在“模擬儀器"，“分離儀器"和“數(shù)字儀器"之后，儀器技術(shù)進(jìn)入了“智能儀器"和“虛擬儀器"階段。儀器不再是簡(jiǎn)單的硬件實(shí)體，而是儀器和微處理器的結(jié)合，結(jié)合了硬件和軟件。智能儀器儀表的發(fā)展，使得儀器儀表在測(cè)量參數(shù)的同時(shí)，還能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的分析與控制，獲得實(shí)時(shí)控制，自適應(yīng)功能，網(wǎng)絡(luò)智能電表，以及網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)勢(shì)，為測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的普遍建立和廣泛應(yīng)用鋪平了道路。儀器的虛擬化使得具有相同結(jié)構(gòu)的儀器更加靈活和可重新配置。同時(shí)提高了性能、減少了成本。學(xué)習(xí)儀器儀表的相關(guān)知識(shí)，就能更好的幫助我們了解測(cè)量與控制的過(guò)程。

1 智能儀器儀表技術(shù)的構(gòu)成

1.1 傳感器技術(shù)

儀器的基本功能是收集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行初步處理。其技術(shù)的關(guān)鍵是與數(shù)據(jù)輸入密不可分，因此傳感器技術(shù)是儀器技術(shù)的基礎(chǔ)。隨著儀器技術(shù)的發(fā)展，要求具有小尺寸，低成本，高可靠性，同時(shí)滿足低功耗特性。這更多地取決于MEMS技術(shù)的發(fā)展。以提高系統(tǒng)的效率和可靠性，它具有以下一些特點(diǎn)：

小型化是MEMS器件的特征，它們體積小，通常在毫米到微米范圍內(nèi)，最小器件尺寸為幾微米或更小。微電子和微機(jī)械技術(shù)的結(jié)合將儀器帶入了一個(gè)全新的領(lǐng)域，小型化儀器，也可以完成信號(hào)的采集和處理。

多樣化，目前為止，在世界范圍內(nèi)，從事MEMS的研制和生產(chǎn)工作的企業(yè)數(shù)量已經(jīng)超過(guò)數(shù)千家，其中不乏一些世界500強(qiáng)企業(yè)。所研制出來(lái)的產(chǎn)品涉及到從工程應(yīng)用到商業(yè)應(yīng)用中的各行各業(yè)，例如微型壓力傳感器、創(chuàng)新產(chǎn)品，如加速度計(jì)，微型噴墨打印頭和數(shù)字顯微鏡顯示器。不光是產(chǎn)品類型的多樣化，儀器儀表的功能也呈現(xiàn)多樣化的趨勢(shì)，以多功能的函數(shù)發(fā)生器為例，脈沖發(fā)生器，頻率合成器和任意波形發(fā)生器等功能集成在一臺(tái)儀器中，使應(yīng)用更加方便。在測(cè)試功能上也提供了更好的方案。

使用MEMS技術(shù)的集成化特性可以集成具有不同功能敏感方向或致動(dòng)方向的多個(gè)傳感器或致動(dòng)器。形成微傳感器陣列或微致動(dòng)器陣列甚至微系統(tǒng)。

1.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)

為了滿足數(shù)字系統(tǒng)的發(fā)展要求，A/D轉(zhuǎn)換器的性能也必須不斷提高。轉(zhuǎn)化速度的加快與轉(zhuǎn)換精度的提高已經(jīng)成為了數(shù)模轉(zhuǎn)化技術(shù)所著重發(fā)展的方向。

高轉(zhuǎn)換速度對(duì)于當(dāng)今日益現(xiàn)代化的數(shù)字系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理速度，并且它們還需要不斷提高的數(shù)據(jù)采集速度。在使用儀器儀表進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，往往被測(cè)量的物理量的變化過(guò)程是極短的，為了能及時(shí)的反映出被測(cè)量的變化情況，A/D轉(zhuǎn)換器必須具有超高速轉(zhuǎn)換速度。隨著工業(yè)的發(fā)展，工藝的進(jìn)步，現(xiàn)代數(shù)字處理系統(tǒng)對(duì)分辨率的要求在不斷提高，例如，先進(jìn)儀表的最小可測(cè)量值不斷減小，測(cè)量的變化在高精度測(cè)量中也較小。因此，A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率也必須增加。

1.3 嵌入式系統(tǒng)

如今，軟件技術(shù)的發(fā)展總是能給儀表工業(yè)同樣帶來(lái)發(fā)展，引入更多的新功能。現(xiàn)代儀器設(shè)備通常以某種方式由若干功能模塊組成。通過(guò)嵌入式軟件作用，來(lái)協(xié)調(diào)這些模塊的設(shè)計(jì)，在它們之間建立各種連接，并分配各種功能以有效地解決用戶問(wèn)題。這種設(shè)計(jì)方法可以充分利用現(xiàn)有的硬件和軟件資源，節(jié)省功能開發(fā)的成本，進(jìn)一步簡(jiǎn)化儀器設(shè)備。例如，儀器開發(fā)的主要方向之一是小型化。嵌入式系統(tǒng)可以在小芯片上集成所需的功能，這可以減小產(chǎn)品的尺寸并增加集成度，同時(shí)降低功耗。這不僅滿足了用戶對(duì)儀表產(chǎn)品的小型化要求，而且為其提供了便捷的移動(dòng)功能，增強(qiáng)了產(chǎn)品與網(wǎng)絡(luò)之間的連接功能。

