智能仪器仪表新特点和未来发展趋势/英国牛津专用孔铜面铜厚度测量仪 - 行业信息 - 深圳市方源仪器有限公司
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智能仪器仪表新特点和未来发展趋势/英国牛津专用孔铜面铜厚度测量仪
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智能仪器仪表新特点和未来发展趋势
&&&&&&&传统仪器随着科技的发展，又有了新的突破，智能仪器作为新兴产品在各行业中受到广泛应用。智能仪器有哪些特点呢？未来发展趋势又如何呢？
&&&&&& 智能仪器具有很强的集成性，当然这与微电子技术的发展有着密切关系。cpu、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器甚至a／d、d／a转换器等都被集成在一起，再结合计算机技术与测量控制技术，智能仪器便产生了。这样具有高集成性和多种技术融合的仪器，必定拥有诸多新特性。
&&&&&& 智能仪器与传统仪器相比，自动化程度有了极大提升。可以实现测量过程的自动化，包括键盘扫描、量程选开关启动闭合、数据的采集、传输与处理以及显示打印等环节。智能仪器仪表具有极强的自测功能，能够更好的自动检测出仪器故障，为仪器维护带来了便捷。此外，智能仪器仪表还具有数据处理功能，而这是以往传统仪器很难企及的。能够实现繁重的数据处理，而且测量精度也得到大幅提升。
&&&&&&& 智能仪器还凭借键盘、显示屏等，拥有了更好的人机对话能力。操作人员可以实现对仪器的命令输入操作，也可以实现对仪器运行状况及测量数据的结果查看。此外，智能仪器配备有多种标准通信接口，具有可程控操作能力。
&&&&&&& 智能仪器经过近几年的发展，无论是技术还是种类都有了新的发展和壮大。未来智能仪器将更加微型化、多功能化、人工智能化、网络化、虚拟化等方向发展，满足不同领域的应用需求，推动各行各业的发展。
&智能仪表的技术优势和特点：
&&&&&&& 智能仪表在工业自动化领域的广泛应用得益于其突出的技术优势和特点，诸如其高稳定性、高可靠性、高精度、易维护性。以智能变送器为例，智能仪表具备如下优点：&&&&
&&&&&& （1）精度高智能变送器具有较高的精度。
利用内装的微处理器，能够实时测量出静压、温度变化对检测元件的影响，通过数据处理，对非线性进行校正，对滞后及复现性进行补偿，使得输出信号更精确。一般情况，精度为最大量程的&0.1%，数字信号可达&0.075%。&&&&
&&&&&& （2）功能强&&&&
智能变送器具有多种复杂的运算功能，依赖内部微处理器和存储器，可以执行开方、温度压力补偿及各种复杂的运算。&&&&
&&&&&& （3）测量范围宽&&&&
普通变送器的量程比最大为10:1，而智能变送器可达40:1或100:1，迁移量可达1900%和-200%，减少变送器的规格，增强通用性和互换性，给用户带来诸多方便。&&&&
&&&&&&& （4）通信功能强&&&&&&
智能变送器均可实现手操器进行操作，既可在现场将手操器插到变送器的相应插孔，也可以在控制室将手操器连接到变送器的信号线上，进行零点及量程的调校及智能仪表在工业自动化领域的广泛应用得益于其突出的技术优势和特点，诸如其高稳定性、高可靠性、高精度、易维护性。
&对于智能仪表技术及其应用未来发展方向的建议：
&&&&&&&& （1）智能仪表的智能化程度有待进一步提高。智能仪表的智能化程度表征着其应用的广度和深度，目前的智能仪表还只是处于一个较低水平的初级智能化阶段，但某些特殊工艺及应用场合则对仪表的智能化提出了较高的要求，而当前的智能化理论，如：神经网络、遗传算法、小波理论、混沌理论等已经具备潜在的应用基础，这就意味着我们有必要也有能力结合具体的应用需要下大气力开发高级智能化的仪表技术。&&&&
&&&&&&& （2）智能仪表的稳定性、可靠性有待长期和持续的关注仪表运行的稳定性、可靠性是用户首要关心的问题，智能仪表也不例外。随着智能仪表技术的不断拓展、新型的智能仪表也将陆续投放市场，这需要我们始终把握一个原则：每一项智能新技术的应用有待实践的检验，是否用户有信心和勇气敢于做&第一个吃螃蟹的人&。这就需要安全性、可靠性技术的并行开发。&&&&
