我国智能化仪器的发展现状及前景分析

我国智能化仪器的发展现状及前景分析

智能仪器是含有微型计算机或者含有微型处理器的测量仪器，拥有对数据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能。智能仪器的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。

随着人类科学技术的进步，控制理论及仪表技术不断发展和完善。在一个多世纪中，伴随着4C技术，即计算机（Computer）、控制器（Controller）、通信（Communication）和显示器（CRT）技术的发展，过程控制仪表经历了自力式、基地式、单元组合式、集散式及现场总线式几个发展阶段。如果从信号及传输形式划分，我们将其发展划分为模拟控制系统、数字控制系统和网络控制系统。

1.智能仪器当今的发展现状

80年代的时候，微型处理器已经被用到仪器中，仪器前面板开始朝键盘化方向进行发展，测量系统常是通过IEEE—488总线进行连接。和传统独立仪器模式不同的个人仪器得到了发展等。

90年代初，仪器仪表的智能化尤其突出体现到以下几个方面：第一个，微电子技术的进步已经更深刻地影响仪器仪表的设计；第二点，DSP芯片的研发，大大加强了仪器仪表数字信号处理的功能；第三点，微型计算机的发展，使仪器仪表拥有了更强的数据处理的能力；图像处理的功能增加也相当普遍；第四点，VXI总线同时也得到广泛的应用与发展。

近年来，可以看到智能化测量控制仪表的发展很明显，成果很显著。在国内市场上已经出现了各种各样的智能化测量控制的仪表，例如，能够自动进行差压分析进行补偿的智能节流式的流量计，也有能够进行程序控温方面的智能多段温度的控制仪，还有能够实现数字化PID和许多复杂控制规律方面的智能式调节器。

国际上涉及智能测量仪表的品种更是繁多，例如，HONEYWELL公司生产的DSTJ-3000系列新型智能变送器，能针对差压值状态的复合测量，可对变送器本体附近的温度、静压等实现自动的补偿，其精度最高可达到±0.1%FS；美国RACA-DANA公司的9303型产品超高电平表，利用微信处理器消除电流流经电阻所发出的热噪声，测量的电平可低达-77dB；美国FLUKE公司生产的超级多功能校准器5520A，内部采用了3个微处理器，其短期稳定性达到1ppm，线性度可达到0.5ppm；美国FOXBORO公司生产的数字化自整定的调节器，采用了先进技术，能够像经验丰富的工程是一样，根据现场参数快速地整定调节器的参数设置。这种调节器尤其适合于对象变化频繁或非线性的控制系统。由于这种调节器能够自动整定调节参数，可使整个系统在生产过程的时候始终保持最佳的品质。

2.21世纪智能仪器的发展趋势

微型智能仪器只要包括微电子技术、微机械技术、信息技术等集成应用于仪器的生产设计中，从而使仪器成为体积小、功能齐全的智能仪器。它能够完成信号的采集、线性化处理、数尽可能的成为信号处理，控制信号的输出、放大、和其他仪器的接口、与人的交流等功能的设备。微型智能仪器伴随着微电子机械技术断的发展，其技术也随之不断成熟，价格不断的降低，所以其应用的领域也将不断的扩大。它不但具有传统设备的功能，并且在航天、自动化技术、军事、医疗、生物技术等领域起到独特作用。例如，目前要同时测量一个病人的几个不同的参量，并进行某些参量的控制，通常病人的体内要插进几个管子，这增加了病人感染的机会，微型智能仪器能同时测量多参数，而且体积小，可植入人体，使得这些问题得到解决。

多功能本身就是智能仪器仪表的一个特点。例如，为了设计速度较快和结构较复杂的数字系统，仪器生产厂家制造了具有脉冲发生器、频率合成器和任意波形发生器等功能的函数发生器。这种多功能的综合型产品不但在性能上如准确度比专用脉冲发生器和频率合成器高，而且在各种测试功能上提供了较好的解决方案。人工智能是计算机应用的一个崭新领域，利用计算机模拟人的智能，用于机器人、专家系统、推理证明、医疗诊断、等各方面。智能仪器的进一步发展将含有一定的人工智能，即代替人的一部分脑力劳动，从而在视觉图形及色彩辨读、思维推理、判断、听觉语音识别及语言领悟、学习与联想等方面具有一定的能力。这样，智能仪器可无需人的干预而自主地完成检测或控制功能。显然，人工智能在现代仪器仪表中的应用，使我们不仅可以解决用传统方法很难解决的一类问题，而且可望解决用传统方法根本不能解决的问题。

伴随着网络技术的飞速发展，Internet技术正在逐渐向工业控制和智能仪器仪表系统设计领域渗透，实现智能仪器仪表系统基于Internet的通讯能力以及对设计好的智能仪器仪表系统进行远程升级、功能重置和系统维护。

在系统编程技术In-System Programming，简称ISP技术是对软件进行修改、组态或重组的一种最新技术。它是LATTICE半导体公司首先提出的一种使我们在产品设计、制造过程中的每个环节，甚至在产品卖给最终用户以后，具有对其器件、电路板或整个电子系统的逻辑和功能随时进行组态或重组能力的最新技术。ISP技术消除了传统技术的某些限制和连接弊病，有利于在板设计、制造与编程。ISP硬件灵活且易于软件修改，便于设计开发。由于ISP器件可以像任何其他器件一样，在印刷电路板PCB上处理，因此编程ISP器件不需要专门编程器和较复杂的流程，只要通过PC机，嵌入式系统处理器甚至INTERNET远程网进行编程。

EMIT嵌入式微型因特网互联技术是emWare公司创立ETIeXtend the Internet 扩展Internet联盟时提出的，它是一种将单片机等嵌入式设备接入Internet的技术。利用该技术，能够将8位和16位单片机系统接入Internet，实现基于Internet 的远程数据采集、上传/下载数据文件、智能控制等功能。

测量仪器的主要功能都是由数据采集、数据分析和数据显示等三大部分组成的。在虚拟现实系统中，数据分析和显示完全用PC机的软件来完成。因此，只要额外提供一定的数据采集硬件，就可以与PC机组成测量仪器。这种基于PC 机的测量仪器称为虚拟仪器。在虚拟仪器中，使用同一个硬件系统，只要应用不同的软件编程，就可得到功能完全不同的测量仪器。可见，软件系统是虚拟仪器的核心，“软件就是仪器”。

传统智能仪器主要在仪器技术中运用了计算机技术，但是虚拟仪器则强调在通用的计算机技术中吸收现有的仪器技术。作为虚拟仪器核心的软件系统具有可视性、可扩展性、通用性、通俗性、升级性，能为用户带来极大的利益，所以，具有传统的智能仪器所无法比拟的应用市场和前景。

智能化仪器是数字信号处理、计算机科学、人工智能、电子学、VLSI等新时代技术与传统的仪器仪表技术的结合。随着专用个人仪器、集成电路等相关技术的成熟，智能化仪器也将会得到更好、更广泛的应用。现在作为智能仪器核心的部件单片机技术是推动智能仪器朝向多功能化、小型化、更加灵活的方向努力的动力。不难看出，多种功能的智能仪器在将来会更加广泛地使用在社会的各个领域中去。

参考文献

[1]李明生.电子测量仪器[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2]陈花玲.机械工程测试技术[M].北京：机械工业出版社，2002.