些进展。人体的意外损伤或手术切除某个部分，有时是难免的。如果能像某些动物那样，使人获得组织器官的再生能力，那将是神话般的奇迹。这似乎只是一种幻想，但随着现代计量测试的发展，并非完全没有实现的可能。美国纽约的一位医生，把有组织再生能力的蝾螈的一条腿切除后，用一个灵敏度很高的电流计测量到了伤口周围有电流存在，并将其称为“损伤电流”，同时认为蝾螈、壁虎等动物的断技再生能力，就是靠这种损伤电流传递信息，使血液把有关营养输送到损伤部位，形成细胞的原生质，进而形成细胞组织，以逐渐修复断肢。如果能准确求得人体的损伤电流，就可能使人的损伤部分重新长好，即可用“组织再生”来取代现行的器官移植和整形手术。
(2)脑神经活动的探测
关于脑神经活动机理的研究，目前一些发达国家正致力于从工程计量测试的角度在分子一级阐明其电气性质、信息传递与处理功能，并希望将其应用于新型信息处理系统中，以摆脱研制人工智能计算机因增添“思考”软件、知识库与推理算法而日益严重的困境。因为，当前的计算机长于逻辑思维，但不善于形象思维，更谈不上灵感思维，不能独立思考和创新，不具备“学习”能力。
利用仿生技术研制超大规模集成电路，进而研制全新型的生物计算机，是人们关注的一个重要方向。目前，作为计算机核心元件的硅集成电路的制造工艺已接近理论极限，即硅片上的集成度每平方毫米不应超过25万个元件，否则工作起来仅元件产生的热量就会使硅片熔化，同时元件之间的电绝缘亦难以实现。因此，必须探求新的出路，如研制神经芯片、生物芯片等。
参照人脑神经细胞的结构及活动情况来研制“神经芯片”，已取得一定进展。比如，通过悉心地计量测试发现，人的大脑约有1010个神经细胞，并且是103～105个为一组分担各自的任务，同时又按一定的顺序合为一体形成阶层式构造。所以，为研制模拟人脑神经活动的超大规模集成电路，可采用二维或三维布线技术，从而使集成度提高1～2个数量级。
生物芯片是由蛋白质或其它有机物的分子组成，具有功耗低、发热小、电路间无信号干扰以及超高密度等优点。世界上约有一百亿种不同的蛋白质。近来发现，血红蛋白能仿效晶体管的工作，有导通和关断电流的功能。故可用来制作逻辑电路，以代替传统的硅集成电路。由于血红蛋白分子的直径只约为头发丝的五千分之一，用其制成的芯片每平方毫米可容纳10亿个门电路，加之生物芯片所具有的天然立体结构，其密度比平面硅集成电路要高3～5个数量级，可获得每立方毫米含有100亿个门电路的立体生物芯片。另一个优点是生物芯片具有生物的活性，能和人体组织有机结合，特别是能与大脑和神经系统相连，使人机接口自然吻合，或许能对治疗耳聋、眼瞎等疾病有所突破。美、日、俄等国都已开展了生物计算机的研究。美国已试制了分子存储器、晶体管和逻辑电路，为建造超小型、超高速、超容量的生物计算机迈出了重要的一步。
(3)基因遗传密码的破译
多年来，人们一直在探求基因遗传密码的破译。通过一系列的精密测试，遗传工程将会解决有明确目的地把个别基因或基因组合从一个机体移值到另一个机体去的问题，进而设计出新的动植物种类，以满足人类的需要。比如，有固氮能力、可在酸性土壤中生长、并能合成大豆蛋白的大麦，省饲料、长肉快的瘦肉型肉畜等。据报道，最近瑞士科学家通过基因工程使果蝇触须上、翅膀和前肢表达眼睛的生控基因获得成功。具体地说，使果蝇的触须上、翅膀上和前肢上都长出了具有晶体、感光细胞并对光有反应的“眼睛”。这似乎是神话，但却是实际报道。可以相信，人们完全揭开生物发育与分化的奥秘、掌握基因表达调控的机制为人类造福的时日，终将会到来。
