智能仪器讲稿第1章
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4.对仪器仪表重要性的认识
王大珩院士：
“能不能创造高水平的科学仪器和设 备体现了一个民族、一个国家的创新 能力。发展科学仪器设备应当视为国 家战略”
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4、对仪器仪表重要性的认识
英国著名科学家H.Pavy曾经明确指出： “Nothing begets good science like development of a good instrument”
智能仪器对仪器仪表的发展以及科学实验研 究产生了深远影响，是仪器设计的里程碑。。
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4.对仪器仪表重要性的认识
仪器仪表是： 国民经济的“倍增器” 科学研究的“先行官” 现代战争的“战斗力” 法庭审判的“物化法官”
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4.对仪器仪表重要性的认识
门捷列夫：“科学是从测量开始的”
钱学森： “新技术革命的关键技术是信息技术。信息技 术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分 组成。测量技术是关键和 基础” • 科学仪器是 信息的源头 • 科学仪器产业是信息产业
◆ 数据处理 ： →改善测量的精确度
→提供更多高质量的信息量
◆ 多功能化：一机多用
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三、推动智能仪器发展的主要技术
➢ 传感器技术
➢ A/D等新器件 ➢ 单片机与DSP的广泛应用 ➢ 嵌入式系统与片上系统(SOC、SOPC) ➢ ASIC、FPGA／CPLD技术 ➢ LabVlEW等图形化软件技术 ➢ 网络与通信技术 ➢ 微型化技术
电 输入通道 量
（键盘、开关、 显示器
RS232 USB
打印机
内嵌微处理器智能仪器
14
个人计算机 总线扩展槽
PC总线
件仪 件仪
电
器器
源
插1 插2
软件
件仪 口通
…器 用
插n 接
扩展底板或外部插件箱
个人仪器结构图
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个人仪器结构图
工控微机机P扩C展I 式
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3.智能仪器的特点
◆ 测量过程的程序控制： “以软代硬” →灵活性强、可靠性高
（发展一种好的仪器对于一门科学的贡 献超过了任何其他事情）
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二 、智能仪器的分类、基本结构与特点 1.分类 (按智能化程度和层次分类）
高级智能仪器类
兼
容
趋
高级 智能
人工智能
势
模型化智能仪器类
模型化 系统辨识、模式识别
初级智能仪器类
聪敏仪器类
初级智能 计算机、信号处理
聪敏 电子、传感、测量
一、从传统仪器仪表到智能仪器
1.仪器仪表定义、作用、分类 仪器仪表是信息获取的手段、是认识世界 的工具，是一个系统或装置。 最基本的作用：延伸、扩展、补充或代替 人的听觉、视觉、触觉等器官的功能。 分类：行业、性质、特点
2
同学在学习编和辑ppt生活中，接触、 使用或了解哪些仪器仪表？
2.九类测试计量仪器
网络信息技术：
物联网：The Internet of Things
（战略性新兴产业）
网络化仪器：
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2.A/D等新器件增强仪器的性能
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1.传感器技术
聋哑传感器(Dumb Sensor) 智能传感器(Smart Sensor) 网络化传感器(Networked Sensor)
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聋哑传感器
传统的传感器是模拟仪器仪表时代 的产物。它的设计指导思想是把外部信 息变换成模拟电压或电流信号。功能单 一，因而被称为“聋哑传感器”。
1984年：我国仪器学会成立“自动测试与智能仪器专业学 组”；
1986年：IMEKO(国际测量联合会)以“智能仪器”为主题召 开了专门的讨论会；
1988年：IFAC (国际自动控制联合会) 的理事会正式确定 “智能元件及仪器”。
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近年来，智能仪器已开始从较为成熟的 数据处理向知识处理发展。 模糊判断、故障诊断、容错技术、传感 器融合、机件寿命预测等，使智能仪器 的功能向更高的层次发展。
及中子计量仪器等。
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★ 时间频率：各种计时仪器与钟表、铯原 子钟、时间频率测量仪等; ★ 电磁量：交、直流电流表、电压表、功 率表、RLC测量仪、静电仪、磁参数测量仪 等; ★ 电信号测量仪器 ：如示波器、信号发生 器、相位测量仪、频谱分析仪、动态信号分 析仪等; ★ 集成电路测试仪器: 模拟或数字集成电 路测试仪
■ 几何量：长度、角度、形貌、相互位置、位移、 距离测量仪器等
■ 机械量：各种测力仪、硬度仪、加速度与速度 测量仪、力矩测量仪、振动测量仪等
