智能仪器仪表技术的发展及其应用

智能仪器仪表技术的发展及其应用前言：随着通讯技术和计算机网络技术不断发展，仪器仪表技术行业也 在向着智能化的方向发展，同时智能仪器仪表技术也取得了突飞猛进 的发展。1 智能仪器仪表发展的特点1.1 微型化信息技术及微电子技术等的综合运用全面改进了仪器的现有形 态，使之逐渐成为功能齐全、体积小的智能仪器，能实现信息的搜集、 整理、处理、输出或放大控制信号以及与其它仪器相连接等功能，正 被广泛运用于医疗、生物技术、电力、航天以及自动化技术等领域。1.2 多功能化智能仪器仪表的一个显著特征就是多功能化，以函数发生器为例 它具有任意波形发生器、频率合成器以及脉冲发生器等各项功能，它 的性能远高于频率合成器和专用脉冲发生器，而且它能提供行之有效 的测试功能，提高解决问题的效率和有效性。1.3 智能化 智能化是现代控制与检测系统发展的主导方向。一定的人工智能 是智能仪器发展的重要步骤，人工智能的进一步发展将可降低人员消 耗，在没有人干预的情况下能自主完成控制和检测功能。1.4 虚拟化在虚拟现实系统中，PC机软件完成负责实现数据的分析和显示， 在有数据硬件作为支撑的条件下，可以组成较为完整的测量仪器。这 种以PC机作为基础的测量仪器统称为虚拟仪器。在虚拟仪器中，只 要运用不同的软件编程，即使硬件系统相同，也能获得功能各异的测 量仪器。软件系统是虚拟仪器的核心和关键，它具备升级型、可扩展 性、可视性、通俗性以及通用性等显著特征，一定程度上代表着仪器 的未来发展方向。1.5 网络化双向通信功能是智能仪器仪表的基础功能，但是双向通信功能与 网络通信还存在着较大的区别。随着科学技术的进一步发展，仪器仪 表不仅实现了智能化，还实现了网络化，它能就近登临现场测量参数， 而且具备着一定的信息处理能力。2 我国智能仪器仪表发展的现状在全世界范围内而言，我国每年生产的智能仪器仪表数量众多， 而且我国不断拓宽了仪器仪表的出口渠道和途径，产品出口量也呈逐 渐递增的趋势，但是就整体情况而言，我国智能仪器仪表与国外发达 国家相比还存在一定差距，这主要表现在以下几个方面：科研投入少， 自主创新能力严重不足；要切实改进芯片核心技术、材料质量、制造 技术、安装尺寸标准以及生产的集中度和集约化等。目前，我国生产 智能仪器仪表的企业众多，但是企业在发展过程中片面注重新产品的 研发，对开发生产技术线相对轻视，而且企业投资侧重于产品技术而 非生产线技术，最终限制了硬件设备投资的增长。在这种情况下，我 国企业的自动化水平停滞不前，难以切实保障产品的一致性。就材料 质量而言，我国用于智能仪器仪表生产的材料质量与发达国家存在显 著差别。例如，感应式电能表的阻尼磁钢、磁推轴承等，智能仪器仪 表的使用寿命在很大程度上取决于原器件的质量，要切实提高仪器仪 表的质量，就必须从原器件的阻燃性、壳体的耐热性以及绝缘性能等 方面着手。测量芯片技术是智能仪器仪表技术的关键和核心，但是我 国对此的开发能力严重不足，在自主创新方面有待于进一步努力，这 在一定程度上阻碍了我国智能仪器仪表行业的健康发展。目前，仪器 仪表制造商正着力改进生产工艺，大力研制和开发智能型电工仪器仪 表，但是企业要实现这一目标，必须在材料质量、测量芯片技术以及 生产线技术等方面进行努力，只有这样，国产产品才能不断提升自己 的综合竞争力，提升自己的市场占有额。国内仪器仪表制造企业要不 断解放思想，大力进行技术创新，增加技术投入，借鉴并吸收外国先 进经验，并在此基础上进行生产线技术的研发，切实保障原材料质量， 大力生产具有自主知识产权的高新技术集成芯片，推动智能仪器仪表 企业的长期稳定发。3 我国智能仪器仪表的未来发展趋势3.1 不断优化仪器仪表结构智能电动化技术的发展和成熟为仪器仪表在电力系统的运用奠 定了坚实的基础。在电力系统中广泛运用智能化软硬件，能保证数据 信息的准确分析和处理得当，能切实提高电力系统的运营水平和工作 效率，开创电力系统新的发展局面，例如混沌控制、进化计算、遗传 算法以及神经网络等智能技术的运用，提高了仪器仪表的使用性能， 使其更加灵活、高效、高速。在对不同儀器进行分散处理的过程中， 要广泛采用微控制器、微处理器等微型芯片技术，设计出模糊控制程 序，为各种数据的安全运行设置临界值，在模糊规则的指引下使用模 糊推理技术，力求最有效的处理各类模糊关系。加大对人工神经网络 技术的运用，充分发挥其自组织、自适应和自学习的能力，掌握其对 非线性复杂关系的输出、输入间的黑箱映射特性，最大限度的发挥其 快速实时性和适用性的显著特征，将多传感器资源的作用发挥到极致 保证结论的准确性和科学性。智能自动化技术在传感器测量中的运用 更为普遍和直接。