智能儀器儀表技術(shù)、發(fā)展趨勢

在“模擬儀器"，“分離儀器"和“數字儀器"之后，儀器技術(shù)進(jìn)入了“智能儀器"和“虛擬儀器"階段。儀器不再是簡(jiǎn)單的硬件實(shí)體，而是儀器和微處理器的結合，結合了硬件和軟件。智能儀器儀表的發(fā)展，使得儀器儀表在測量參數的同時(shí)，還能對數據進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的分析與控制，獲得實(shí)時(shí)控制，自適應功能，網(wǎng)絡(luò )智能電表，以及網(wǎng)絡(luò )資源的優(yōu)勢，為測控網(wǎng)絡(luò )的普遍建立和廣泛應用鋪平了道路。儀器的虛擬化使得具有相同結構的儀器更加靈活和可重新配置。同時(shí)提高了性能、減少了成本。學(xué)習儀器儀表的相關(guān)知識，就能更好的幫助我們了解測量與控制的過(guò)程。

1 智能儀器儀表技術(shù)的構成

1.1 傳感器技術(shù)

儀器的基本功能是收集數據，處理數據并對數據執行初步處理。其技術(shù)的關(guān)鍵是與數據輸入密不可分，因此傳感器技術(shù)是儀器技術(shù)的基礎。隨著(zhù)儀器技術(shù)的發(fā)展，要求具有小尺寸，低成本，高可靠性，同時(shí)滿(mǎn)足低功耗特性。這更多地取決于MEMS技術(shù)的發(fā)展。以提高系統的效率和可靠性，它具有以下一些特點(diǎn)：

小型化是MEMS器件的特征，它們體積小，通常在毫米到微米范圍內，最小器件尺寸為幾微米或更小。微電子和微機械技術(shù)的結合將儀器帶入了一個(gè)全新的領(lǐng)域，小型化儀器，也可以完成信號的采集和處理。

多樣化，目前為止，在世界范圍內，從事MEMS的研制和生產(chǎn)工作的企業(yè)數量已經(jīng)超過(guò)數千家，其中不乏一些世界500強企業(yè)。所研制出來(lái)的產(chǎn)品涉及到從工程應用到商業(yè)應用中的各行各業(yè)，例如微型壓力傳感器、創(chuàng )新產(chǎn)品，如加速度計，微型噴墨打印頭和數字顯微鏡顯示器。不光是產(chǎn)品類(lèi)型的多樣化，儀器儀表的功能也呈現多樣化的趨勢，以多功能的函數發(fā)生器為例，脈沖發(fā)生器，頻率合成器和任意波形發(fā)生器等功能集成在一臺儀器中，使應用更加方便。在測試功能上也提供了更好的方案。

使用MEMS技術(shù)的集成化特性可以集成具有不同功能敏感方向或致動(dòng)方向的多個(gè)傳感器或致動(dòng)器。形成微傳感器陣列或微致動(dòng)器陣列甚至微系統。

1.2 數模轉換技術(shù)

為了滿(mǎn)足數字系統的發(fā)展要求，A/D轉換器的性能也必須不斷提高。轉化速度的加快與轉換精度的提高已經(jīng)成為了數模轉化技術(shù)所著(zhù)重發(fā)展的方向。

高轉換速度對于當今日益現代化的數字系統的數據處理速度，并且它們還需要不斷提高的數據采集速度。在使用儀器儀表進(jìn)行測量的過(guò)程中，往往被測量的物理量的變化過(guò)程是極短的，為了能及時(shí)的反映出被測量的變化情況，A/D轉換器必須具有超高速轉換速度。隨著(zhù)工業(yè)的發(fā)展，工藝的進(jìn)步，現代數字處理系統對分辨率的要求在不斷提高，例如，先進(jìn)儀表的最小可測量值不斷減小，測量的變化在高精度測量中也較小。因此，A/D轉換器的分辨率也必須增加。

1.3 嵌入式系統

如今，軟件技術(shù)的發(fā)展總是能給儀表工業(yè)同樣帶來(lái)發(fā)展，引入更多的新功能?，F代儀器設備通常以某種方式由若干功能模塊組成。通過(guò)嵌入式軟件作用，來(lái)協(xié)調這些模塊的設計，在它們之間建立各種連接，并分配各種功能以有效地解決用戶(hù)問(wèn)題。這種設計方法可以充分利用現有的硬件和軟件資源，節省功能開(kāi)發(fā)的成本，進(jìn)一步簡(jiǎn)化儀器設備。例如，儀器開(kāi)發(fā)的主要方向之一是小型化。嵌入式系統可以在小芯片上集成所需的功能，這可以減小產(chǎn)品的尺寸并增加集成度，同時(shí)降低功耗。這不僅滿(mǎn)足了用戶(hù)對儀表產(chǎn)品的小型化要求，而且為其提供了便捷的移動(dòng)功能，增強了產(chǎn)品與網(wǎng)絡(luò )之間的連接功能。