畢竟，嵌入式軟件為儀器開發(fā)提供了一種新的思維和設(shè)計(jì)方式。它可以幫助開發(fā)人員在有限的設(shè)計(jì)空間內(nèi)優(yōu)化系統(tǒng)性能，并關(guān)閉硬件和軟件之間的連接。它避免了由硬件和軟件架構(gòu)的獨(dú)立設(shè)計(jì)引起的缺點(diǎn)。我相信，在未來(lái)，儀器的智能化發(fā)展必然會(huì)帶來(lái)嵌入式軟件的幫助。

1.4 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與通信技術(shù)隨著科技的不斷發(fā)展，在工業(yè)領(lǐng)域中也有著舉足輕重的作用，各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)環(huán)節(jié)的發(fā)展都離不開網(wǎng)絡(luò)化，儀器的發(fā)展自然與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的推廣密不可分。過(guò)去的儀器儀表都是通過(guò)線纜來(lái)進(jìn)行鏈接，這種方式對(duì)儀器的布置位置、線纜的設(shè)置等方面都有很高的要求，還會(huì)提高儀器的使用成本與維護(hù)難度。如今，受到廣泛關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)已經(jīng)解決了這些問(wèn)題。表現(xiàn)在兩個(gè)方面：智能儀表必須上線才能完成數(shù)據(jù)傳輸，遠(yuǎn)程控制和故障診斷;構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)，將各種不同的測(cè)試設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)資源，信息共享，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)工作，共同完成大型復(fù)雜系統(tǒng)的測(cè)試任務(wù)。智能化實(shí)現(xiàn)儀器后，通過(guò)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控資料可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)歸檔，監(jiān)控和控制，具有科學(xué)，高效的信息處理功能。因此，網(wǎng)絡(luò)也是現(xiàn)代儀器技術(shù)的組成部分之一。

2 智能儀器儀表技術(shù)的現(xiàn)狀

據(jù)最新統(tǒng)計(jì)，中國(guó)自動(dòng)化儀器儀表行業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)，各類自動(dòng)化儀表儀表出口量逐年增加，遠(yuǎn)銷海外。然而，生產(chǎn)大國(guó)卻并不是創(chuàng)新大國(guó)，對(duì)比世界的儀器儀表工業(yè)水平，不論是科研投入、創(chuàng)新能力，在制造技術(shù)和材料技術(shù)方面，與目前的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)仍有很大差距。以儀器儀表中的新技術(shù)在線分析儀器為例，在線分析儀器的出現(xiàn)已經(jīng)存在了幾十年。然而在中國(guó)卻是近十年來(lái)才提出這一概念，多年以來(lái)，中國(guó)的儀器儀表企業(yè)少則上千家，并且還在逐年增加，但是，在這數(shù)千家企業(yè)之中，真正從事在線分析儀表技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)制造的企業(yè)只有十幾家而已，更多的是依賴國(guó)外產(chǎn)品的進(jìn)口來(lái)填補(bǔ)空缺。隨著國(guó)家工業(yè)水平的進(jìn)步、國(guó)力的提升、社會(huì)需求的發(fā)展，在線分析技術(shù)已經(jīng)涉及到日常生活的方方面面，比如水質(zhì)、空氣質(zhì)量等方面，也牽涉到工業(yè)生產(chǎn)中一些非常重大的事項(xiàng)。在過(guò)去，國(guó)家對(duì)空氣質(zhì)量沒(méi)有過(guò)多的限制，但現(xiàn)在例如PM2.5、各種氣體含量，都有嚴(yán)格要求。通過(guò)采集樣本，再送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)法獲得實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的結(jié)果，這時(shí)候就需要使用在線分析儀器來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。

20世紀(jì)80年代后期的技術(shù)引進(jìn)為中國(guó)的在線分析儀器行業(yè)帶來(lái)了新的活力。1985年，四川分析儀器廠“成套科"成立，專業(yè)從事在線分析工程應(yīng)用。1992年，在線分析工程部門在四川成立，當(dāng)時(shí)的部長(zhǎng)們開始了在線分析工程的新專業(yè)。定義了在線分析系統(tǒng)，公司開發(fā)的PS1000系列成為在線分析工程技術(shù)研究成果。2007年，第二屆在線分析儀器應(yīng)用與發(fā)展國(guó)際論壇在北京召開。在線分析工程技術(shù)從此到了發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)候，并在以后走上了正軌。

儀器儀表技術(shù)的發(fā)展，不應(yīng)當(dāng)舍本逐末。目前，我國(guó)的儀器儀表產(chǎn)業(yè)還有很大的缺陷，各項(xiàng)性能指標(biāo)還有很大的提升空間，應(yīng)當(dāng)向國(guó)外的企業(yè)看齊，并作為目標(biāo)，在今后的發(fā)展中，使生產(chǎn)大國(guó)朝向創(chuàng)新大國(guó)穩(wěn)步邁進(jìn)。

