智能仪器与传统仪器的比较
智能仪器期末考试题及答案
智能仪器期末考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 智能仪器的主要功能包括以下哪项？A. 数据采集B. 数据处理C. 数据存储D. 所有选项2. 在智能仪器中，传感器的作用是什么？A. 转换物理量为电信号B. 放大电信号C. 显示电信号D. 记录电信号3. 下列哪个不是智能仪器的数据处理方法？A. 滤波B. 积分C. 微分D. 存储4. 智能仪器的通信接口通常包括哪些类型？A. USBB. RS-232C. EthernetD. 所有选项5. 智能仪器的自诊断功能主要是指什么？A. 诊断仪器的硬件故障B. 诊断仪器的软件故障C. 诊断仪器的电源问题D. 诊断仪器的所有故障6. 智能仪器的校准功能主要目的是什么？A. 提高测量精度B. 延长仪器使用寿命C. 降低仪器成本D. 增加仪器的美观度7. 智能仪器的远程监控功能通常需要哪些技术？A. 无线通信技术B. 网络技术C. 数据加密技术D. 所有选项8. 在智能仪器中，模糊逻辑控制的主要用途是什么？A. 提高控制精度B. 简化控制算法C. 降低控制成本D. 实现非线性控制9. 智能仪器的自适应控制功能主要是指什么？A. 自动调整测量参数B. 自动调整控制参数C. 自动调整显示参数D. 自动调整存储参数10. 下列哪个不是智能仪器的发展趋势？A. 集成化B. 网络化C. 智能化D. 单一化二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述智能仪器与传统仪器的主要区别。
2. 描述智能仪器在工业自动化中的应用。
3. 解释智能仪器的自诊断功能及其重要性。
三、计算题（每题15分，共30分）1. 假设一个智能仪器的传感器测量范围是0-100V，分辨率为0.01V，求该仪器测量的最大误差。
2. 给定一个智能仪器的信号处理算法，包含一个低通滤波器，其截止频率为5Hz，求在输入信号频率为10Hz时的输出信号幅度。
四、论述题（每题20分，共20分）1. 论述智能仪器在现代智能制造中的作用及其未来的发展趋势。
虚拟仪器和传统仪器的比较
虚拟仪器和传统仪器的比较
作为全球虚拟仪器技术的领导者，NI仅在2004年就为客户提供了超过6,000,000套虚拟仪器测量设备。
25年来，工程师使用虚拟仪器技术将灵活的软件以及PC技术的强大功能引入测试、控制和设计应用，从而使得在直流（DC）至2.7GHz的范围内可以进行精确的模拟和数字测量。
本文阐述了虚拟仪器技术和传统仪器之间的兼容性和区别。
什么是虚拟仪器？它与传统仪器有何不同？
虚拟仪器由用户定义，而传统仪器则功能固定且由厂商定义。
图1、传统仪器（左图）和基于软件的虚拟仪器（右图）具有许多相同的结构组件，但是在体系结构原理上完全不同
每一个虚拟仪器系统都由两部分组成软件和硬件。
对于当前的测量任务，虚拟仪器系统的价格与具有相似功能的传统仪器相差无几，甚至比它少很多倍。
而且，由于虚拟仪器在测量任务需要改变时具有更大的灵活性，因而随着时间的流逝，节省的成本也不断累计。
不使用厂商定义的、预封装好的软件和硬件，工程师和科学家获得了最大的用户定义的灵活性。
传统仪器把所有软件和测量电路封装在一起利用仪器前面板为用户提供一组有限的功能。
而虚拟仪器系统提供的则是完成测量或控制任务所需的所有软件和硬件设备，功能完全由用户自定义。
此外，利用虚拟仪器技术，工程师和科学家们还可以使用高效且功能强大的软件来自定义采集、分析、存储、共享和显示功能。
这里有一些体现虚拟仪器灵活性的例子：
1.一个应用，不同的设备。
智能仪器复习题及答案
智能仪器复习题及答案一、选择题1. 智能仪器通常具备以下哪种功能？A. 基本测量B. 自动校准C. 数据记录D. 所有上述功能2. 智能仪器与传统仪器相比，其优势主要体现在：A. 成本更低B. 操作更复杂C. 功能更全面D. 体积更小3. 以下哪个不是智能仪器的常见传感器类型？A. 温度传感器B. 压力传感器C. 声音传感器D. 光传感器4. 智能仪器在数据处理上通常采用哪种技术？A. 模拟信号处理B. 数字信号处理C. 人工神经网络D. 以上都不是5. 智能仪器在故障诊断中，通常采用哪种方法？A. 人工检查B. 经验判断C. 模式识别D. 随机猜测二、填空题6. 智能仪器的核心技术包括__________、__________和__________。
