智能、虛擬和網絡化的新型儀器儀表的應用
近20年來，儀器儀表發展尤為迅速，特別是這些年來計算機技術迅猛發展，廣泛滲透到儀器儀表領域，出現嶄新的一代儀器儀表——智能儀器、虛擬儀器和網絡化儀器。
智能儀器
智能儀器是將人工智能的理論、方法和技術應用于儀器，使其具有類似人智能特性或功能的儀器。為了實現這種特性或功能，智能儀器中一般都使用嵌入微處理器的系統芯片（SOC）、或數字信號處理器（DSP）及專用電路（ASIC），儀器內部帶有處理能力很強的智能軟件。儀器儀表已不再是簡單的硬件實體，而是硬件、軟件相結合，軟件在儀器智能高低方面起重要作用的新型儀器。
儀器與微處理器相結合，取代了許多笨重的硬件，內部結構和前面板大為改觀，節省許多開關和調節旋鈕。微處理器通過鍵盤或遙控接口接受命令和信號，并用來控制儀器的運行，執行常規測量，對數據進行智能分析和處理，數字顯示或傳送，而傳統的模擬方法是很難做到的。智能儀器具有如下特點：
（1）采集信息 借助于傳感器和變送器，按處理器的要求采集電量和非電量。
（2）與外界對話 使用智能接口進行人機對話及與外部儀器設備對話，接入自動測試系統，甚至接入Internet。另一方面，使用者借助面板上的鍵盤和顯示屏，可用對話方式選擇測量功能、設置參數。當然，通過顯示器等也可獲得測量結果。
（3）記憶信息 智能儀器的存儲器既用來存儲測量程序、相關的數學模型以及操作人員輸入的信息，又用來存儲以前測得的和現在測得的各種數據。
（4）處理信息 按設置的程序對測得的數據進行算術運算，求均值、對數、方差、標準偏差等數學運算FFT變換，求解代數方程，比較、判斷、推理等。
（5）控制 以分析、比較和推理的結果輸出相應的控制信息。
（6）自檢自診斷 自測試（自檢）程序對儀器自身各部分進行檢測，驗證能否正常工作。自檢及格時顯示通過信息或發出相應聲音。否則，運行自診斷程序，進一步檢查儀器的哪一部分出了故障，并顯示相應的信息。若儀器中考慮了替換方案，則經內部協調和重組還可自動修復。
（7）自補償自適應 智能儀器能適應外界的變化。比如，能自動補償環境溫度、壓力等對被測量的影響，能補償輸入的非線性，并根據外部負載的變化自動輸出與其匹配的信號等等。
（8）自校準自學習 智能儀器常常通過自校準（校準零點、增益等）來保證自身的準確度。不僅如此，它們還能通過自學習學會處理更多更復雜的測控程序。
虛擬儀器
虛擬儀器是充分利用計算機技術，并可由用戶自己設計、自己定義的儀器。它通常由計算機、儀器模塊和軟件三部分組成。儀器模塊的功能主要靠軟件實現，通過編程在顯示屏上構成波形發生器、示波器或數字萬用表等傳統儀器的軟面板，而波形發生器發生的波形、頻率、占空比、幅值、偏置等，或者示波器的測量通道、標尺比例、時基、極性、觸發信號（沿口、電平、類型……)等都可用鼠標或按鍵進行設置，如同常規儀器一樣使用，不過，虛擬儀器具有更強的分析處理能力。隨著計算機技術和虛擬儀器技術的發展，用戶只能使用制造商提供的儀器功能的傳統觀念正在改變，而用戶自己設計、定義的范圍進一步擴大；同一臺虛擬儀器可在更多場合應用，比如既可在電量測量中應用，又可在振動、運動和圖像等非電量測量中應用，甚至在網絡測控中應用。
軟件技術是虛擬儀器的核心技術。常用的儀器用開發軟件有LabVIEW、LabWindows/CVI、VEE等等。這些軟件已相當完善，而且還在升級、提高。以LabVIEW為例，這是基于圖形化編程語言G的開發環境，用于如GPIB、VXI、PXI、PCI儀器及數據采集卡等硬件的系統構成，而且，具有很強的分析處理能力。去年，LabVIEW 6i 問世，將智能化測量與控制技術進一步擴展到了Internet網。
網絡化儀器與遠程測控