&&&&&&& （3）智能仪表的潜在功能应用有待最大化。目前工业自动化领域的实际应用尚未将智能仪表的功能发挥最大化，而更多的只是应用了其总体功能的半数左右，而这一应用现状的主要原因是，控制系统的总体架构忽略了诸如现场总线的技术优势，这需要仪表厂商与用户建立良好的合作伙伴关系，加强长期合作，以短期投资促长期效益，通过建立&智能仪表+现场总线&的控制系统架构，确立优化的投资观念，达成和谐共赢的目标。&&&&
&&&&&& （4）继续加大国内智能仪表的开发投入。智能仪表技术及应用还需要经历一个较为漫长的成熟发展期，而对于国内智能仪表技术及产品开发已经面临着更大的挑战，这种局面召唤着国内仪表行业共同探讨智能仪表的发展问题，应对激烈的国际竞争市场，担负仪表产业的历史使命，在日益优厚的国家及政府扶持政策下，坚持产、学、研的密切结合，继续加大国内智能仪表的开发投
智能仪表仪表的发展方向：
&&&&&&& 信息技术的进步推动了工业自动化仪表与控制系统的向前发展, 近年来, 计算机科学和微电子技术的迅速发展和普及, 导致了仪表的结构概念和设计观点等都发生了突破性的变化, 形成了一类具有普通仪表的基本功能,又有一般仪表所没有的特殊功能的高档低价仪表。工业自动化仪表重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用自动化仪表; 全面扩大服务领域, 推进仪器仪表系统的数字化、智能化、网络化, 完成自动化仪表从模拟技术向数字技术的转变。
&&&&&&& ( 1) 智能化。从工业自动化仪表的发展趋势看, 智能化是其核心部分, 所谓智能化表现在其具有多种新功能。在工控方面, 过去控制的算法, 只能由调节器或DCS 来完成, 如今一台智能化的变送器或者执行器, 只要植入PID模块, 就可以与有关的现场仪表在一起, 在现场实现自主调节; 从而实现控制的彻底分散, 从而减轻了DCS 主机的负担, 使调节更加及时, 并提高了整个系统的可靠性。
&&&&&&& ( 2) 高精度化。由于工业生产对成品质量的要求日益提高, 国家的政策和法令对节能减排也有具体的要求和规定, 因此提高测量仪表与控制系统的精度就被提上了议事日程。
&&&&&&& ( 3) 总线化。过程控制系统自动化中的现场设备通常称为现场仪表。现场总线技术的广泛应用, 使组建集中和分布式测试系统变得更为容易。目前现场总线已成为全球自动化技术发展的重要表现形式, 它为过程测控仪表的发展提供了千载难逢的发展机遇, 并为实现进一步的高精度、高稳定、高可靠、高适应、低消耗等方面提供了巨大动力和发展空间。
&&&&&& ( 4) 网络化。现场总线技术采用计算机数字化通信技术, 使自动控制系统与现场设备加入工厂信息网络, 成为企业信息网络底层, 可使智能仪表的作用得以充分发挥。
&&&&&& ( 5) 开放性。现在的测控仪器越来越多采用以Windows/CE、Linux、VxWorks 等嵌入式操作系统为系统软件核心和高性能微处理器为硬件系统核心的嵌入式系统技术, 未来的仪器仪表和计算机的联系也将会日趋紧密,Agilent 公司表示仪器仪表设备上应当具备计算机的所有接口, 如USB 接口、打印机接口、局域网网络接口等, 测量的数据也应通过USB 接口存储在可移动存储设备中, 使用这样的仪器仪表设备和操作一台简易电脑简直是如出一辙。齐备的接口可连接多种现场测控仪表或执行器设备, 在过程控制系统主机的支持下, 通过网络形成具有特定功能的测控系统, 实现了多种智能化现场测控设备的开放式互连系统。
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当今的智能科技分支林立，蓬勃兴旺，在国内外已获得了飞速发展，诸如模糊逻辑、遗传算法、神经网络、专家系统、仿人智能、粗糙集理论、物元可拓方法、知识工程、模式识别、定性控制、小波分析、分形几何、混沌控制、数据融合技术等等，真可谓是八仙过海，各显神通。其各有所长，分别组合，取长补短，相得益彰。