脱氧核糖核酸(DNA)是细胞中必不可少的遗传物质。不久前，利用扫描隧道电子显微镜已观测到了DNA频带排列的基因图，使关于基因的研究进入了一个新的阶段。利用重新组合DNA分子，用微生物大量生产各种特效药以及用微生物选矿等，都有着广阔的前景。
顺便提一下，由于人们的DNA各不相同，故可利用扫描隧道电子显微镜对DNA的分析来协助破案。实践表明，通过对作案者任何部分的组织或血液、精液等，甚至四年前的液痕的分析，便可分辨出性别、头发和眼睛的颜色等。
基因疗法治疗疑难病症，如癌症、艾滋病和老年痴呆症等，已取得了一定进展。用转基因动物(即所谓变种动物)的器官(如肾、肝、心等)或血液来代替人的器官或血液进行移植或输血的研究，亦获得了某些进展。通过基因工程使山羊的奶中含有一种叫作TPA的物质，能对心脏病有一定的疗效。
医学界将利用精密计量测试发现和纠正基因上的某些缺陷，控制疾病的发生，包括糖尿病和早期动脉硬化症等，从遗传学上减慢细胞破坏的速度，推迟“正常”疾病——由人体生长机理所决定的疾病——的发生，以延长寿命。
近年来，随着微电子学和电子计算机的发展，一个新的学科——计算生物学在脱颖而出。由于超高速、大容量电子计算机的投入使用，计算生物学的发展前景令人鼓舞，可谓开辟了一个用计算方法破译基因遗传密码的新途径。
2．环保工程
环境保护问题已越来越引起人们的关注。它直接关系到人类的生存和发展。除常见的废气、废水、废渣、噪声等公害外，还有森林的烂砍烂伐、传染病以及人口膨胀等，都会对生态环境引起破坏。
(1)电磁噪声监测
近年来，噪声的污染相当严重，特别是发展中国家更为突出。据统计，我国目前城市的平均等效声级为57．4dB，有的城市甚至达72．6dB，几乎令人难以承受。但，这只是由于各种振动而发出的声响，姑且称之为“机械噪声”，而尚未考虑日益严重的“电磁噪声”。
所谓电磁噪声，系指各种电磁辐射。它们对人体的危害已不容忽视。小到电视机，大到高压输电线和无线电发射台的电磁辐射，对人的视觉、皮肤、神经以及心脏等，都可能有不同程度的危害，甚至可能致癌。许多国家对电磁辐射的防护都有明确的规定。
据报道，在架空高压电缆附近生活的儿童的血癌发病率较高：当辐射磁场强度为0．2μT时，比其它地区高2倍；当0．3μT时，则高4倍。长期在电磁场环境下工作的电力工人或电气工程师，既或是男性亦易患乳腺癌，一般工作30年的人发病率比其他人要高2倍。所以，接触电磁场的时间应尽可能短；距电磁辐射源应尽可能远，至少要3米以上较好。
另外，近年还发现，氡辐射是导致支气管癌和肺癌的一个重要原因。氡是一种无色无味的放射性气体。它是铀、钍、镭等放射性元素衰变过程的中间产物。因而富含铀、钍、镭等的花岗岩、辉绿岩、片麻岩、黑色页岩、磷页岩以及风化土壤等，都能产生氡。另外，地层深处的氡，还能通过地质断裂带和地下水向上运动而进入大气圈。所以，使用放射性核素含量高的建筑材料或在地质断裂带建造的房屋中，氡的浓度可能增高，应注意室内空气流通，保持空气新鲜。据统计，我国1994年恶性肿瘤的死亡率为128／10万人，占总死亡数的22%；其中，城市仍以肺癌的死亡率为最高，达35／10万人。因此，必须积极开展氡的监测与防治研究，以保护和提高人们的健康。
电磁噪声的监测与防护或“电磁兼容”的研究已颇受重视。在现代工业中，由于电磁噪声而引起的“错误动作”所导致的事故时有发生。如今，各类电子设备继续向高度集成化和系统化发展，有时“错误动作”会成为明显的社会问题。电磁噪声涉及的范围相当广泛，大到自动控制系统、电脑系统、通讯系统、航海系统、航天系统、电力系统等，小到电视机甚至电子手表都可能受到干扰。特别是随着电子元器件的发展，电源电压和信号电平不断下降，比如真空管为250V、晶体管为12V、集成电路为5V、大规模集成电路为1．5V等，使得元件本身及由它们所组成的电路都相应变得容易受电磁噪声的影响，也就是说，抗电磁噪声干扰的能力明显下降。
