智能儀器的狀況及其發(fā)展趨勢
2011-08-29智能儀器的發(fā)展概況
80年代，微處理器被用到儀器中，儀器前面板開(kāi)始朝鍵盤(pán)化方向發(fā)展，測量系統常通過(guò)IEEE—488總線(xiàn)連接。不同于傳統獨立儀器模式的個(gè)人儀器得到了發(fā)展等。
90年代，儀器儀表的智能化突出表現在以下幾個(gè)方面：微電子技術(shù)的進(jìn)步更深刻地影響儀器儀表的設計；DSP芯片的問(wèn)世，使儀器儀表數字信號處理功能大大加強；微型機的發(fā)展，使儀器儀表具有更強的數據處理能力；圖像處理功能的增加十分普遍；VXI總線(xiàn)得到廣泛的應用。
近年來(lái)，智能化測量控制儀表的發(fā)展尤為迅速。國內市場(chǎng)上已經(jīng)出現了多種多樣智能化測量控制儀表，例如，能夠自動(dòng)進(jìn)行差壓補償的智能節流式流量計，能夠進(jìn)行程序控溫的智能多段溫度控制儀，能夠實(shí)現數字PID和各種復雜控制規律的智能式調節器，以及能夠對各種譜圖進(jìn)行分析和數據處理的智能色譜儀等。
國際上智能測量?jì)x表更是品種繁多，例如，美國HONEYWELL公司生產(chǎn)的DSTJ-3000系列智能變送器，能進(jìn)行差壓值狀態(tài)的復合測量，可對變送器本體的溫度、靜壓等實(shí)現自動(dòng)補償，其精度可達到±0.1％FS；美國RACA-DANA公司的9303型超高電平表，利用微處理器消除電流流經(jīng)電阻所產(chǎn)生的熱噪聲，測量電平可低達-77dB；美國FLUKE公司生產(chǎn)的超級多功能校準器5520A，內部采用了3個(gè)微處理器，其短期穩定性達到1ppm，線(xiàn)性度可達到0.5ppm；美國FOXBORO公司生產(chǎn)的數字化自整定調節器，采用了專(zhuān)家系統技術(shù)，能夠像有經(jīng)驗的控制工程師那樣，根據現場(chǎng)參數迅速地整定調節器。這種調節器特別適合于對象變化頻繁或非線(xiàn)性的控制系統。由于這種調節器能夠自動(dòng)整定調節參數，可使整個(gè)系統在生產(chǎn)過(guò)程中始終保持最佳品質(zhì)。
智能儀器發(fā)展趨勢
1 微型化
微型智能儀器指微電子技術(shù)、微機械技術(shù)、信息技術(shù)等綜合應用于儀器的生產(chǎn)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(xiàn)性化處理、數字信號處理，控制信號的輸出、放大、與其他儀器的接口、與人的交互等功能。微型智能儀器隨著(zhù)微電子機械技術(shù)的不斷發(fā)展，其技術(shù)不斷成熟，價(jià)格不斷降低，因此其應用領(lǐng)域也將不斷擴大。它不但具有傳統儀器的功能，而且能在自動(dòng)化技術(shù)、航天、軍事、生物技術(shù)、醫療領(lǐng)域起到獨特的作用。例如，目前要同時(shí)測量一個(gè)病人的幾個(gè)不同的參量，并進(jìn)行某些參量的控制，通常病人的體內要插進(jìn)幾個(gè)管子，這增加了病人感染的機會(huì )，微型智能儀器能同時(shí)測量多參數，而且體積小，可植入人體，使得這些問(wèn)題得到解決。
2 多功能化
多功能本身就是智能儀器儀表的一個(gè)特點(diǎn)。例如，為了設計速度較快和結構較復雜的數字系統，儀器生產(chǎn)廠(chǎng)家制造了具有脈沖發(fā)生器、頻率合成器和任意波形發(fā)生器等功能的函數發(fā)生器。這種多功能的綜合型產(chǎn)品不但在性能上(如準確度)比專(zhuān)用脈沖發(fā)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。
3 人工智能化
人工智能是計算機應用的一個(gè)嶄新領(lǐng)域，利用計算機模擬人的智能，用于機器人、醫療診斷、專(zhuān)家系統、推理證明等各方面。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(jué)(圖形及色彩辨讀)、聽(tīng)覺(jué)(語(yǔ)音識別及語(yǔ)言領(lǐng)悟)、思維(推理、判斷、學(xué)習與聯(lián)想)等方面具有一定的能力。這樣，智能儀器可無(wú)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(lèi)問(wèn)題，而且可望解決用傳統方法根本不能解決的問(wèn)題。
4 融合ISP和EMIT技術(shù)，實(shí)現儀器儀表系統的Internet接入(網(wǎng)絡(luò )化)
伴隨著(zhù)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設計領(lǐng)域滲透，實(shí)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(jìn)行遠程升級、功能重置和系統維護。
在系統編程技術(shù)(In-System Programming，簡(jiǎn)稱(chēng)ISP技術(shù))是對軟件進(jìn)行修改、組態(tài)或重組的一種最新技術(shù)。它是LATTICE半導體公司首先提出的一種使我們在產(chǎn)品設計、制造過(guò)程中的每個(gè)環(huán)節，甚至在產(chǎn)品賣(mài)給最終用戶(hù)以后，具有對其器件、電路板或整個(gè)電子系統的邏輯和功能隨時(shí)進(jìn)行組態(tài)或重組能力的最新技術(shù)。ISP技術(shù)消除了傳統技術(shù)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(kāi)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(zhuān)門(mén)編程器和較復雜的流程，只要通過(guò)PC機，嵌入式系統處理器甚至INTERNET遠程網(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ETI(eXtend the Internet)擴展Internet聯(lián)盟時(shí)提出的，它是一種將單片機等嵌入式設備接入Internet的技術(shù)。利用該技術(shù)，能夠將8位和16位單片機系統接入Internet，實(shí)現基于Internet的遠程數據采集、智能控制、上傳／下載數據文件等功能。
目前美國ConnectOne公司、emWare公司、TASKING公司和國內的P＆S公司等均提供基于Internet的DeviceNetworking的軟件、固件(Firmware)和硬件產(chǎn)品。
5 虛擬儀器是智能儀器發(fā)展的新階段
測量?jì)x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(shí)系統中，數據分析和顯示完全用PC機的軟件來(lái)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?jì)x器。這種基于PC機的測量?jì)x器稱(chēng)為虛擬儀器。在虛擬儀器中，使用同一個(gè)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?jì)x器?？梢?jiàn)，軟件系統是虛擬儀器的核心，“軟件就是儀器”。
傳統的智能儀器主要在儀器技術(shù)中用了某種計算機技術(shù)，而虛擬儀器則強調在通用的計算機技術(shù)中吸收儀器技術(shù)。作為虛擬儀器核心的軟件系統具有通用性、通俗性、可視性、可擴展性和升級性，能為用戶(hù)帶來(lái)極大的利益，因此，具有傳統的智能儀器所無(wú)法比擬的應用前景和市場(chǎng)。