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智能自动化及其在仪器仪表制造中的应用
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自动化仪表
自动化仪表，是由若干构成的，具有较完善功能的。它一般同时具有数种功能，如测量、显示、记录或测量、控制、报警等。自动化仪表本身是一个系统，又是整个自动化系统中的一个子系统。自动化仪表是一种“信息机器”，其主要功能是信息形式的转换，将输入信号转换成输出信号。信号可以按或表达，信号的传输则可调制成连续的或断续的数字量形式。
自动化仪表名称
自动化仪表（英文：automatic instruments）是用以检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成分、等的器具或设备。真空检漏仪、、、显微镜、乘法器等均属于仪器仪表。广义来说，仪器仪表也可具有自动控制、报警、和数据处理等功能，例如用于工业生产过程自动控制中的气动调节仪表，和，以及集散型仪表控制系统也皆属于仪器仪表。
自动化仪表
仪器仪表能改善、扩展或补充人的官能。人们用去视、听、尝、摸外部事物，而显微镜、望远镜、、酸度计、等仪器仪表，可以改善和扩展人的这些官能；另外，有些仪器仪表如、计数计等可感受和测量到人的感觉器官所不能感受到的物理量；还有些仪器仪表可以超过人的能力去记录、计算和计数，如高速、计算机等。
自动化检测仪表是自控系统中关键的子系统之一。一般的自动化检测仪表主要由三个部分组成：①传感器，利用各种信号检测被测；②变送器，将传感器所测量的模拟信号转变为4 ～ 20mA 的电流信号，并送到可编程序控制器中；③显示器，将测量结果直观地显示出来，提供结果。
自动化检测仪表以其测量精确、显示清晰、操作简单等特点，在工业生产中得到广泛应用，而且自动化检测仪表内部具有与微机的接口，更是重要的部分，被称为自动化控制系统的眼睛。自动化仪表主要有温度仪表、、、流量仪表及一些表等。
1、温度仪表
石化现场设备或管道内介质温度一般都需要指示控制，最常用的是、热电偶。特殊热电阻有油罐平均温度计等；特殊热电偶有、、多点式热电偶、等。
压力表分液柱式、弹性式、活塞式。作为压力调节系统除采用压力变送器将信号送至或其它调节器外，位移平衡式仍常用于现场。
3、物料仪表
物料仪表没有通用产品，按测量方式分为直读式、浮力式、静压式、电接触式、电容式、超声波式等等，其中式、式以及矩阵式液位计精度高，石化行业应用普及。　　4、流量仪表
流量，不是一般的流速，是单位时间内流经有效截面的流体的体积和质量，另外还需要求知管道中一段时间内流过的累积流体的体积和质量。
从工艺上看，生产过程中对温度、压力、流量、液位等工艺参数的保证，只是间接保证最终产品或中间产品的质量合格，所以对过程中物料成分的直接分析和对最终产品的是非常重要的。
自动化仪表工业应用
“十二五”期间，我国仪器仪表市场容量很大，应用领域广阔，但应用领域需求相对集中，应用要求迫切的领域主要有：钢铁电力、煤炭化工、石油、医药、轻工等产业部门。　　这些产业部门除了有上千项新建工程需要配置大量自动化仪表与控制系统外，还有上万个企业需要进行技术改造，为此必须替换旧型仪表或零部件需求量极其庞大。　　1、环保仪器仪表
环保仪器仪表主要用在环境质量监测和等方面。针对我国具体国情，环保主要解决我国水环境、两个战略性和全局性的大环境问题。随着节能降耗、减少排放和成为国家长期国策。　　2、电工仪器仪表
在提出，要大力推进以为龙头、各级电网协调发展、健全的原则，同时还明确了电力用户用电信息采集系统建设是我国智能电网建设的重要组成部分后，智能电网建设渐进式发展起来。而电网建设是全球性行为，是长期、渐进式的刚性市场，为电工仪器仪表行业的重大发展机遇。
电工仪器仪表