7. 智能仪器的自适应能力主要体现在__________、__________和__________。
8. 智能仪器的通信接口通常包括__________、__________和__________。
三、简答题9. 简述智能仪器在工业自动化中的应用及其重要性。
10. 描述智能仪器在环境监测中的作用及其优势。
四、计算题11. 假设智能仪器测量得到的温度数据为：25°C、27°C、29°C、30°C、28°C，请计算平均温度。
五、论述题12. 论述智能仪器在现代医疗诊断中的作用及其对未来医疗技术发展的影响。
六、答案1. D2. C3. C4. B5. C6. 传感器技术、微电子技术、计算机技术7. 自我诊断、自我校准、自我适应8. RS-232、RS-485、以太网9. 智能仪器在工业自动化中通过其高精度、高稳定性和强大的数据处理能力，提高了生产效率和产品质量。
它们能够实时监控生产过程，自动调整参数，确保生产过程的连续性和稳定性，从而降低人工成本和提高生产安全性。
10. 智能仪器在环境监测中能够实时收集和分析环境数据，如温度、湿度、污染物浓度等，为环境保护提供科学依据。
教学课件 《智能仪器(第3版)》程德福
一、从传统仪器仪表到智能仪器
6.对仪器仪表重要性的认识
英国著名科学家H. Pavy曾明确指出：
“Nothing begets good science like development of a good instrument” （发展一种好的仪器对于一门科学的贡献超过 了任何其他事情）
智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物；
是含有微计算机或微处理器的测量(或检测)仪器；
具有对数据的存储、处理、逻辑判断及自动化操 作等功能；
具有一定智能的作用(表现为智能的延伸或加强 等) 。
一、从传统仪器仪表到智能仪器
1984年：我国仪器学会成立“自动测试与智能仪器专业学组”；
1986年：IMEKO(国际测量联合会)以“智能仪器”为主题召开了专门的讨 论会；
一、从传统仪器仪表到智能仪器
6.对仪器仪表重要性的认识
仪器仪表是： 国民经济的“倍增器” 科学研究的“先行官” 现代战争的“战斗力” 法庭审判的“物化法官”
一、从传统仪器仪表到智能仪器
6.对仪器仪表重要性的认识：测量
门捷列夫：科学是从测量开始的； 钱学森：新技术革命的关键技术是信息技术。信息技术
一、从传统仪器仪表到智能仪器
同学在学习和生活中，接触、使用或
2.九类基础性测试计量仪器了解哪些仪器仪表？期中智能化如何？
几何量：长度、角度、形貌、相互位置、位移、 距离测量仪器等； 机械量：各种测力仪、硬度仪、加速度与速度 测量仪、力矩测量仪、振动测量仪等； 热工量：温度、湿度、流量测量仪器等； 光学量：如光度计、光谱仪、色度计、激光参 数测量仪、光学传递函数测量仪等；
对智能仪器的认识与感想 (2)
对智能仪器的认识与感想 (2)智能仪器是一种具有人工智能的测量或调节装置，它结合了多种传感器、计算处理、人机交互等技术，可实现自主控制、自适应调节、自我诊断、自我学习等多种功能。
随着信息技术、云计算、物联网等技术的发展，智能仪器在各个领域都有广泛应用，为人们的工作和生产带来了诸多便利和效益。
智能仪器的应用在不同领域中，其具体表现形式也不尽相同。
如在电力系统中，智能仪表可以实现对电力质量和能源消耗的监测和控制；在医疗保健领域中，智能医疗仪器可以对患者的健康状况进行实时监测和诊断，并进行数据记录和分析；在工业自动化中，智能仪器可以实现对生产环境和设备的实时监测和控制，提高生产效率和质量等。
智能仪器的优点主要集中在以下几个方面：一、高度智能化智能仪器采用了人工智能技术，能够分析、识别并判断各种复杂的信息，具有高度智能化的特点。