在1991年的海湾战争中，美国曾利用电磁干扰破坏了伊拉克的防空指挥系统，对战局起了相当有利的作用。
(2)大气监测
大气污染已相当严重。最近一个世纪全球排放的二氧化碳增加了20%，致使排入大气层中的二氧化碳已达55亿吨。世界城市人口中约有9亿人生活在二氧化碳超标的大气环境中，以致每年约有30万人因呼吸污染空气而早亡。另有10多亿人生活在烟尘等颗粒超标的环境中。
由于大气中二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、甲烷、氯氟烃等气体含量的不断增加，使得温室效应、酸雨和臭氧层的破坏等日趋严重。
所谓温室效应，系指大气中的二氧化碳等气体，把太阳照射的能量(包括地球从太阳得到热量后又以红外波的形式辐射到大气中的热量)捕集在大气层中，从而使地表的热量蕴积，温度升高。
全球的平均温度已比100年前增高了0．6℃，而且发展趋势相当严重，到下个世纪末将可能增高2．2℃～5．5℃。
由于气温升高，海平面上升，甚至会使南北极冰层融化，造成世界性洪水泛滥。实际上已出现了灾害的先兆。例如，在过去100年内，海平面已上升了10cm～15cm；雅加达四周的海水正以每年1．2mm的速度上升，并已开始侵入内陆；据近千个验潮站的观测，我国的海平面近年亦年均升高1mm～2mm；1992年发现，部分覆盖北半球的冰雪正在收缩，邻近格陵兰岛的冰层明显变薄，阿拉斯加的雪比40年代要早融两个星期；最近，我国首次远征北极的科学考察队宣称，北极地区近百年气温上升了1．2℃，比北半球平均增幅还高0．5℃。
该趋势如不加强监测与控制，必将导致严重的后果，甚至印尼、孟加拉和东南亚的广大地区有可能被淹没。
酸雨，是大气中二氧化硫等气体浓度增高而导致降水的酸度增加的结果。近年，我国出现酸雨的城市不断增多，主要分布于长江以南、青藏高原以东地区及四川盆地。酸雨污染严重的有长沙、南充等地。
二氧化碳等气体，主要是长期以来支持世界经济运转的矿物燃料放出的。据统计，目前世界能源的78%是矿物燃料。所以，一方面要积极改变能源的结构，开辟新的能源；另一方面要加强监测和控制二氧化碳等气体的排放；再就是要加强空气的净化。据测算，1公顷阔叶林每天可吸收1000kg二氧化碳。放出730kg氧，能净化空气1800万m3。
近年来，关于空气中负离子含量的监测已越来越受到重视。实验表明，人带静电过高会出现焦燥不安、头痛等症状；带有正电荷的静电风，会中和空气中的负离子，而负离子常被称为空气中的维生素，是人体健康所必需的。空调密闭房间空气中的负离子含量几乎会下降到零。长期在这种环境中生活便会患所谓的“空调病”出现头痛、恶心、目眩和疲乏无力等症状。与此相关，在长期使用全塑电风扇时，应注意在叶片上喷涂防静电剂，以免产生带正电荷的静电风中和空气中的负离子，对人的健康不利。休养所、疗养院之所以多建于林区、海滨和湖畔，空气中负离子含量较高是重要的原因之一。
关于大气中臭氧层遭到破坏，以致出现了“臭氧洞”，是1980年参加南极考察的科学家首先发现的，并于1985年被美国气象卫星的观测所证实，从而引起了人们的关注。