■ 热工量：温度、湿度、流量测量仪器等
▲ 光学参数：如光度计、光谱仪、色度计、激光 参数测量仪、光学传递函数测量仪等。
▲ 电离辐射：各种放射性、核素计量，X、γ射线
第一章
Fra Baidu bibliotek
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概述
一、从传统仪器到智能仪器
仪器仪表、智能仪器、重要性认识
二、智能仪器的分类、基本结构与特点
4个层次、2种结构、3个特点
三、推动智能仪器发展的主要技术
传感器， A/D, 单片机和PC，DSP, 嵌入式系统与 片上系统(SOC)，FPGA/CPLD, 软件，网络与通信，
微小化
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三代仪器仪表
●第一代为指针式（或模拟式）仪器仪表 ●第二代为数字式仪器仪表 ●第三代就是智能式仪器仪表
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3.智能仪器的概念与历史沿革
智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物， 是含有微计算机或微处理器的测量(或检测)仪器， 它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化 操作等功能，具有一定智能的作用(表现为智能的 延伸或加强等) 。
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智能传感器
微处理器和传感器结合，产生了具有一 定数据处理能力，并能自检、自校、自 补偿的新一代传感器——智能传感器。
•微电子、光电子技术发展 •加工工艺 （半导体传感器）、MEMS传感器 •新型智能敏感材料
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网络传感器
将网络接口芯片与智能传感器集成起来并 使 通 信 协 议 固 化 到 智 能 传 感 器 的 ROM 中 ， 就产生了网络传感器。
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2.智能仪器的基本结构
其结构可有两种基本类型:
●微机内嵌式 ●微机扩展式
将单片或多片的 微处理器与仪器 有机地结合在一 起形成的仪器。
以个人计算机(PC) 为核心的应用扩展 型测量仪器。
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Soc,sopc
传感器
非 电 量
输出通道 D/A A/D
单片机或
DSP RAM、
EPROM I/O接口
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4.对仪器仪表重要性的认识
王大珩院士：
“能不能创造高水平的科学仪器和设 备体现了一个民族、一个国家的创新 能力。发展科学仪器设备应当视为国 家战略”
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4、对仪器仪表重要性的认识
英国著名科学家H.Pavy曾经明确指出： “Nothing begets good science like development of a good instrument”
智能仪器对仪器仪表的发展以及科学实验研 究产生了深远影响，是仪器设计的里程碑。。
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仪器仪表是： 国民经济的“倍增器” 科学研究的“先行官” 现代战争的“战斗力” 法庭审判的“物化法官”
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4.对仪器仪表重要性的认识
门捷列夫：“科学是从测量开始的”
钱学森： “新技术革命的关键技术是信息技术。信息技 术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分 组成。测量技术是关键和 基础” • 科学仪器是 信息的源头 • 科学仪器产业是信息产业
◆ 数据处理 ： →改善测量的精确度
→提供更多高质量的信息量
◆ 多功能化：一机多用
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三、推动智能仪器发展的主要技术
➢ 传感器技术
➢ A/D等新器件 ➢ 单片机与DSP的广泛应用 ➢ 嵌入式系统与片上系统(SOC、SOPC) ➢ ASIC、FPGA／CPLD技术 ➢ LabVlEW等图形化软件技术 ➢ 网络与通信技术 ➢ 微型化技术
电 输入通道 量
（键盘、开关、 显示器
RS232 USB
打印机
内嵌微处理器智能仪器
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个人计算机 总线扩展槽
PC总线
件仪 件仪
电
器器
源
插1 插2
软件
件仪 口通
…器 用
插n 接
扩展底板或外部插件箱
个人仪器结构图
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个人仪器结构图
工控微机机P扩C展I 式
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3.智能仪器的特点
◆ 测量过程的程序控制： “以软代硬” →灵活性强、可靠性高
（发展一种好的仪器对于一门科学的贡 献超过了任何其他事情）
