我國智能化儀器的發展現狀及前景分析

智能儀器是含有微型計算機或者含有微型處理器的測量儀器，擁有對數據的存儲運算邏輯判斷及自動化操作等功能。智能儀器的出現，極大地擴充了傳統儀器的應用范圍。智能儀器憑借其體積小、功能強、功耗低等優勢，迅速地在家用電器、科研單位和工業企業中得到了廣泛的應用。

隨著人類科學技術的進步，控制理論及儀表技術不斷發展和完善。在一個多世紀中，伴隨著4C技術，即計算機（Computer）、控制器 （Controller）、通信（Communication）和顯示器（CRT）技術的發展，過程控制儀表經歷了自力式、基地式、單元組合式、集散式及 現場總線式幾個發展階段。如果從信號及傳輸形式劃分，我們將其發展劃分為模擬控制系統、數字控制系統和網絡控制系統。

1.智能儀器當今的發展現狀

80年代的時候，微型處理器已經被用到儀器中，儀器前面板開始朝鍵盤化方向進行發展，測量系統常是通過IEEE—488總線進行連接。和傳統獨立儀器模式不同的個人儀器得到了發展等。

90年代初，儀器儀表的智能化尤其突出體現到以下幾個方面：第一個，微電子技術的進步已經更深刻地影響儀器儀表的設計；第二點，DSP芯片的研發，大大加強了儀器儀表數字信號處理的功能；第三點，微型計算機的發展，使儀器儀表擁有了更強的數據處理的能力；圖像處理的功能增加也相當普遍；第四點，VXI總線同時也得到廣泛的應用與發展。

近年來，可以看到智能化測量控制儀表的發展很明顯，成果很顯著。在國內市場上已經出現了各種各樣的智能化測量控制的儀表，例如，能夠自動進行差壓分析進行補償的智能節流式的流量計，也有能夠進行程序控溫方面的智能多段溫度的控制儀，還有能夠實現數字化PID和許多復雜控制規律方面的智能式調節器。

國際上涉及智能測量儀表的品種更是繁多，例如，HONEYWELL公司生產的DSTJ-3000系列新型智能變送器，能針對差壓值狀態的復合測量，可對變送器本體附近的溫度、靜壓等實現自動的補償，其精度最高可達到±0.1%FS；美國RACA-DANA公司的9303型產品超高電平表，利用微信處理器消除電流流經電阻所發出的熱噪聲，測量的電平可低達-77dB；美國FLUKE公司生產的超級多功能校準器5520A，內部采用了3個微處理器，其短期穩定性達到1ppm，線性度可達到0.5ppm；美國FOXBORO公司生產的數字化自整定的調節器，采用了先進技術，能夠像經驗豐富的工程是一樣，根據現場參數快速地整定調節器的參數設置。這種調節器尤其適合于對象變化頻繁或非線性的控制系統。由于這種調節器能夠自動整定調節參數，可使整個系統在生產過程的時候始終保持最佳的品質。

2.21世紀智能儀器的發展趨勢

微型智能儀器只要包括微電子技術、微機械技術、信息技術等集成應用于儀器的生產設計中，從而使儀器成為體積小、功能齊全的智能儀器。它能夠完成信號的采集、線性化處理、數盡可能的成為信號處理，控制信號的輸出、放大、和其他儀器的接口、與人的交流等功能的設備。微型智能儀器伴隨著微電子機械技術斷的發展，其技術也隨之不斷成熟，價格不斷的降低，所以其應用的領域也將不斷的擴大。它不但具有傳統設備的功能，并且在航天、自動化技術、軍事、醫療、生物技術等領域起到獨特作用。例如，目前要同時測量一個病人的幾個不同的參量，并進行某些參量的控制，通常病人的體內要插進幾個管子，這增加了病人感染的機會，微型智能儀器能同時測量多參數，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特點。例如，為了設計速度較快和結構較復雜的數字系統，儀器生產廠家制造了具有脈沖發生器、頻率合成器和任意波形發生器等功能的函數發生器。這種多功能的綜合型產品不但在性能上如準確度比專用脈沖發生器和頻率合成器高，而且在各種測試功能上提供了較好的解決方案。人工智能是計算機應用的一個嶄新領域，利用計算機模擬人的智能，用于機器人、專家系統、推理證明、醫療診斷、等各方面。智能儀器的進一步發展將含有一定的人工智能，即代替人的一部分腦力勞動，從而在視覺圖形及色彩辨讀、思維推理、判斷、聽覺語音識別及語言領悟、學習與聯想等方面具有一定的能力。這樣，智能儀器可無需人的干預而自主地完成檢測或控制功能。顯然，人工智能在現代儀器儀表中的應用，使我們不僅可以解決用傳統方法很難解決的一類問題，而且可望解決用傳統方法根本不能解決的問題。

伴隨著網絡技術的飛速發展，Internet技術正在逐漸向工業控制和智能儀器儀表系統設計領域滲透，實現智能儀器儀表系統基于Internet的通訊能力以及對設計好的智能儀器儀表系統進行遠程升級、功能重置和系統維護。

在系統編程技術In-System Programming，簡稱ISP技術是對軟件進行修改、組態或重組的一種最新技術。它是LATTICE半導體公司首先提出的一種使我們在產品設計、制造過程中的每個環節，甚至在產品賣給最終用戶以后，具有對其器件、電路板或整個電子系統的邏輯和功能隨時進行組態或重組能力的最新技術。ISP技術消除了傳統技術的某些限制和連接弊病，有利于在板設計、制造與編程。ISP硬件靈活且易于軟件修改，便于設計開發。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雜的流程，只要通過PC機，嵌入式系統處理器甚至INTERNET遠程網進行編程。

EMIT嵌入式微型因特網互聯技術是emWare公司創立ETIeXtend the Internet擴展Internet聯盟時提出的，它是一種將單片機等嵌入式設備接入Internet的技術。利用該技術，能夠將8位和16位單片機系統接入Internet，實現基于Internet的遠程數據采集、上傳/下載數據文件、智能控制等功能。

測量儀器的主要功能都是由數據采集、數據分析和數據顯示等三大部分組成的。在虛擬現實系統中，數據分析和顯示完全用PC機的軟件來完成。因此，只要額外提供一定的數據采集硬件，就可以與PC機組成測量儀器。這種基于PC機的測量儀器稱為虛擬儀器。在虛擬儀器中，使用同一個硬件系統，只要應用不同的軟件編程，就可得到功能完全不同的測量儀器。可見，軟件系統是虛擬儀器的核心，“軟件就是儀器”。

傳統智能儀器主要在儀器技術中運用了計算機技術，但是虛擬儀器則強調在通用的計算機技術中吸收現有的儀器技術。作為虛擬儀器核心的軟件系統具有可視性、可擴展性、通用性、通俗性、升級性，能為用戶帶來極大的利益，所以，具有傳統的智能儀器所無法比擬的應用市場和前景。

智能化儀器是數字信號處理、計算機科學、人工智能、電子學、VLSI等新時代技術與傳統的儀器儀表技術的結合。隨著專用個人儀器、集成電路等相關技術的成熟，智能化儀器也將會得到更好、更廣泛的應用。現在作為智能儀器核心的部件單片機技術是推動智能儀器朝向多功能化、小型化、更加靈活的方向努力的動力。不難看出，多種功能的智能儀器在將來會更加廣泛地使用在社會的各個領域中去。

參考文獻

[1]李明生.電子測量儀器[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2]陳花玲.機械工程測試技術[M].北京：機械工業出版社， 2002.