对于错误的工作指令，智能仪器也能自我诊断和纠正，从而保证工作的准确性和稳定性。
二、准确性高智能仪器的测量和控制精度通常比传统仪器更高，尤其是对于一些特定要求的测量项目，智能仪器能够提供更加准确的数据和控制信号，符合精度的要求。
三、实时性强智能仪器通常能够进行实时的数据处理和反馈，可以根据需要动态调整控制参数，进行实时调节和优化。
四、效率更高智能仪器具备自动化、智能化等优势，可以减少人力资源的消耗，提高工作效率和生产效益智能仪器的发展对于传统仪器的崛起应该说也是一种不可替代的趋势，可是，作为新时代的仪器，它在实际应用过程中也会遭遇一些问题和挑战。
例如，智能仪器的设计和制造需要高度的技术水平和经验，一些企业在这方面还存在不足；智能仪器的价格通常较贵，限制了其在一些领域的推广应用。
此外，由于智能仪器采用的处理方式和算法复杂，有时也存在一些误判和错误的情况。
综合以上看来，智能仪器无疑是科技进步的必然产物，各种技术手段的融合也促进了其在应用领域的广泛推广。
未来，智能仪器在传统领域的升级换代的同时，它也将在新的领域中实现不断创新，为人们带来更多的便捷和效益。
虚拟仪器与传统仪器的区别与联系
虚拟仪器与传统仪器的区别与联系
所谓虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器，如示波器，逻辑分析仪，信号发生器，频谱分析仪等；可集成于自动控制，工业控制系统；可自由构建成专有仪器系统。
它由计算机，应用软件和仪器硬件组成。
无论哪种虚拟仪器系统，都是将仪器硬件搭载到笔记本电脑，台式
PC 或工作站等各种计算机平台（甚至可以是掌上电脑）加上应用软件而构成的。
虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量，控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。
从发展史看，电子测量仪器经历了由模拟仪器、智能仪器到虚拟仪器，由于计算机性能以摩尔定律（每半年提高一倍）飞速发展，已把传统仪器远远抛到后面，并给虚拟仪器生产厂家不断带来较高的技术更新速率。
虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。
尤其在科研、开发、测量、检测、计量、测控等领域更是不可多得的好工具。
虚拟仪器技术先进，十分符合国际上流行的硬件软件化的发展趋势，因而常被称作软件仪器。
它功能强大，可实现示波器、逻辑分析仪、频谱仪、信号发生器等多种普通仪器全部功能，配以专用探头和软件还可检测特定系统的参数，如汽车发动机参数、汽油标号、炉窑温度、血液脉搏波、心电参数等多种数据；它操作灵活，完全图形化界面，风格简约，符合传统设备的使用习惯，用户不经培训既可迅速掌握操作规程；它集成方便，不但可以和高速数据采集设备构成自动测量系统，而且可以和控制设备构成自动控制系统。
在仪器计量系统方面，示波器、频谱仪、信号发生器、逻辑分析仪、电压。
DIS与传统实验的比较
力传感器 0.01N 位移传感 器 1mm 电压传感 器 0.01V 电流传感 器 0.01A 微电流传 感器 0.01uA 温度传感 器 0.1℃
检测功能比较 设备名称 功能比较 获取信息的灵敏度高，密度大，速度快， 外界干扰因素小；标准量形式、计量单位 以及最大量程等可调；放大、调零、校准 功能均可调节 反之 极强的信息运算、管理功能；可实时保存 断续或连续信息 以人力计算为主，仪器本身不具分析功 能，只能以电信号形式记录保存 同时具有数值、表格和图像等不同显示方 式；记录及显示操作快速、实时、完整 多为模拟方式显示；速度慢、数据量有 限，滞后且不完整
检测性能比 传统测量仪
信息获取 变换功能
DIS
测力计 （5N） 游标卡尺 演示电压表 S 传统实验仪器
信息运算 保存功能
信息显示 操作功能
检测性能比较 分度值 DIS 分度值
0.1N 0.1mm 0.1V 0.1A 5uA 1℃
智能仪器及其特点
智能仪器及其特点1、智能仪器概述随着微电子技术的不断发展，以及超大规模集成电路芯片(即单片机)的出现，智能仪器得到了迅速发展。