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二 、智能仪器的分类、基本结构与特点 1.分类 (按智能化程度和层次分类）
高级智能仪器类
兼
容
趋
高级 智能
人工智能
势
模型化智能仪器类
模型化 系统辨识、模式识别
初级智能仪器类
聪敏仪器类
初级智能 计算机、信号处理
聪敏 电子、传感、测量
一、从传统仪器仪表到智能仪器
1.仪器仪表定义、作用、分类 仪器仪表是信息获取的手段、是认识世界 的工具，是一个系统或装置。 最基本的作用：延伸、扩展、补充或代替 人的听觉、视觉、触觉等器官的功能。 分类：行业、性质、特点
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同学在学习编和辑ppt生活中，接触、 使用或了解哪些仪器仪表？
2.九类测试计量仪器
网络信息技术：
物联网：The Internet of Things
（战略性新兴产业）
网络化仪器：
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2.A/D等新器件增强仪器的性能
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1.传感器技术
聋哑传感器(Dumb Sensor) 智能传感器(Smart Sensor) 网络化传感器(Networked Sensor)
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聋哑传感器
传统的传感器是模拟仪器仪表时代 的产物。它的设计指导思想是把外部信 息变换成模拟电压或电流信号。功能单 一，因而被称为“聋哑传感器”。
1984年：我国仪器学会成立“自动测试与智能仪器专业学 组”；
1986年：IMEKO(国际测量联合会)以“智能仪器”为主题召 开了专门的讨论会；
1988年：IFAC (国际自动控制联合会) 的理事会正式确定 “智能元件及仪器”。
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编辑ppt
近年来，智能仪器已开始从较为成熟的 数据处理向知识处理发展。 模糊判断、故障诊断、容错技术、传感 器融合、机件寿命预测等，使智能仪器 的功能向更高的层次发展。
及中子计量仪器等。
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★ 时间频率：各种计时仪器与钟表、铯原 子钟、时间频率测量仪等; ★ 电磁量：交、直流电流表、电压表、功 率表、RLC测量仪、静电仪、磁参数测量仪 等; ★ 电信号测量仪器 ：如示波器、信号发生 器、相位测量仪、频谱分析仪、动态信号分 析仪等; ★ 集成电路测试仪器: 模拟或数字集成电 路测试仪
■ 几何量：长度、角度、形貌、相互位置、位移、 距离测量仪器等
■ 机械量：各种测力仪、硬度仪、加速度与速度 测量仪、力矩测量仪、振动测量仪等
■ 热工量：温度、湿度、流量测量仪器等
▲ 光学参数：如光度计、光谱仪、色度计、激光 参数测量仪、光学传递函数测量仪等。
▲ 电离辐射：各种放射性、核素计量，X、γ射线
第一章
Fra Baidu bibliotek
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概述
一、从传统仪器到智能仪器
仪器仪表、智能仪器、重要性认识
二、智能仪器的分类、基本结构与特点
4个层次、2种结构、3个特点
三、推动智能仪器发展的主要技术
传感器， A/D, 单片机和PC，DSP, 嵌入式系统与 片上系统(SOC)，FPGA/CPLD, 软件，网络与通信，
微小化
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三代仪器仪表
●第一代为指针式（或模拟式）仪器仪表 ●第二代为数字式仪器仪表 ●第三代就是智能式仪器仪表
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3.智能仪器的概念与历史沿革
智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物， 是含有微计算机或微处理器的测量(或检测)仪器， 它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化 操作等功能，具有一定智能的作用(表现为智能的 延伸或加强等) 。
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智能传感器
微处理器和传感器结合，产生了具有一 定数据处理能力，并能自检、自校、自 补偿的新一代传感器——智能传感器。
•微电子、光电子技术发展 •加工工艺 （半导体传感器）、MEMS传感器 •新型智能敏感材料
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网络传感器
将网络接口芯片与智能传感器集成起来并 使 通 信 协 议 固 化 到 智 能 传 感 器 的 ROM 中 ， 就产生了网络传感器。
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2.智能仪器的基本结构
其结构可有两种基本类型:
●微机内嵌式 ●微机扩展式
将单片或多片的 微处理器与仪器 有机地结合在一 起形成的仪器。
以个人计算机(PC) 为核心的应用扩展 型测量仪器。
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Soc,sopc
传感器
非 电 量
输出通道 D/A A/D
单片机或
DSP RAM、
EPROM I/O接口