畢竟，嵌入式軟件為儀器開(kāi)發(fā)提供了一種新的思維和設計方式。它可以幫助開(kāi)發(fā)人員在有限的設計空間內優(yōu)化系統性能，并關(guān)閉硬件和軟件之間的連接。它避免了由硬件和軟件架構的獨立設計引起的缺點(diǎn)。我相信，在未來(lái)，儀器的智能化發(fā)展必然會(huì )帶來(lái)嵌入式軟件的幫助。

1.4 網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)

網(wǎng)絡(luò )技術(shù)與通信技術(shù)隨著(zhù)科技的不斷發(fā)展，在工業(yè)領(lǐng)域中也有著(zhù)舉足輕重的作用，各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)環(huán)節的發(fā)展都離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò )化，儀器的發(fā)展自然與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的推廣密不可分。過(guò)去的儀器儀表都是通過(guò)線(xiàn)纜來(lái)進(jìn)行鏈接，這種方式對儀器的布置位置、線(xiàn)纜的設置等方面都有很高的要求，還會(huì )提高儀器的使用成本與維護難度。如今，受到廣泛關(guān)注的網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)已經(jīng)解決了這些問(wèn)題。表現在兩個(gè)方面：智能儀表必須上線(xiàn)才能完成數據傳輸，遠程控制和故障診斷;構建網(wǎng)絡(luò )化測試系統，將各種不同的測試設備連接到網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現資源，信息共享，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )協(xié)調工作，共同完成大型復雜系統的測試任務(wù)。智能化實(shí)現儀器后，通過(guò)進(jìn)一步實(shí)現網(wǎng)絡(luò )，現場(chǎng)測控資料可實(shí)現網(wǎng)絡(luò )歸檔，監控和控制，具有科學(xué)，高效的信息處理功能。因此，網(wǎng)絡(luò )也是現代儀器技術(shù)的組成部分之一。

2 智能儀器儀表技術(shù)的現狀

據最新統計，中國自動(dòng)化儀器儀表行業(yè)規?；a(chǎn)，各類(lèi)自動(dòng)化儀表儀表出口量逐年增加，遠銷(xiāo)海外。然而，生產(chǎn)大國卻并不是創(chuàng )新大國，對比世界的儀器儀表工業(yè)水平，不論是科研投入、創(chuàng )新能力，在制造技術(shù)和材料技術(shù)方面，與目前的國際標準仍有很大差距。以?xún)x器儀表中的新技術(shù)在線(xiàn)分析儀器為例，在線(xiàn)分析儀器的出現已經(jīng)存在了幾十年。然而在中國卻是近十年來(lái)才提出這一概念，多年以來(lái)，中國的儀器儀表企業(yè)少則上千家，并且還在逐年增加，但是，在這數千家企業(yè)之中，真正從事在線(xiàn)分析儀表技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)制造的企業(yè)只有十幾家而已，更多的是依賴(lài)國外產(chǎn)品的進(jìn)口來(lái)填補空缺。隨著(zhù)國家工業(yè)水平的進(jìn)步、國力的提升、社會(huì )需求的發(fā)展，在線(xiàn)分析技術(shù)已經(jīng)涉及到日常生活的方方面面，比如水質(zhì)、空氣質(zhì)量等方面，也牽涉到工業(yè)生產(chǎn)中一些非常重大的事項。在過(guò)去，國家對空氣質(zhì)量沒(méi)有過(guò)多的限制，但現在例如PM2.5、各種氣體含量，都有嚴格要求。通過(guò)采集樣本，再送到實(shí)驗室進(jìn)行檢測，無(wú)法獲得實(shí)時(shí)準確的結果，這時(shí)候就需要使用在線(xiàn)分析儀器來(lái)進(jìn)行檢測。

20世紀80年代后期的技術(shù)引進(jìn)為中國的在線(xiàn)分析儀器行業(yè)帶來(lái)了新的活力。1985年，四川分析儀器廠(chǎng)“成套科"成立，專(zhuān)業(yè)從事在線(xiàn)分析工程應用。1992年，在線(xiàn)分析工程部門(mén)在四川成立，當時(shí)的部長(cháng)們開(kāi)始了在線(xiàn)分析工程的新專(zhuān)業(yè)。定義了在線(xiàn)分析系統，公司開(kāi)發(fā)的PS1000系列成為在線(xiàn)分析工程技術(shù)研究成果。2007年，第二屆在線(xiàn)分析儀器應用與發(fā)展國際論壇在北京召開(kāi)。在線(xiàn)分析工程技術(shù)從此到了發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)候，并在以后走上了正軌。