工业自动化仪表重点发展基于技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用自动化仪表。从市场需求看，我国工业自动化市场需求日旺。据协会预测，到十一五末，工业自动化市场需求将超过1000亿元。另随着国家对民生关注的大大提高，一些与民生相关的需求也提到日程上来，也对仪器仪表提出新的要求和市场需求。
自动化仪表结构
自动化仪表分类
检测与过程控制仪表(通常称自动化仪表)分类方法很多，根据不同原则可以进行相应的分类。　　例如按仪表所使用的能源分类，可以分为气动仪表、电动仪表和液动仪表(很少见)；按仪表组合形式，可以分为基地式仪表、和综合控制装里；按仪表安装形式，可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表。随着微处理机的蓬勃发展，根据仪表有否引入微处理器又可分为智能仪表与非智能仪表。根据仪表信号的形式可分为模似仪表和数字仪表。　　　　根据其结构特哄和不同进行分类　　　　例如变送器具有多种功能，可以划归温度检测仪表，可以划归流检测仪表
自动化仪表组成
根据记录和指示、模拟与数字等功能，又可分为和、和数显仪表，其中记录仪表又可分为单点记录和多点记录（指示亦可以有单点和多点），其中又有在纸记录或无纸记录，若是有纸记录又分笔录和打印记录。
无纸记录仪
调节仪表可是以分为和单元组合式调节仪表。由于微处理机引入，又有与固定程序调节器之分。
自动化仪表
执行器由执行机构和两部分组成。执行机构按能源划分有、电动执行器和，按结构形式可以分为薄膜式、活塞式（式）和长行程执行机构。调节阀根据其结构特噗和流量特性不同进行分类，按结构特点分通常有直通单座、直通双座、三通、角形、隔膜、蝶形、球阀、偏心旋转、套筒（笼式）、阀体分离等，按流量特性分为直线、（等面分比）、抛物线、快开等。
这类分类方法相对比较合理，仪表覆盖面也比较广，但任何一种分类方法均不能将所有仪表分门别类地划分得井井有序，它们中间互有渗透，彼此沟通。例如具有多种功能，可以划归温度，可以划归流量检测仪表，可以划归压检测仪表，若用兀压法测液位可以划归物位检测仪表，很难确切划归哪一类，中外中的计算和辅助单元也很难归并。
自动化仪表发展历史
自动化仪表早期发展与自动化工业仪表的出现
在我国出现较早，刚开始出现时主要运载在冶金、热能动力、石油炼制以及化工等热力生产行业中，所以在当时工业仪表被称作是热工表。最早生产出的工业仪表主要有液动式以及机械式两种，而且体积也较大，主要作用是进行检测记录与简单的控制，运用起来极不灵活而且功能较少，不能够在工业生产中发挥很大的作用。后来人们对这种工业仪表进行了发展与优化，针对其不能进行远程控制的问题研制除了，这种仪表具备了压力信号与远程发送器，可以进行远距离的检测记录与控制，在这个基础上有出现了可调节的电子仪表。在二十世纪五十年代左右，首次出现了电动式仪表，它主要是利用各种电子仪器对进行控制。再后来，集成电路与得到了一定的发展出现了计算机信息技术，这才逐渐出现了自动化技术，计算机技术的发展带动了自动化技术的发展，并开始在化工行业中得到运用。
自动化工业仪表的真正出现是在二十世纪的八十年代，人们通过一种控制装置把自动化技术与工业仪表进行了有效结合，然后通过组装的电子设备进行综合控制，后来随着控制技术的不断发展，自动化技术逐渐成为了工业仪表发展的主要工具，也就出现了真正的自动化工业仪表。随着自动化仪表技术的不但发展，其体积越来越小，功能越来越全，在工业生产中发挥的作用也越来越明显，成为现代工业发展必不可少的一个重要工具。
自动化仪表电子式自动化工业仪表的出现
在计算机技术出现之前出现了微电子技术，这种技术在自动化中得到运用后，使自动化工业仪表逐渐呈现除了科技化与产业化。这种工业仪表主要是通过电子控制器来实现对故障的诊断，在电子式自动化工业仪表工作往往会由于各种电信号信息的不稳定而不能及时发现工作中的各种问题，存在着极大的弊端。人们对这种工业仪表进行更新与发展后，逐步出现了智能化、数字化的智能型自动化工业仪表，这种智能化的工业仪表通过虚拟网络技术来代替人工进行工作，初步实现了工业仪表的真正意义上的自动化。
