我國智能化儀器的發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析

智能儀器是含有微型計(jì)算機(jī)或者含有微型處理器的測(cè)量儀器，擁有對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)運(yùn)算邏輯判斷及自動(dòng)化操作等功能。智能儀器的出現(xiàn)，極大地?cái)U(kuò)充了傳統(tǒng)儀器的應(yīng)用范圍。智能儀器憑借其體積小、功能強(qiáng)、功耗低等優(yōu)勢(shì)，迅速地在家用電器、科研單位和工業(yè)企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

隨著人類科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，控制理論及儀表技術(shù)不斷發(fā)展和完善。在一個(gè)多世紀(jì)中，伴隨著4C技術(shù)，即計(jì)算機(jī)（Computer）、控制器 （Controller）、通信（Communication）和顯示器（CRT）技術(shù)的發(fā)展，過程控制儀表經(jīng)歷了自力式、基地式、單元組合式、集散式及 現(xiàn)場(chǎng)總線式幾個(gè)發(fā)展階段。如果從信號(hào)及傳輸形式劃分，我們將其發(fā)展劃分為模擬控制系統(tǒng)、數(shù)字控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。

1.智能儀器當(dāng)今的發(fā)展現(xiàn)狀

80年代的時(shí)候，微型處理器已經(jīng)被用到儀器中，儀器前面板開始朝鍵盤化方向進(jìn)行發(fā)展，測(cè)量系統(tǒng)常是通過IEEE—488總線進(jìn)行連接。和傳統(tǒng)獨(dú)立儀器模式不同的個(gè)人儀器得到了發(fā)展等。

90年代初，儀器儀表的智能化尤其突出體現(xiàn)到以下幾個(gè)方面：第一個(gè)，微電子技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)更深刻地影響儀器儀表的設(shè)計(jì)；第二點(diǎn)，DSP芯片的研發(fā)，大大加強(qiáng)了儀器儀表數(shù)字信號(hào)處理的功能；第三點(diǎn)，微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，使儀器儀表擁有了更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理的能力；圖像處理的功能增加也相當(dāng)普遍；第四點(diǎn)，VXI總線同時(shí)也得到廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。

近年來，可以看到智能化測(cè)量控制儀表的發(fā)展很明顯，成果很顯著。在國內(nèi)市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了各種各樣的智能化測(cè)量控制的儀表，例如，能夠自動(dòng)進(jìn)行差壓分析進(jìn)行補(bǔ)償?shù)闹悄芄?jié)流式的流量計(jì)，也有能夠進(jìn)行程序控溫方面的智能多段溫度的控制儀，還有能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化PID和許多復(fù)雜控制規(guī)律方面的智能式調(diào)節(jié)器。

國際上涉及智能測(cè)量儀表的品種更是繁多，例如，HONEYWELL公司生產(chǎn)的DSTJ-3000系列新型智能變送器，能針對(duì)差壓值狀態(tài)的復(fù)合測(cè)量，可對(duì)變送器本體附近的溫度、靜壓等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的補(bǔ)償，其精度最高可達(dá)到±0.1%FS；美國RACA-DANA公司的9303型產(chǎn)品超高電平表，利用微信處理器消除電流流經(jīng)電阻所發(fā)出的熱噪聲，測(cè)量的電平可低達(dá)-77dB；美國FLUKE公司生產(chǎn)的超級(jí)多功能校準(zhǔn)器5520A，內(nèi)部采用了3個(gè)微處理器，其短期穩(wěn)定性達(dá)到1ppm，線性度可達(dá)到0.5ppm；美國FOXBORO公司生產(chǎn)的數(shù)字化自整定的調(diào)節(jié)器，采用了先進(jìn)技術(shù)，能夠像經(jīng)驗(yàn)豐富的工程是一樣，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)快速地整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置。這種調(diào)節(jié)器尤其適合于對(duì)象變化頻繁或非線性的控制系統(tǒng)。由于這種調(diào)節(jié)器能夠自動(dòng)整定調(diào)節(jié)參數(shù)，可使整個(gè)系統(tǒng)在生產(chǎn)過程的時(shí)候始終保持最佳的品質(zhì)。

2.21世紀(jì)智能儀器的發(fā)展趨勢(shì)

微型智能儀器只要包括微電子技術(shù)、微機(jī)械技術(shù)、信息技術(shù)等集成應(yīng)用于儀器的生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，從而使儀器成為體積小、功能齊全的智能儀器。它能夠完成信號(hào)的采集、線性化處理、數(shù)盡可能的成為信號(hào)處理，控制信號(hào)的輸出、放大、和其他儀器的接口、與人的交流等功能的設(shè)備。微型智能儀器伴隨著微電子機(jī)械技術(shù)斷的發(fā)展，其技術(shù)也隨之不斷成熟，價(jià)格不斷的降低，所以其應(yīng)用的領(lǐng)域也將不斷的擴(kuò)大。它不但具有傳統(tǒng)設(shè)備的功能，并且在航天、自動(dòng)化技術(shù)、軍事、醫(yī)療、生物技術(shù)等領(lǐng)域起到獨(dú)特作用。例如，目前要同時(shí)測(cè)量一個(gè)病人的幾個(gè)不同的參量，并進(jìn)行某些參量的控制，通常病人的體內(nèi)要插進(jìn)幾個(gè)管子，這增加了病人感染的機(jī)會(huì)，微型智能儀器能同時(shí)測(cè)量多參數(shù)，而且體積小，可植入人體，使得這些問題得到解決。