儀器儀表技術(shù)的發(fā)展，不應當舍本逐末。目前，我國的儀器儀表產(chǎn)業(yè)還有很大的缺陷，各項性能指標還有很大的提升空間，應當向國外的企業(yè)看齊，并作為目標，在今后的發(fā)展中，使生產(chǎn)大國朝向創(chuàng )新大國穩步邁進(jìn)。

3 智能儀器儀表技術(shù)的發(fā)展展望

3.1 儀器儀表進(jìn)一步智能化

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能儀器驅動(dòng)軟件的出現優(yōu)化了虛擬儀器的性能和結構。通過(guò)智能化的形式，可以實(shí)現代碼的自動(dòng)生成，節省更多的人力物力，減少人員的工作量。此外，還連接了通信驅動(dòng)程序結構，使用戶(hù)應用程序和維護更加方便。在智能開(kāi)發(fā)下，儀器的設置和運行狀態(tài)可以動(dòng)態(tài)跟蹤，管理和配備，用戶(hù)可以自主擴展設置。同時(shí)，在智能管理條件下，驅動(dòng)器可以自動(dòng)監控運行狀態(tài)，及時(shí)解決問(wèn)題并及時(shí)解決，確保儀器的穩定性和安全性，提高儀器的運行質(zhì)量。

3.2 更快、更強、更節能

與傳統的測控模式相比，未來(lái)的智能儀器儀表將會(huì )在現今對資源的需求較大、測控過(guò)程較為繁瑣、人力成本消耗巨大的問(wèn)題上進(jìn)行改進(jìn)，在對環(huán)境友好的前提下，提高測控過(guò)程完成的效率;在智能化的支撐下，使測控系統不僅僅只局限于對目標數據的測量控制，還可以將測控系統中可能存在的各種影響因素都進(jìn)行監測，通過(guò)邏輯性的數據計算模式與自動(dòng)化檢測，形成更加高效，科學(xué)的測控系統;智能操作還可以減少人力需求，所需的人才從操作設備變?yōu)闄z測設備以收集數據。智能技術(shù)的應用消除了人為因素造成的誤差。使得測控系統能夠擁有更高的準確度與更強大的性能。

3.3 儀器儀表的應用

現如今的電子科技技術(shù)的高度進(jìn)步已經(jīng)為儀器儀表的發(fā)展鋪平了道路，儀器儀表所組成的測量控制網(wǎng)絡(luò )，不僅提高了工業(yè)生產(chǎn)效率，而且實(shí)現了資源共享，這也是儀器儀表未來(lái)的發(fā)展方向之一。此外，利用目前中國現代工業(yè)化和計算機化的蓬勃發(fā)展來(lái)推動(dòng)儀表工業(yè)的發(fā)展，提高創(chuàng )新水平，加強測量?jì)x器和測量系統的開(kāi)發(fā)，大力推動(dòng)儀器產(chǎn)業(yè)向智能化，開(kāi)放化，標準化發(fā)展。在此基礎上，儀器儀表技術(shù)將會(huì )在未來(lái)得到更好的發(fā)展。

通過(guò)模擬人類(lèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )可以實(shí)現信息的智能處理和傳輸，利用生物遺傳規律可以模擬遺傳計算。這種方法優(yōu)化了測量和控制系統，以繼續向智能化方向發(fā)展。在性能發(fā)展方面，測控技術(shù)和儀器的智能技術(shù)將朝著(zhù)靈活，高精度，高效率的方向發(fā)展，向智能化網(wǎng)絡(luò )架構發(fā)展。與未來(lái)新興技術(shù)的合作，也是發(fā)展方向之一。

4 結束語(yǔ)

在測量和控制技術(shù)和儀器的適應下，借助計算機的自動(dòng)輔助模式，集中訪(fǎng)問(wèn)信息，使其能夠提取重組的重要元素，為了適應不同的操作模式，智能技術(shù)可以通過(guò)反饋數據信息等更全面地了解設備的信號反饋內容。設計更科學(xué)，高效的測控系統，進(jìn)一步提升核心競爭力，提高我國測控技術(shù)水平，應依靠智能化發(fā)展條件，在注重智能與測控技術(shù)與儀器相結合的同時(shí)，不斷培養創(chuàng )新人才，真正實(shí)現行業(yè)的跨越式發(fā)展。并為民族復興大業(yè)做出積極貢獻。

聲明，文章來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )上行知部落網(wǎng)站上的論文分享，感覺(jué)不錯，引以所錄。