自动化仪表智能型自动化工业仪表的出现
随着社会信息技术的不断发展，自动化在发展的过程中也表现出了开放性、总线性、网络化以及智能化等特点。自动化工业仪表主要是通过采用接口通信、微处理器以及集成电路等现代化网络技术来实现其智能化的，这些技术可以利用一些对自动化工业仪表的内部操作进行协调，从而使其具备智能化处理能力。在这个基础上对各种输入信号进行非线性处理，并通过压力与温度进行补偿，再通过以及零点的修正与漂移等过程来逐步实现自动化工业仪表的总线控制，这种总线控制式自动化工业仪表是未来重点发展的重点。总之，未来自动化工业仪表的发展离不开计算机信息技术的支持，只有把计算机数字化技术充分运用到自动化中，才能使自动化工业仪表取得进一步发展。
自动化仪表性能
衡量仪器仪表性能的主要技术指标有精确度、灵敏度、响应时间等。表示仪表测量结果与被测量的一致程度。仪器仪表的精确度常用精确度等级来表示，例如0.1级、0.2级、0.5级、1.0级、1.5级等。0.1级表仪表总的误差不超过±1.0%范围。精确度等级数小，说明仪表的和都小，也就是这种仪表精密。灵敏度表示当被测的量有一个很小的增量时与此增量引起仪表增量之比，它反映仪表能够测量的最小被测量。响应时间是指仪表输入一个阶跃量时，其输出由初始值第一次到达最终稳定值的时间间隔，一般规定以到达稳定值的95%时的时间为准。此外，还有重复性、、滞环、、漂移等性能技术指标。
自动化仪表发展趋势
微电子技术、计算机技术、网络通信技术和等日新月异发展的新技术对自动化仪表的革新产生了深远的影响，已成为工业自动化仪器仪表发展的新的推动力，使不仅能够更高速、更灵敏、更可靠、更简捷地获取对象的全方位信息，而且完全突破了传统的光、机、电的框架，朝着智能化、网络化、总线化、开放性的方向发展。
自动化仪表智能化
现代自动化仪表的智能化是指采用大规模集成电路技术、微处理器技术、接口通信技术，利用协调内部操作，使仪表具有智能化处理的功能，在完成输入信号的非线性处理，温度与压力的补偿，刻度标尺的变换，零点的漂移与修正，故障诊断等基础上，还可完成对工业过程的控制，使控制系统的危险进一步分散，并使其功能进一步增强。这类产品以数字输出形式出现，不但大大提升了仪表性能，而且便于信息沟通，还可通过网络组成新型的、开放式的过程控制系统。
自动化仪表总线化
过程控制系统自动化中的现场设备通常称为现场仪表。现场仪表主要有变送器，执行器，仪表及其它检测仪表。技术的广泛应用，使组建集中和分布式测试系统变得更为容易。然而集中测控越来越不能满足复杂、远程及范围较大的测控任务的需求，必须组建一个可供各现场仪表的网络，（）正是在这种情况下出现的。它是一种用于各种现场智能化仪表与中央控制之间的一种开放、全数字化、双向、多站的通信系统。现场总线已成为全球自动化技术发展的重要表现形式，它为过程的发展提供了千载难逢的发展机遇，并为实现进一步的高精度、高稳定、高可靠、高适应、低消耗等方面提供了巨大动力和发展空间。同时，各现场总线控制系统制造厂家为了使自己的现场总线控制系统（FCS）能得到应用，纷纷推出与其控制系统配套的具有功能的测量仪表和，形成了较为完整的现场总线控制系统体系。总而言之，总线化现场仪表功能丰富，在FC S中，几乎不存在单一功能的现场仪表。如横河川仪生产的EJA系列FF现场总线压力变送器，具有2个相互独立的AI（模入）功能模块，分别计算差压和静压。它的自诊断不但可以检测出压力超界，环境温度过高，设置错误，而且还能检测出、温度传感器以及放大器、模块等硬件故障。
自动化仪表网络化
技术采用计算机数字化通信技术，使自动控制系统与现场设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层，可使智能仪表的作用得以充分发挥。随着工业信息网络技术的发展，以网络结构体系为主要特征的新型自动化仪表，即IP智能现场仪表代表了新一代控制网络发展的必然趋势。图1显示了基于嵌入式Internet的控制。其特点是：首先Ethernet贯穿于网络的各个层次，它使网络成为透明的，覆盖整个企业范围的应用实体。它实现了真正意义上的与工业自动化的无缝结合，因而我们称它为扁平化的工业控制网络。其良好的互连性和使之成为一种真正意义上的全开放的网络体系结构，一种真正意义上的大统一。因此，基于嵌入式Internet的控制网络代表了新一代控制网络发展的必然趋势，新一代智能仪表—IP智能现场仪表的应用将越来越广泛。
