智能仪器Word文档格式.docx

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摘要：

智能仪器的出现标志着现代电子测量技术将向着智能化、自动化、小型化、模块化和开放式系统发展。

标志着测量仪器从独立的手工操作单台仪器走向程控多台仪器的自动测试。

其应用在模糊逻辑、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。

前言：

在计算机技术和微电子技术的不断发展推动下，仪器仪表技术不断的进步，相继诞生了PC仪器、虚拟仪器等微机化仪器及自动测试系统，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。

1.智能仪器概述

微处理器在20世纪70年代初期问世不久，就被引进电子测量和仪器领域，所占比重在各项计算机应用领域中名列前茅。

在这之后，随着微处理器在体积小、功能强、价格低等方面的进一步的发展，电子测量与仪器和计算机技术的结合就愈加紧密，形成了一种全新的微型计算机化仪器。

由于这种含微型计算机的电子仪器拥有对数据的存储、运算、逻辑判断、自动化操作及与外界通信的功能，具有一定的智能作用，因而被称为智能仪器，以区别于传统的电子仪器。

近年来，智能仪器已开始从较为成熟的数据处理向知识处理方面发展，并具有模糊判断、故障判断、容错技术、传感器融合、机件寿命预测等功能，使智能仪器向更高的层次发展。

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.智能仪器的结构

智能仪器实际上是一个专用的微型计算机系统，它由硬件和软件两大部分组成。

硬件部分主要包括主机电路、模拟量输入/输出通道、人机接口电路、通信接口电路其中主机电路用来存储程序、数据并进行一系列的运算和处理，它通常由微处理器、程序存储器、数据存储器及输入/输出（I/O）接口电路等组成，或者它本身就是一个单片微型计算机；

模拟量输入/输出通道用来输入/输出模拟信号，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；

人机接口电路的作用是沟通操作者和仪器之间的联系，主要由仪器面板中的键盘和显示器组成；

通信接口电路用于实现仪器与计算机的联系，以便使仪器可以接受计算机的程控命令，目前生产的智能仪器一般都配有GP-IB等通信接口。

智能仪器的软件分为监控程序和接口管理程序两部分。

监控程序是面向仪器面板键盘和显示器的管理程序，其内容包括：

通过键盘输入命令和数据，以对仪器的功能、操作方式与工作参数进行设置；

根据仪器设置的功能和工作方式，控制I/O接口电路进行数据采集、存储；

按照仪器设置的参数，对采集的数据进行相关的处理；

以数字、字符、图形等形式显示测量结果、数据处理的结果及仪器的状态信息。

接口管理程序是面向通信接口的管理程序，其内容是接收并分析来自通信接口总线的远程命令，包括描述有关功能、操作方式与工作参数的代码；

进行有关的数据采集与数据处理；

通过通信接口送出仪器的测量结果、数据处理的结果及仪器的现行工作状态信息。

3.智能仪器的主要特点

与传统的电子仪器相比较，智能仪器具有以下几个主要特点：

（1）操作自动化。

仪器的整个过程，如键盘扫描、量程选择、开关闭合、数据采集、传输与处理、显示打印等功能用微控制器控制，实现了测量过程中的自动化。

（2）智能仪器具有数据分析和处理功能。

微处理器的运用极大地提高了仪器的性能。

例如传统的数字万用表（DMM）只能测量电阻、交直流电压、电流等，而智能型的数字万用表不仅能进行上述测量，而且还能对测量结果进行诸如零点平移、平均值、极值、统计分析以及更加复杂的数据处理功能，使用户从繁重的数据处理中解放出来，而且有效的提高了仪器的测量精度。

目前有些智能仪器还运用了专家系统计数，使仪器具有更深层次的分析能力，解决专家才能解决的问题。

（3）具有自测功能。

可以方便地实现量程自动转换、自动调零、自动故障与状态检验、触发电平自动调整、自动校准、自诊断及量程自动转换、自补偿、自适应等能适应外界的变化，有力地改善了仪器的自动化测量水平。

例如，自诊断能检测出故障的部位，甚至故障的原因。

自测试功能可以在仪器启动时运行，也可以在仪器工作中运行，极大的方便了仪器的维护。

（4）智能仪器具有友好的人-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，使用人员只需通过键盘输入命令，仪器就能实现某种测量和处理功能，与此同时，智能仪器还通过显示屏将仪器的运行状况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉使用人员，使人-机之间的联系非常密切。

（5）智能仪器具有可程控操作能力。

一般智能仪器都配有GP-IB或RS232等标准的通讯接口，可以接受计算机的命令，使智能仪器具有可程控操作的能力。

从而可以很方便地与计算机和其他仪器一起组成用户所需的多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任务。

4.智能仪器的发展趋势

20世纪70年以来，在新技术革命的推动下，尤其是微电子技术和微型计算机加护的快速发展，是电子仪器的整体水平发生很大变化，先后出现独立式智能仪器、GP-IB自动测试系统、插卡式智能仪器。

