现代智能仪器及其发展趋势.doc

现代智能仪器及其发展趋势引言随着电子技术、半导体技术和计算机技术的不断发展和成熟,尤其是嵌入式处理器的应用,使测试过程中的每一个环节都可能用到各种现代化的新技术,使仪器科学与技术领域出现了完全突破传统概念的新一代仪器——智能仪器,从而开创了仪器、仪表的一个崭新的时代。智能仪器凭借其高性能、多功能、体积小、功耗低等优势,迅速地在家用电器、工业控制中得到了广泛的应用。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。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。 1 仪器定义及其用途、分类 仪器定义仪器是用以检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备。真空检漏仪、压力表、测长仪、显微镜、乘法器等均属于仪器。广义来说,仪器也可具有自动控制、报警、信号传递和数据处理等功能,例如用于工业生产过程自动控制中的气动调节仪表,和电动调节仪表,以及集散型仪表控制系统也皆属于仪器。仪器能改善、扩展或补充人的官能。人们用感觉器官去视、听、尝、摸外部事物,而显微镜、望远镜、声级计、酸度计、高温计等仪器,可以改善和扩展人的这些官能;另外,有些仪器如磁强计、射线计数计等可感受和测量到人的感觉器官所不能感受到的物理量;还有些仪器可以超过人的能力去记录、计算和计数, 如高速照相机、计算机等。 智能仪器的发展、现状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。第四代虚拟仪器就是利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连,分析数据以获取实用信息,共享信息成果,有助于在较大范围内提高生产效率。虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。随着科学技术的飞速发展和自动化程度的不断提高,我国仪器行业也将发生新的变化并获得新的发展。仪器产品的高科技化,必将成为日后仪器科技与产业的发展主流。世界近 20 年来,微电子技术、计算机技术、精密机械技术、高密封技术、特种加工技术、集成技术、薄膜技术、网络技术、纳米技术、激光技术、超导技术和生物技术等高新技术得到了迅猛发展。这一背景和形势,不断地向仪器提出了更高、更新、更多的要求,如要求速度更快、灵敏度更高、稳定性更好、样品量更少、检测微损甚至无损、遥感遥测更远距、使用更方便、成本更低廉、无污染等,同时也为仪器科技与产业的发展提供了强大的推动力,并成了仪器进一步发展的物质、知识和技术基础。 2 智能仪器的基本组成和原理 2.