自动化仪表开放性
测控仪器越来越多采用以Windows/CE、、VxWorks等嵌入式操作系统为系统软件核心和高性能微处理器为核心的嵌入式系统技术，未来的仪器仪表和计算机的联系也将会日趋紧密，Agilent公司表示仪器仪表设备上应当具备计算机的所有接口，如USB接口、打印机接口、局域网网络接口等，测量的数据也应通过USB接口存储在中，使用这样的仪器仪表设备和操作一台简易电脑简直是如出一辙。齐备的接口可连接多种现场或执行器设备，在过程控制系统主机的支持下，通过网络形成具有特定功能的测控系统，实现了多种智能化现场测控设备的开放式互连系统。　　现代工业企业中的控制系统将向着智能化、总线化、网络化、一体化的方向发展。自动智能化仪表越来越广泛的应用在各个领域。高度发展的现代自动控制技术在各行各业中的运用，必然带来更高、更好得到发展。
自动化仪表期刊
《自动化仪表》创刊于1957年，是主管、和合办的中国自动化仪表行业综合性技术刊物。《自动化仪表》为中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊、（双百期刊）入选期刊，并被评为第一、二届全国优秀科技期刊和中国科协、原机械工业部、原机械电子工业部及上海市优秀科技期刊。　《自动化仪表》设有相关专题、研究与开发、系统集成与应用、应用实践、创新技术与产品、行业信息及专题等栏目。报道国内外自动化仪表及自动控制领域的科研成果和先进技术；介绍新产品、新工艺，交流现场应用文本经验；传播自动化仪表及控制系统的基础知识；反映的发展动态。内容突出实用性、指导性、知识性，适合冶金、化工、炼油、电力、机械、轻工、纺织、环保、制药、建桥、军工等各行各业从事测量与控制工作的科研技术人员、管理人员、营销人员和大专院校师生阅读。
《自动化仪表》国内外公开发行,：CN31-1501/TH,国际连续出版物号：ISSN ，国外代号：M-721。 《自动化仪表》为月刊，每月20日出版，邮发代号：4-304，定价：10.00元，全年定价：120.00元。
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推动测试测量,检测诊断,传感物联,遥测自控智能化发展
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智能仪器的设计与发展
&&&&&&&&智能仪器的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。& &&& &&& 1、智能仪器的工作原理& &&& &&&&&& 拾取被测参量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送人多路模拟开关；由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益，放大后的信号经A/D转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中；单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理（如非线性校正等）；运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印；同时单片机把运算结果与存储在片内FlashROM或EPROM内的设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制要求，输出相应的控制信号（如报警装置触发、触点等）。