多功能本身就是智能儀器儀表的一個(gè)特點(diǎn)。例如，為了設(shè)計(jì)速度較快和結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)，儀器生產(chǎn)廠家制造了具有脈沖發(fā)生器、頻率合成器和任意波形發(fā)生器等功能的函數(shù)發(fā)生器。這種多功能的綜合型產(chǎn)品不但在性能上如準(zhǔn)確度比專用脈沖發(fā)生器和頻率合成器高，而且在各種測(cè)試功能上提供了較好的解決方案。人工智能是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)嶄新領(lǐng)域，利用計(jì)算機(jī)模擬人的智能，用于機(jī)器人、專家系統(tǒng)、推理證明、醫(yī)療診斷、等各方面。智能儀器的進(jìn)一步發(fā)展將含有一定的人工智能，即代替人的一部分腦力勞動(dòng)，從而在視覺圖形及色彩辨讀、思維推理、判斷、聽覺語音識(shí)別及語言領(lǐng)悟、學(xué)習(xí)與聯(lián)想等方面具有一定的能力。這樣，智能儀器可無需人的干預(yù)而自主地完成檢測(cè)或控制功能。顯然，人工智能在現(xiàn)代儀器儀表中的應(yīng)用，使我們不僅可以解決用傳統(tǒng)方法很難解決的一類問題，而且可望解決用傳統(tǒng)方法根本不能解決的問題。

伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，Internet技術(shù)正在逐漸向工業(yè)控制和智能儀器儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域滲透，實(shí)現(xiàn)智能儀器儀表系統(tǒng)基于Internet的通訊能力以及對(duì)設(shè)計(jì)好的智能儀器儀表系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)、功能重置和系統(tǒng)維護(hù)。

在系統(tǒng)編程技術(shù)In-System Programming，簡稱ISP技術(shù)是對(duì)軟件進(jìn)行修改、組態(tài)或重組的一種最新技術(shù)。它是LATTICE半導(dǎo)體公司首先提出的一種使我們?cè)诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)，甚至在產(chǎn)品賣給最終用戶以后，具有對(duì)其器件、電路板或整個(gè)電子系統(tǒng)的邏輯和功能隨時(shí)進(jìn)行組態(tài)或重組能力的最新技術(shù)。ISP技術(shù)消除了傳統(tǒng)技術(shù)的某些限制和連接弊病，有利于在板設(shè)計(jì)、制造與編程。ISP硬件靈活且易于軟件修改，便于設(shè)計(jì)開發(fā)。由于ISP器件可以像任何其他器件一樣，在印刷電路板PCB上處理，因此編程ISP器件不需要專門編程器和較復(fù)雜的流程，只要通過PC機(jī)，嵌入式系統(tǒng)處理器甚至INTERNET遠(yuǎn)程網(wǎng)進(jìn)行編程。

EMIT嵌入式微型因特網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)是emWare公司創(chuàng)立ETIeXtend the Internet擴(kuò)展Internet聯(lián)盟時(shí)提出的，它是一種將單片機(jī)等嵌入式設(shè)備接入Internet的技術(shù)。利用該技術(shù)，能夠?qū)?位和16位單片機(jī)系統(tǒng)接入Internet，實(shí)現(xiàn)基于Internet的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、上傳/下載數(shù)據(jù)文件、智能控制等功能。

測(cè)量儀器的主要功能都是由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示等三大部分組成的。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)分析和顯示完全用PC機(jī)的軟件來完成。因此，只要額外提供一定的數(shù)據(jù)采集硬件，就可以與PC機(jī)組成測(cè)量儀器。這種基于PC機(jī)的測(cè)量儀器稱為虛擬儀器。在虛擬儀器中，使用同一個(gè)硬件系統(tǒng)，只要應(yīng)用不同的軟件編程，就可得到功能完全不同的測(cè)量儀器?？梢?，軟件系統(tǒng)是虛擬儀器的核心，“軟件就是儀器”。

傳統(tǒng)智能儀器主要在儀器技術(shù)中運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，但是虛擬儀器則強(qiáng)調(diào)在通用的計(jì)算機(jī)技術(shù)中吸收現(xiàn)有的儀器技術(shù)。作為虛擬儀器核心的軟件系統(tǒng)具有可視性、可擴(kuò)展性、通用性、通俗性、升級(jí)性，能為用戶帶來極大的利益，所以，具有傳統(tǒng)的智能儀器所無法比擬的應(yīng)用市場(chǎng)和前景。

智能化儀器是數(shù)字信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、電子學(xué)、VLSI等新時(shí)代技術(shù)與傳統(tǒng)的儀器儀表技術(shù)的結(jié)合。隨著專用個(gè)人儀器、集成電路等相關(guān)技術(shù)的成熟，智能化儀器也將會(huì)得到更好、更廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在作為智能儀器核心的部件單片機(jī)技術(shù)是推動(dòng)智能儀器朝向多功能化、小型化、更加靈活的方向努力的動(dòng)力。不難看出，多種功能的智能儀器在將來會(huì)更加廣泛地使用在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域中去。

參考文獻(xiàn)

[1]李明生.電子測(cè)量儀器[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2]陳花玲.機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2002.