大气中的臭氧层能防止太阳紫外线的透射，故被称为地球的“保护伞”。一旦遭到破坏，变稀薄或出现空洞，便会使照射到地球上的紫外线明显增多，以致对人类、动植物造成危害。比如皮肤癌、白内障以至双目失明者大幅度增加，农作物减产，海洋生物死亡等。美国的一份报告指出，从1960年到1987年召开保护臭氧层的首次国际会议的近30年间，鳞状细胞皮肤癌在男人中的发病率增加了2．6倍，女人中增加了3．1倍；而恶性黑皮肤病在男人中增加了3．5倍，女人中增加了4．6倍。大体上，臭氧每损耗1%，各种皮肤癌就可能增加6%，农作物则可能减产5%～7%。
由于臭氧层的破坏比人们预想的要快得多，严重得多，1987年以来，一再召开国际会议，明确要求在1996年1月1日以前，停止生产和使用氯氟烃(CFC)。因为它受紫外线照射而激化光化学反应，能分解出十分活泼的氯根，并与臭氧(O3)发生化学反应而使后者分解，即遭到破坏。
据估计，近60年来排放到大气中的氯氟烃已达1200多万吨。近年，氯氟烃的世界年产量约为100万吨。
通过监测发现，过去10年中，北半球上空的臭氧层已减少了4%～8%。最新资料表明，美国北部、加拿大、欧洲和俄罗斯上空的臭氧层已遭到相当明显破坏。据中国科学院大气物理研究所的报告，自1991年下半年以来，我国大气中臭氧层的臭氧量亦在显着下降。据北京观测站的观测，近二年北京地区大气中臭氧含量的下降幅度相当明显，必须予以高度重视。
3．自然灾害监测
自然灾害会严重破坏生态环境，直接威胁人们生命财产的安全。世界上危害最大的四大自然灾害是：飓风(旋风)、洪水、火山爆发和地震。其中，洪水和地震是我国比较多见的自然灾害。
据统计，地球每5分钟就发生一次地震。本世纪最大的地震是1906年美国旧金山大地震(8．6级)，其次就是1920年我国宁夏海原县大地震(8．5级)以及相继发生在日本关东、我国唐山、伊朗西北、日本关西和最近俄罗斯萨哈林岛(库页岛)等处的大地震。本世纪以来，全世界因地震死亡的人数已超过260万人。
据《全国地质灾害现状调查报告》披露，我国地质灾害，如崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降、土地沙漠化、水土流失等相当严重，所造成的直接经济损失年均达274亿元。应加强地质环境的综合研究，建立科学的计量监测体系。据统计，近年我国因自然灾害所造成的经济损失已超过1000亿元，约占国家财政收入的1／4。当前，虽然还不能完全控制自然灾害，但利用现代先进的计量测试技术已可进行某种程度的预报，以避免或减轻可能造成的损失。例如，利用多普勒效应和高灵敏的激光测试仪，便可在瞬间测出被观察对象的微小变化，甚至每秒钟仅1／10微米的位移。由于地震前地壳总是要相应发生某些细微的变化，故可通过对设定的大地表面、典型的建筑物或标志等进行形变、位移或裂缝等监测，来预报地震。
上述的是一些较为明显的新计量测试领域，大都属于跨学科的高新技术，往往需要与相关专业的科技工作者密切合作，才能取得较好的效果；另外，一般耗资较多、要求较高、难度较大，同时有的尚不成熟。所以，我国目前开展的工作不多。希望能引起足够的重视，结合本部门的优势与特长，有意识、有重点地深入开展新的计量测试。
【参考文献】：
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［5］王立吉，现代计量测试发展动态，现代计量测试，第1卷，第1期，1993。
［6］Wang Liji，Challenge and Opportunity of 1990s：Metrological S & T Management in China，ICTM，USA，1993。
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