小波变换、短时傅立叶变换、快速傅立叶变换等技 术能对信号进行过滤和处理，这些软件技术尽可能简化硬件，转换传 感器动态特性以及提高信噪比，但是这必须建立在动态数学模型的基 础之上而且高阶滤播器在实时传播方面的性能较差。广泛采用神经网 络技术能显著提高自适应滤波和自相关滤波的性能。3.2 提高仪器仪表运行效率计算机虚拟仪器，也就是存在于软件模块化和硬件软化中的测量 仪器，它在现阶段取得了快速发展，而且网络化系统资源程序的优化 配置和统一规划等，都为智能仪器仪表的发展创造了有利条件。仪器 仪表生产厂家过去都是以源代码作为结构设计基础的，他们能为客户 提供智能虚拟仪器，也就是我们通常所说的仪器驱动器，为了切实提 高仪器的运作水平，实现编程的灵活性和提高编程质量，仪器厂家锐 意改革，开发出了适应时代发展的智能化仪器驱动软件规范，改进了 虚拟仪器的性能和结构。充分运用智能化手段，尽可能实现仪器驱动 器代码的自动生成，能节约大量的人力物力资源，简化工作量，还能 实现编程驱动器结构的统一，为客户维护和使用提供了便利条件。在 智能手法的推动下，能对不同仪器的设置和状态进行实时跟踪、识别 和管理，用户可以自行进入各种低层设置，而且在智能管理的条件下， 驱动器能自行检查运行状况，及时发现并解决编程错误，切实提高了 仪器的可靠性和安全性，提高了仪器仪表的运行效率。3.3 满足远程测控需求随着科学技术的进一步发展，网络技术、计算机技术等日新月异， 监控系统一般以工作站和PC机为基础，它在组建网络的前提下切实 提高了仪器仪表的工作效率，加快了资源共享的速度，为现代仪器仪 表的快速发展指明了道路。就某种意义而言，智能仪器仪表和计算机 已初步实现了共融，通用的仪器网络就是计算机网络。假如在测控系 统中设置各种智能设备，使它们像工作站和计算机一样通过节点连接 到网络，再加上目前相对成熟的Internet网络设备，那么就能在更大 范围和更大程度上实现资源的实时共享，并尽可能降低组建系统费用 同时能充分发挥测控系统的作用。在远程测控过程中要采用现场总线 智能仪表，将微电子技术、网络通信技术、现代计算机技术以及仪器 测控技术有机的结合起来，这样不仅能保证自动测量、存储、控制以 及显示功能的正常发挥，还能远程操作仪器、对仪器进行实时监控、 设置合理的参数、获取测量结果以及对故障进行诊断等，及时将最新 情况反馈到Internet上，保证仪器仪表设备的正常运行。智能仪器仪 表也作为网络中独立的节点而存在，它能采取就近原则及时与当地网 络线缆进行连接，保证现场测试数据的即时传输；用户通过符合规范 的应用程序和浏览器能及时获取所需信息。不同的用户能在同一时间 对同一过程进行有效监控，领导人员、质量监控人员以及工程技术人 员等能对同一运输过程进行远距离控制和监测，即使远在千里之外也 保证信息搜集工作的正常进行，方便数据库的建立和决策意见的制定 能及时探索和分析其中蕴含的深层规律。对于各种隐患及问题，一经 发现可以立即进行新一轮的配置，制定出行之有效的解决措施。3.4 实现人工智能化 人工智能指的是利用计算机对人的智能情况进行模拟。智能仪器 的发展规划中一定要包含人工智能的开发。仪器的使用最终应当为人 的需求而服务，智能仪器人工化即是让智能仪器节省一部分人的脑力 劳动，使人们在思维、视觉、听觉等各个方面得到更加完美的感受。 在此前提下，智能仪器的开发的领域重点会转移到与人类生存和发展 息息相关的产业上来，例如高智能医疗仪器的开发会日益得到人们的 重视。3.5 微型化微电子技术的发展，使微型智能仪器的发展不断成熟，价格越发 诱人，使用领域的不断扩张又反过来促进智能仪器微型化的发展。通 常来讲，微型的智能仪器指的是使用微机械技术、微电子技术等信息 技术，使仪器成为体积更小，功能更全的智能仪器。在使用的过程中， 不仅能够完成信号的采集、处理、输出与其他仪器相接、人际交互的 功能，更能使人享用科技化时代下人类智慧的劳动成果，智能仪器的 微型电子化是实现智能仪器使用范围扩大的重要途径之一。4 结束语社会生产力的发展推动了信息技术的快速发展，而信息技术的发 展又催生了网络智能仪表的产生和发展，智能仪表是对传统仪表的极 大变革。与传统仪表相比，智能仪表的导线量急剧减少，而且智能仪 表的精确度也不断提升。智能仪表有着传统仪表无法比拟的优越性， 它必将成为未来仪器仪表行业新的方向。參考文献：陈庆浅谈智能仪器仪表的发展趋向及其应用前景科技创新导 报，2009，（6）：16-16.薛为.计算机在智能仪器仪表中的应用.城市建设理论研究（电子版），2013，（26）. 丁未.以新的认知框架促进节能减排与仪器仪表技术的同步发展J.中国仪器仪表，2013, （2）： 23-25