此外，智能仪器还可以与PC机组成分布式，由单片机作为下位机采集各种测量信号与数据，通过串行通信将信息传输给上位机——PC机，由PC机进行全局管理。智能仪器的结构如图1所示。 图1 智能仪器的一般结构&&& &&& 2、智能仪器的功能特点 &&& &&&&&& 随着微电子技术的不断发展，以单片机为主体，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，组成了所谓的“智能化测量控制系统”，也就是智能仪器。与传统相比，智能仪器具有以下功能特点： &&& &&&&& &1）操作。仪器的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、数据的采集、传输与处理以及显示打印等都用单片机或微来控制操作，实现测量过程的全部自动化。 &&& &&&&&& 2）具有自测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等，极大地方便了仪器的维护。 &&& &&&&& &3）具有数据处理功能，这是智能仪器的主要优点之一。智能仪器由于采用了单片机或微控制器，使得许多原来用硬件逻辑难以解决或根本无法解决的问题，现在可以用软件非常灵活地加以解决。 &&& &&&&& &4）具有友好的人机对话能力。智能仪器使用键盘代替传统仪器中的切换开关，操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。与此同时，智能仪器还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉操作人员，使仪器的操作更加方便直观。 &&& &&&&&& 5）具有可程控操作能力。一般智能仪器都配有GPIB、RS232C,RS485等标准的通信接口，可以很方便地与PC机和其他仪器一起组成用户所需要的多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任务。 &&& &&& 3、智能仪器的设计原则及研制 &&& &&&&& &智能仪器的研制开发是一个较为复杂的过程。为完成仪器的功能，实现仪器的指标，提高研制效率，并能取得一定的研制效益，应遵循正确的设计原则、按照科学的研制步骤来开发智能仪器。 &&& &&&& &仪器可靠性是最突出也是最重要的，应采取各种措施提高仪器的可靠性，从而保证仪器能长时间稳定工作。 &&& &&&&&& 第一，硬件：仪器所用器件的质量和仪器结构工艺是影响可靠性的重要因素，故应合理选择元器件和采用在极限情况下进行试验的方法。所谓合理选择元器件是指在设计时对元器件的负载、速度、功耗、工作环境等技术参数应留有一定的余量，并对元器件进行老化和筛选。而极限情况下的试验是指在研制过程中，一
台样机要承受低温、高温、冲击、振动、干扰、烟雾等试验，以保证其对环境的适应性。 &&& &&&&&& 第二，软件：采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。 &&& &&&&& &在硬件或软件设计时，把复杂的、难处理的问题，分为若干个较简单的、容易处理的问题，然后再一个个地加以解决。设计人员根据仪器功能和设计要求提出仪器设计的总任务，并绘制硬件和软件总框图（总体设计）。然后将任务分解成一批可独立表征的子任务，这些子任务还可以再向下分，直到每个低级的子任务足够简单，可以直接而且容易地实现为止。这些低级子任务可采用某些通用模块，并可作为单独的实体进行设计和调试，能够以最低的难度和最高的可靠性组成高一级的模块。 &&& &&&&&& 智能仪器的造价，取决于研制成本、生产成本、使用成本。设计时不应盲目追求复杂、高级的方案。在满足性能指标的前提下，应尽可能采用简单成熟的方案，意味着元器件少，开发、调试、生产方便，可靠性高。就第一台样机而言，主要的花费在于系统设计、调试和软件开发，样机的硬件成本不是考虑的主要因素。 &&& &&& 4、智能仪器发展趋势 &&& &&& 4.1 微型化 &&& &&&&&& 微型智能仪器指微电子技术、微机械技术、信息技术等综合应用于仪器的生产中，从而使仪器成为体积小、功能齐全的智能仪器。