智能儀器儀表發(fā)展新趨勢(shì)：虛擬儀器興起

　　智能儀器儀表的發(fā)展概況

　　80年代，微處理器被用到儀器中，儀器前面板開始朝鍵盤化方向發(fā)展，測(cè)量系統(tǒng)常通過ieee488總線連接。不同于傳統(tǒng)獨(dú)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(xiàn)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(shè)計(jì);dsp芯片的問世，使儀器儀表數(shù)字信號(hào)處理功能大大加強(qiáng);微型機(jī)的發(fā)展，使儀器儀表具有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力;圖像處理功能的增加十分普遍;vxi總線得到廣泛的應(yīng)用。

　　近年來，智能化測(cè)量控制儀表的發(fā)展尤為迅速。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了多種多樣智能化測(cè)量控制儀表，例如，能夠自動(dòng)進(jìn)行差壓補(bǔ)償?shù)闹悄芄?jié)流式流量計(jì)，能夠進(jìn)行程序控溫的智能多段溫度控制儀，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字pid和各種復(fù)雜控制規(guī)律的智能式調(diào)節(jié)器，以及能夠?qū)Ω鞣N譜圖進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)處理的智能色譜儀等。

　　國(guó)際上智能測(cè)量?jī)x表更是品種繁多，例如，美國(guó)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(fù)合測(cè)量，可對(duì)變送器本體的溫度、靜壓等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償，其精度可達(dá)到0.1%fs;美國(guó)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(cè)量電平可低達(dá)-77db;美國(guó)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(guó)foxboro公司生產(chǎn)的數(shù)字化自整定調(diào)節(jié)器，采用了專家系統(tǒng)技術(shù)，能夠像有經(jīng)驗(yàn)的控制工程師那樣，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)迅速地整定調(diào)節(jié)器。這種調(diào)節(jié)器特別適合于對(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)過程中始終保持最佳品質(zhì)。

　　智能儀器儀表發(fā)展趨勢(shì)

　　微型化

　　微型智能儀器指微電子技術(shù)、微機(jī)械技術(shù)、信息技術(shù)等綜合應(yīng)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(hào)的采集、線性化處理、數(shù)字信號(hào)處理，控制信號(hào)的輸出、放大、與其他儀器的接口、與人的交互等功能。微型智能儀器隨著微電子機(jī)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(yīng)用領(lǐng)域也將不斷擴(kuò)大。它不但具有傳統(tǒng)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(yī)療領(lǐng)域起到獨(dú)特的作用。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(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。

　　人工智能化

　　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、醫(yī)療診斷、專家系統(tǒng)、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(圖形及色彩辨讀)、聽覺(語(yǔ)音識(shí)別及語(yǔ)言領(lǐng)悟)、思維(推理、判斷、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(wú)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。

　　融合isp和emit技術(shù)，實(shí)現(xiàn)儀器儀表系統(tǒng)的internet接入(網(wǎng)絡(luò)化)

　　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-systemprogramming，簡(jiǎn)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eti(extendtheinternet)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、智能控制、上傳/下載數(shù)據(jù)文件等功能。

　　目前美國(guó)connectone公司、emware公司、tasking公司和國(guó)內(nèi)的ps公司等均提供基于internet的devicenetworking的軟件、固件(firmware)和硬件產(chǎn)品。

　　虛擬儀器是智能儀器發(fā)展的新階段

　　測(cè)量?jī)x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?jī)x器。這種基于pc機(jī)的測(cè)量?jī)x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?jī)x器?？梢姡浖到y(tǒng)是虛擬儀器的核心，軟件就是儀器。

　　傳統(tǒng)的智能儀器主要在儀器技術(shù)中用了某種計(jì)算機(jī)技術(shù)，而虛擬儀器則強(qiáng)調(diào)在通用的計(jì)算機(jī)技術(shù)中吸收儀器技術(shù)。作為虛擬儀器核心的軟件系統(tǒng)具有通用性、通俗性、可視性、可擴(kuò)展性和升級(jí)性，能為用戶帶來極大的利益，因此，具有傳統(tǒng)的智能儀器所無(wú)法比擬的應(yīng)用前景和市場(chǎng)。

　　智能儀器是計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理、人工智能、vlsi等新興技術(shù)與傳統(tǒng)的儀器儀表技術(shù)的結(jié)合。隨著專用集成電路、個(gè)人儀器等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，智能儀器將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。作為智能儀器核心部件的單片計(jì)算機(jī)技術(shù)是推動(dòng)智能儀器向小型化、多功能化、更加靈活的方向發(fā)展的動(dòng)力?？梢灶A(yù)料，各種功能的智能儀器在不遠(yuǎn)的將來會(huì)廣泛地使用在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。