智能仪器以微处理器或单片机为核心，具有信息采集、显示、处理、传输以及优化检测与控制等多种功能：有些甚至还具有专家推断、逻辑分析与决策的能力。
智能仪器的出现，极大地扩充了常规仪器的应用范围。
由于智能仪器一开始就显示它强大的生命力，目前已成为仪器仪表发展的一个主导方向。
并对自动控制、电子技术、国防工程、航天技术与科学试验等产生了极其深远的影响。
2、智能仪器的组成智能仪器主要由硬件和软件两部分组成。
(1)硬件硬件主要包括主机电路、模拟量输入输出通道、人机接口和标准通信接口电路等，如图1所示。
主机电路通常由微处理器、程序存储器以及输入输出I/O接口电路等组成，有时，主机电路本身就是个单片机。
主机电路主要用于存储程序与数据，进行系列的运算和处理，并参与各种功能控制。
模拟量输入输出通道主要由A/D转换器，D/A转换器和有关的模拟信号处理电路等组成。
主要用于输入和输出模拟信号，实现模数与数模转换。
人机接口主要由仪器而板上的键盘和显示器等组成,用来建立操作者与仪器之间的联系。
标准通信接口使仪器可以接受计算机的程控命令，用来实现仪器与计算机的联系。
一般情况下，智能仪器都配有GPIB等标准通信接口。
此外，智能仪器还可以与PC机组成分布式测控系统，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。
(2)软件软件即程序，主要包括监控程序、接口管理程序和数据处理程序三大部分。
监控程序而向仪器而板和显示器，负责完成如下工作:通过键盘操作，输入并存储所设置的功能、操作方式与工作参数：通过控制I/O接口电路进行数据采集，对仪器进行预定的设置：对数据存储器所记录的数据和状态进行各种处理：以数字、字符、图形等形式显示各种状态信息以及测量数据的处理结果。
接口管理程序主要而向通信接口，负责接收并分析来自通信接口总线的各种有关功能、操作方式与工作参数的程控操作码，并根据通信接口输出仪器的现行工作状态及测量数据的处理结果以及向应计算机远程控制命令。
智能仪器的工作原理及特点
智能仪器的工作原理及特点智能的出现，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传感器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入多路模拟开关；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器，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于片内FlashROM（闪速存储器）或E2PROM（电可擦除存贮器）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、继电器触点等）。
此外，智能仪器还可以与PC机组成分布式测控系统，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。
2.智能仪器的功能特点随着微电子技术的不断发展，集成了CPU、存储器、定时器/、并行和串行接口、看门狗、前置放大器甚至A／D、D／A转换器等电路在一块芯片上的超大规模集成电路芯片（即单片机）出现了。
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，又组成了所谓的“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操作自动化。
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控制器来控制操作，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。
智能能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。
这种自测试可以在仪器启动时运行，同时也可在仪器工作中运行，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。