3 智能儀器儀表技術(shù)的發(fā)展展望

3.1 儀器儀表進(jìn)一步智能化

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能儀器驅(qū)動(dòng)軟件的出現(xiàn)優(yōu)化了虛擬儀器的性能和結(jié)構(gòu)。通過(guò)智能化的形式，可以實(shí)現(xiàn)代碼的自動(dòng)生成，節(jié)省更多的人力物力，減少人員的工作量。此外，還連接了通信驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)，使用戶應(yīng)用程序和維護(hù)更加方便。在智能開發(fā)下，儀器的設(shè)置和運(yùn)行狀態(tài)可以動(dòng)態(tài)跟蹤，管理和配備，用戶可以自主擴(kuò)展設(shè)置。同時(shí)，在智能管理?xiàng)l件下，驅(qū)動(dòng)器可以自動(dòng)監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)解決問(wèn)題并及時(shí)解決，確保儀器的穩(wěn)定性和安全性，提高儀器的運(yùn)行質(zhì)量。

3.2 更快、更強(qiáng)、更節(jié)能

與傳統(tǒng)的測(cè)控模式相比，未來(lái)的智能儀器儀表將會(huì)在現(xiàn)今對(duì)資源的需求較大、測(cè)控過(guò)程較為繁瑣、人力成本消耗巨大的問(wèn)題上進(jìn)行改進(jìn)，在對(duì)環(huán)境友好的前提下，提高測(cè)控過(guò)程完成的效率;在智能化的支撐下，使測(cè)控系統(tǒng)不僅僅只局限于對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)的測(cè)量控制，還可以將測(cè)控系統(tǒng)中可能存在的各種影響因素都進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)邏輯性的數(shù)據(jù)計(jì)算模式與自動(dòng)化檢測(cè)，形成更加高效，科學(xué)的測(cè)控系統(tǒng);智能操作還可以減少人力需求，所需的人才從操作設(shè)備變?yōu)闄z測(cè)設(shè)備以收集數(shù)據(jù)。智能技術(shù)的應(yīng)用消除了人為因素造成的誤差。使得測(cè)控系統(tǒng)能夠擁有更高的準(zhǔn)確度與更強(qiáng)大的性能。

3.3 儀器儀表的應(yīng)用

現(xiàn)如今的電子科技技術(shù)的高度進(jìn)步已經(jīng)為儀器儀表的發(fā)展鋪平了道路，儀器儀表所組成的測(cè)量控制網(wǎng)絡(luò)，不僅提高了工業(yè)生產(chǎn)效率，而且實(shí)現(xiàn)了資源共享，這也是儀器儀表未來(lái)的發(fā)展方向之一。此外，利用目前中國(guó)現(xiàn)代工業(yè)化和計(jì)算機(jī)化的蓬勃發(fā)展來(lái)推動(dòng)儀表工業(yè)的發(fā)展，提高創(chuàng)新水平，加強(qiáng)測(cè)量?jī)x器和測(cè)量系統(tǒng)的開發(fā)，大力推動(dòng)儀器產(chǎn)業(yè)向智能化，開放化，標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，儀器儀表技術(shù)將會(huì)在未來(lái)得到更好的發(fā)展。

通過(guò)模擬人類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)信息的智能處理和傳輸，利用生物遺傳規(guī)律可以模擬遺傳計(jì)算。這種方法優(yōu)化了測(cè)量和控制系統(tǒng)，以繼續(xù)向智能化方向發(fā)展。在性能發(fā)展方面，測(cè)控技術(shù)和儀器的智能技術(shù)將朝著靈活，高精度，高效率的方向發(fā)展，向智能化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)展。與未來(lái)新興技術(shù)的合作，也是發(fā)展方向之一。

4 結(jié)束語(yǔ)

在測(cè)量和控制技術(shù)和儀器的適應(yīng)下，借助計(jì)算機(jī)的自動(dòng)輔助模式，集中訪問(wèn)信息，使其能夠提取重組的重要元素，為了適應(yīng)不同的操作模式，智能技術(shù)可以通過(guò)反饋數(shù)據(jù)信息等更全面地了解設(shè)備的信號(hào)反饋內(nèi)容。設(shè)計(jì)更科學(xué)，高效的測(cè)控系統(tǒng)，進(jìn)一步提升核心競(jìng)爭(zhēng)力，提高我國(guó)測(cè)控技術(shù)水平，應(yīng)依靠智能化發(fā)展條件，在注重智能與測(cè)控技術(shù)與儀器相結(jié)合的同時(shí)，不斷培養(yǎng)創(chuàng)新人才，真正實(shí)現(xiàn)行業(yè)的跨越式發(fā)展。并為民族復(fù)興大業(yè)做出積極貢獻(xiàn)。

聲明，文章來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)上行知部落網(wǎng)站上的論文分享，感覺(jué)不錯(cuò)，引以所錄。