在此基础上有出现了VXI总线仪器、虚拟仪器。

这些技术的出现，改变了并将继续改变电子测量与仪器领域的发展，使之朝着微型化、多功能化、人工智能化、网路化等方向发展。

5.仪器仪表的应用

（1）在仪器仪表结构、性能改进中的应用

首先，智能自动化技术为仪器仪表与测量的相关领域的应用开辟了广阔的前景。

运用智能化软硬件，使每台仪器或仪表能随时准确地分析、处理当前的和以前的数据信息，恰当地从低、中、高不同层次上对测量过程进行抽象，以提高现有测量系统的性能和效率，扩展传统测量系统的功能，如运用神经网络、遗传算法、进化计算、混沌控制等智能技术，使仪器仪表实现高速、高效、多功能、高机动灵活等性能。

其次，也可在分散系统的不同仪器仪表中采用微处理器、微控制器等微型芯片技术，设计模糊控制程序，设置各种测量数据的临界值，运用模糊规则的模糊推理技术，对事物的各种模糊关系进行各种类型的模糊决策。

其优势在于不必建立被控对象的数学模型，也不需大量的测试数据，只需根据经验，总结合适的控制规则，应用芯片的离线计算、现场调试，按我们的需要和精确度产生准确的分析和准时的控制动作。

特别是在传感器测量中，智能自动化技术的应用更为广泛。

用软件实现信号滤波，如快速傅立叶变换、短时傅立叶变换、小波变换等技术，是简化硬件，提高信噪比，改善传感器动态特性的有效途径，但需要确定传感器的动态数学模型，而且高阶滤波器的实时性较差。

（2）在虚拟仪器结构设计中的应用

在仪器仪表结构设计中，仪器厂家过去都是以源代码形式向用户提供智能虚拟仪器即插即用的仪器驱动器，为了简化最终用户的使用操作与开发过程，不断提高运行效率，以及编程质量和编程灵活性，相关仪器厂家在VXI即插即用的总线仪器驱动器标准的基础上作出了一套新的智能化仪器驱动软件规范，在虚拟仪器结构与性能上进行了下述多方面改进。

由于虚拟仪器采用了一系列智能自动化手段，彻底改变了以往VXI总线即插即用标准仪器驱动器的运行效率低，编程的结构、风格不一致，编程困难，质量低，工作量大，使用、维护麻烦等等一系列缺陷，从而在高效、高质量、安全可靠、使用方便、灵活的条件下实现全面地统一运行，显示出智能自动化技术对虚拟仪器以至整个仪器仪表工业高速发展的深远影响。

（3）仪器仪表网络化中的应用

网络化的智能测量环境将网上各种类型，不同任务的计算机和仪器仪表有机地联系在一起，完成各种形式的任务要求，如在某地采集数据后送往各种需要这些数据的地方，把相同数据按需拷贝多份，送往各需要部门；

或者定期将测量结果送往远方数据库保存，供需要时随时调用。

而多个用户可同时对同一过程进行监控，例如各部门工程技术人员、质量监控人员以及主管领导人员可同时分别在相距遥远的各地监测、控制同一生产运输过程，不必亲临现场而又能及时收集各方面数据，进行决策或建立数据库，分析现象规律。

一旦发生问题，可立即展现眼前或重新配置，或即时商讨决策，立即采取相应措施。

综上所述，随着智能自动化技术应用的日益深入及应用范围与规模的不断扩大，我国的仪器仪表产业的发展水平必将快速迈向更高阶段。

6.总结

智能仪器仪表是计算机科学、电子学、数字信号处理、人工智能等新兴技术与传统的仪器仪表技术的结合。

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仪表向小型化、多功能化、人工智能化方向发展的动力。

可以预见,不久的将来,各种智能化仪器仪表会应用于社会的各个领域。

不管是在现在，还是在未来，我们相信智能仪器将会在国家建设、企业发展中将会着发挥重要的作用，做一名测控技术与仪器专业的学生，学习和掌握各种智能仪器，对现在的学习，还是对未来就业等问题都会有非常重要的作用。

智能科技在仪器仪表中的应用正日新月异地飞速发展，许多其他领域的新技术也不断融合进来。

例如在充分发挥光电束流最高速物性的基础上，智能化日益趋向人脑化。

积极地利用人脑机制与生物DNA芯片的有机智能，与电子，光子计算速度的无机智能的高效、能动优势相结合，并使材料智能化，进而与虚拟化交互作用，共同提高。

当今又有光互连技术正以极高的时空带宽、极小的电磁干扰和较小的互连功耗等一系列独特的物理性能，克服了电互连技术物理上的本质极限，为动态、灵活、高速、实时地重构网络互连结构，大大提高并行处理能力，开创出一个全新天地。