1.4 虚拟仪器与传统仪器的比较
1.4 虚拟仪器与传统仪器的比较多年来，虚拟仪器已经广泛的应用在数据采集、仪器控制、工业过程监控和实验室自动化测量领域。
虚拟仪器的概念也被科学家和工程师所熟知。
虚拟仪器是实实在在的电子测量仪器，虚拟的含义主要体现在将仪器的部分硬件功能及数据分析处理功能以软件的形式被虚拟化。
这与网络世界中虚拟的概念是完全不同的，网络世界中的虚拟表现出的是一种不存在的虚幻。
如何看待虚拟仪器？它与传统仪器间会有什么不同之处？它会取代传统仪器吗？正像当年数字式仪表刚刚出现时，也曾有过类似的问题提出：数字式仪表会取代模拟式仪表吗？当然是众说纷纭，可是直到今天数字式仪表也未能取代模拟式仪表，但数字化肯定是发展趋势。
比如：民用电度表基本上是已经数字化了！科学技术产品（人造物种）与自然界的物种类似，同样适用于“物竞天择，适者生存“，不适者将被淘汰的自然淘汰法则。
比如，我们所熟悉的数字BP机被汉字BP机取代，而汉字BP机则被模拟手机取代，现在数字手机已经完全取代了模拟手机。
但是可以说，在未来相当长的一段时间内虚拟仪器还不会取代模拟仪器，因为它们有各自的特点。
不管未来会发生什么样的变化，现在我们还是一起来看看虚拟仪器和传统仪器间的差别。
传统仪器的发展已经近百年了，虚拟仪器的出现不过才短短的二十多年。
正是由于它们之间存在着各自不同的特点和特性，所以目前还不存在着将来谁取代谁的问题。
未来，它们之间的关系仍旧是良好的一种互补关系。
关于虚拟仪器我们还要做更深一步的探讨。
第一，模拟电子（IC）技术仍主导着虚拟仪器的未来在此之前，我们一直强调虚拟仪器是基于计算机的测量仪器，软件在虚拟仪器中起着重要作用。
没错的确如此，可是千万不要忽视这样一个基本事实：模拟电子技术在虚拟仪器硬件（模块）中也同样承担的非常非常重要的作用。
虚拟仪器的测量原理是基于数据采集硬件，而数据采集硬件的核心部件是模数转换器（IC）。
可以说，模数转换器的特性决定了数据采集模块的特性，而数据采集卡的特性决定了整个测量仪器的基本特性。
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智能仪器与传统仪器的比较
智能仪器是计算机技术向测量仪器移植的产物，他是一个专用的微型计算机系统，由硬件和软件两大部分组成。
智能仪器是新型的电子仪器，它由传统仪器发展而来，但又跟传统仪器有很大区别。
电子仪器的发展过程从使用的器件来看，经历了从真空管时代一晶体管一集成电路时代三个阶段。
从仪器的工作原理来看，它经历了以下三代。
第一代是模拟电子仪器，大量指针式的电压表、电流表、功率表及一些通用的测试仪器，均是典型的模拟式仪器。
这一代仪器功能简单，精度低，响应速度低。
第二代是数字式电子仪器，它的基本工作原理是将待测的模拟信号转换成数字信号，并进行测量，结果以数字形式输出显示。
第三代就是智能仪器，它是在数字化的基础上用微机装备起来的，是计算机技术与电子仪器相结合的产物。
它具有数据储存、运算、逻辑判断能力，能根据被测参数的变化自选量具备了一定的智能，故称为智能仪器。
智能仪器与传统仪表也有很大区别，传统测控仪表对于输入信号的测量准确性完全取决于仪表内部各功能部件的精密性和稳定性水平。
下图所示是一台普通数字电压表的原理框图，滤波器、衰减器、放大器、A/D转换器以及参考电压源的温度漂移电压和时间漂移电压都将反映到测量结果中去。
如果仪表所采用器件的精密度高些，则这些漂移电压会小些，但从客观上讲，这些漂移电压总是存在的。
被测电压
另外，传统仪器对于测量结果的正确性也不能完全保证，所谓正确性是指仪表应在其各个部件完全无故障的条件下进行测量，而传统仪器在其内部某些部件发生故障时仍能继续进行测量，并继续给出测量结果值，这时的测量结果将是不正确的。
智能仪器可以采用自动校准技术来消除仪器内部器件所产生的漂移电压。
智能仪器内含单片机，可以充分利用单片机对于数据的处理能力，最大限度地消除仪器的随机误差和系统误差。
智能仪器是科学技术发展到今天的最新产物，随着微电子技术、信息技术、计算机技术
以及人工智能技术的不断发展和完善，这种新一代的智能仪器的智能程度必将越来越高。