它能够完成信号的采集、线性化处理、数字信号处理，控制信号的输出、放大、与其他仪器的接口、与人的交互等功能。微型智能仪器随着微电子机械技术的不断发展，其技术不断成熟，价格不断降低，因此其应用领域也将不断扩大。它不但具有传统仪器的功能，而且能在自动化技术、航天、军事、生物技术、医疗领域起到独特的作用。 &&& &&& 4.2 多功能化 &&& &&&&&& 多功能本身就是智能仪器仪表的一个特点。例如，为了设计速度较快和结构较复杂的数字系统，仪器生产厂家制造了具有脉冲发生器、频率合成器和任意波形发生器等功能的函数发生器。这种多功能的综合型产品不但在性能上比专用脉冲发生器和频率合成器高，而且在各种测试功能上提供了较好的解决方案。 &&& &&& 4.3 人工智能化 &&& &&&&&& 人工智能是计算机应用的一个崭新领域，利用计算机模拟人的智能，用于、医疗诊断、专家系统、推理证明等各方面。智能仪器的进一步发展将含有一定的人工智能，即代替人的一部分脑力劳动，从而在视觉、听觉、思维等方面具有一定的能力。这样，智能仪器可无需人的干预而自主地完成检测或控制功能。 &&& &&& 4.4 融合ISP和EMIT技术 &&& &&&&& &伴随着网络技术的飞速发展，Internet技术正在逐渐向和智能仪器仪表系统设计领域渗透，实现智能仪器仪表系统基于Internet的通讯能力以及对设计好的智能仪器仪表系统进行远程升级、功能重置和系统维护。 &&& &&&&&& 在系统编程技术（In-System Programming，简称ISP技术）是对软件进行修改、组态或重组的一种最新技术。它是LATTICE半导体公司首先提出的一种使我们在产品设计、制造过程中的每个环节，甚至在产品卖给最终用户以后，具有对其器件、电路板或整个电子系统的逻辑和功能随时进行组态或重组能力的最新技术。ISP技术消除了传统技术的某些限制和连接弊病，有利于在板设计、制造与编程。ISP硬件灵活且易于软件修改，便于设计开发。由于ISP器件可以像任何其他器件一样，在印刷电路板（PCB）上
处理，因此编程ISP器件不需要专门编程器和较复杂的流程，只要通过PC机，系统处理器甚至INTERNET远程网进行编程。EMIT嵌入式微型因特网互联技术是emWare公司创立ETI（eXtend the Internet）扩展Internet联盟时提出的，它是一种将单片机等嵌入式设备接入Internet的技术。利用该技术，能够将8位和16位单片机系统接入Internet，实现基于Internet的远程、智能控制、上传/下载数据文件等功能。 &&& &&& 4.5 虚拟仪器是智能仪器发展的新阶段 &&& &&&&&& 测量仪器的主要功能都是由数据采集、数据分析和数据显示等三大部分组成的。在虚拟现实系统中，数据分析和显示完全用PC机的软件来完成。因此，只要额外提供一定的数据采集硬件，就可以与PC机组成测量仪器。这种基于PC机的测量仪器称为。在虚拟仪器中，使用同一个硬件系统，只要应用不同的软件编程，就可得到功能完全不同的测量仪器。可见，软件系统是虚拟仪器的核心，“软件就是仪器”。传统的智能仪器主要在仪器技术中用了某种计算机技术，而虚拟仪器则强调在通用的计算机技术中吸收仪器技术。作为虚拟仪器核心的软件系统具有通用性、通俗性、可视性、可扩展性和升级性，能为用户带来极大的利益，因此，具有传统的智能仪器所无法比拟的应用前景和市场。 &&& &&& 5、结束语 &&& &&&& & 智能仪器是计算机科学、电子学、数字信号处理、人工智能、VLSI等新兴技术与传统的仪器仪表技术的结合。随着专用、个人仪器等相关技术的发展，智能仪器将会得到更加广泛的应用。作为智能仪器核心部件的单片计算机技术是推动智能仪器向小型化、多功能化、更加灵活的方向发展的动力。可以预料，各种功能的智能仪器在不远的将来会广泛地使用在社会的各个领域。
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