智能仪器的发展趋势与前景

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研究生课程论文/研究报告

课程名称： 智能仪器 课程代号： 030416 任课教师： 赵怀军 论文/研究报告题目：智能仪器的研究现状与发展趋势 完成日期： 2016 年 7 月 19 日 学 科： 仪器仪表工程 学 号： 姓 名： 成 绩： 页眉内容

页脚内容9 目 录 1.研究现状 ............................................................................................................................................................. 3 1.1智能仪器的历史沿革 .......................................................................................................................... 3 2.发展趋势 ............................................................................................................................................................. 4 2.1智能仪器的组成 ................................................................................................................................... 4 2.2智能仪器的发展趋势 .......................................................................................................................... 5 (1)微型化 .............................................................................................................................................. 5 (2)多功能化 ......................................................................................................................................... 5 (3)人工智能化 ..................................................................................................................................... 6 (4)融合ISP和EMIT技术 ............................................................................................................. 6 (5)网络化 .............................................................................................................................................. 6 (6)虚拟仪器是智能仪器发展的新阶段 ....................................................................................... 6 2.3智能仪器与数据采集系统的发展趋势 .......................................................................................... 7 (1)独立式智能仪器及自动测试系统 ........................................................................................... 7 (2)个人仪器与VXI仪器系统 ........................................................................................................ 8 3.总结 ....................................................................................................................................................................... 9 4.主要参考文献 .................................................................................................................................................... 9 页眉内容

页脚内容9 1.研究现状 测试仪器是实现测试的基本工具。测试仪器发展至今，主要经历了四个阶段：

（1）模拟仪器 早期的模拟仪器是基于物理定律产生的，如安培表、伏特表等。这种仪器的共同特征是带有表盘和机械表针，靠人读取被测量，因而误差大，精度低。到20世纪50年代，随着电子技术的兴起，出现了电子仪器仪表，如电子示波器、信号发生器等。

（2）数字仪器 数字仪器是将对模拟信号的测量转化为对数字信号的测量，并以数字形式显示和输出测量结果，如数字电压表、数字电流表等。

（3）智能仪器 智能仪器是将微处理器置入数字仪器中，实现数据存储、数据处理、逻辑判断、仪器自检等功能。[10] 含有微计算机或微处理器的测量仪器，由于拥有对数据的存储、运算、

逻辑判断及自动操作等功能，有着一定的智能作用，因而被称为智能仪器。智能仪器是计算机技术向测量仪器移植的产物。近年来，随着迅猛发展的微计算机和微电子等技术渗透到测量和仪器领域，智能仪器已开始从数据处理向知识处理发展，其概念内涵日益延拓。

（4）虚拟仪器 现代科学技术的飞速发展，高度自动化的工业化大生产迫切需要功能更强大、成本更低廉、系统更灵活的新一代测试仪器。计算机总线技术、软件技术及相关技术的发展，使计算机的作用超出了原有的范围，实现了许多原本由硬件完成的或者硬件不能胜任的功能，这标志着“软件即仪器”时代的到来。作为一种以计算机软件为核心的新型仪器系统，虚拟仪器功能强、测试精度高、测试速度快、自动化程度高、人机界面优异、灵活性强 [11]。

1.1智能仪器的历史沿革 20世纪 70年代，出现了基于大规模集成电路的微处理器，人们在其小体型、高效率、自动化等特点驱使下，开始对仪器仪表进行智能化改造。1973 年，出现了内含微处理器的商品化测量仪器。到1975年，世界上约有近百种这类新型测量仪器仪表问世。内含微处理器的新型仪器集合了计算机技术和测控技术，具有了一定的人的智能特性，诸如数据记忆及处理、逻辑判断、自检验、自校正、灵活反应等功能，因此被人们称为智页眉内容 页脚内容9 能仪器。20世纪80年代，NI公司提出了“虚拟仪器”的概念。虚拟仪器是虚拟现实技术在仪器仪表领域的重要应用。仪器软件系统所具有的通用性、通俗性、可视性、可扩展性和易升级性等特点，可方便用户快捷地构建测量环境。虚拟仪器的出现，加速了测量仪器的智能化进程。到了上世纪90年代，融合了3C技术的智能化现场总线仪器具有了通信接口，开始实现分布式的测量与控制。同期，多媒体技术被引入到智能仪器的构建，增强了智能仪器与人的交互。进入21世纪，智能仪器最大的进步特征是嵌入式系统的采用、与网络技术的有机结合、现代数学方法以及计算数学方法的更多利用。嵌入式系统在智能仪器构建上的采用，使智能仪器更加小型化，功能更全面，分析处理能力更强，可靠性进一步提高。以Internet为代表的计算机网络技术与智能仪器的结合，使得大范围的分布式测控成为现实，人们在任何时间、从任何地点获取测量信息成为可能。现代数学方法中的模糊数学、分形方法和现代数值计算方法在智能仪器建模中的应用，明显提高测量模型的精确度和计算效率，为仪器智能化决策水平提升奠定基础[8]。

2.发展趋势 一个测试系统要完成对被测量的测试，首先必须获得被测量的信息，并且根据被测量信息的物理学特性，将其转换成容易处理或传输的电量信号，然后将电量信号所表示的信息进行变换或放大，再用指示仪或记录仪将信息显示或记录下来。有的测试系统还需要对信息进行处理，以获得反映实际被测量数值大小的测试结果。

2.1智能仪器的组成 如图2-1所示为微机内嵌式智能仪器的基本组成。系统采用总线结构，所有外设和存储器均挂在总线上，微处理器按地址对它们进行访问。这是典型的计算机结构。它与一般计算机的差别在于多了“测量电路”，同时，它与外界的通信，通常需通过IEEE-488接口进行[3]。

图2-1 微机内嵌式智能仪器的组成