網絡化儀器是適合在遠程測控中使用的儀器。這是計算機技術、網絡通信技術與儀表技術相結合所產生的一種新型儀器。許多儀器儀表具有遠程通信能力，這是早就知道的事情，不過最近這幾年正發生著許多新的、重要的變化，最重要的一點是擴展了Web技術的應用，特別是擴展了傳輸控制協議/網絡協議（TCP/IP）、瀏覽器和嵌套服務器的應用。比如，通過GPIB-ENET轉換器、RS232/RS485-TCP/IP轉換器，將數據采集儀器的數據流轉換成遵循TCP/IP協議的形式，然后上Intranet/Internet網；而基于TCP/IP的網絡化智能儀器則通過嵌入式TCP/IP軟件，使現場變送器或儀器直接具有Intranet/ Internet功能。它們與計算機一樣，成了網絡中的獨立節點，很方便地就能與就近的網絡通信線纜直接連接，而且“即插即用”，直接將現場測試數據送上網；用戶通過瀏覽器或符合規范的應用程序即可實時瀏覽到這些信息（包括處理后的數據、儀器儀表的面板圖像等）。虛擬儀器(VI)把傳統儀器的前面板移植到Web頁面上，通過Web服務器處理相關的測試需求，通過Intranet/ Internet實時地發布和共享測試數據。
考慮遠程測量/控制和集中數據收集/處理，儀器需要這種強有力的有線、無線連通性能。這種連通性能給用戶帶來許多實惠：１.通過網絡，用戶能夠遠程監測/控制過程和實驗數據，而且實時性非常好。一旦過程中發生問題，有關數據也會立即展現在用戶面前，以便采取相應措施（包括向遠方制造商咨詢等），可靠性大為增強。２.通過網絡，一個用戶能遠程監控多個過程，而多個用戶也能同時對同一過程進行監控。例如,工程技術人員在他的辦公室里監測一個生產過程，質量控制人員可在另一地點同時收集這些數據，建立數據庫。３.通過網絡，大大增強了用戶的工作能力。用戶可利用普通儀器設備采集數據，然后指示另一臺功能強大的遠方計算機分析數據，并在網絡上實時發布。４.通過網絡，用戶還可就自己感興趣的問題在世界范圍內進行合作和訪問，比如，軟件工程師可以利用網絡化軟件工具把開發程序或應用程序下載給遠方的目標系統，進行調試或實時運行，就像目標系統在隔壁房間一樣方便。
總之，網絡通過釋放系統的潛力，改變了測量技術的以往面貌，打破了在同一地點進行采集、分析和顯示的傳統模式；依靠Internet和網絡技術，人們已能夠和將能夠有效地控制遠程儀器設備，在任何地方進行采集、任何地方進行分析、任何地方進行顯示。不久的將來，越來越多的測試和測量儀器將融入Internet網。
智能儀器
智能儀器是將人工智能的理論、方法和技術應用于儀器，使其具有類似人智能特性或功能的儀器。為了實現這種特性或功能，智能儀器中一般都使用嵌入微處理器的系統芯片（SOC）、或數字信號處理器（DSP）及專用電路（ASIC），儀器內部帶有處理能力很強的智能軟件。儀器儀表已不再是簡單的硬件實體，而是硬件、軟件相結合，軟件在儀器智能高低方面起重要作用的新型儀器。
儀器與微處理器相結合，取代了許多笨重的硬件，內部結構和前面板大為改觀，節省許多開關和調節旋鈕。微處理器通過鍵盤或遙控接口接受命令和信號，并用來控制儀器的運行，執行常規測量，對數據進行智能分析和處理，數字顯示或傳送，而傳統的模擬方法是很難做到的。智能儀器具有如下特點：
（1）采集信息 借助于傳感器和變送器，按處理器的要求采集電量和非電量。
（2）與外界對話 使用智能接口進行人機對話及與外部儀器設備對話，接入自動測試系統，甚至接入Internet。另一方面，使用者借助面板上的鍵盤和顯示屏，可用對話方式選擇測量功能、設置參數。當然，通過顯示器等也可獲得測量結果。
（3）記憶信息 智能儀器的存儲器既用來存儲測量程序、相關的數學模型以及操作人員輸入的信息，又用來存儲以前測得的和現在測得的各種數據。
（4）處理信息 按設置的程序對測得的數據進行算術運算，求均值、對數、方差、標準偏差等數學運算FFT變換，求解代數方程，比較、判斷、推理等。
（5）控制 以分析、比較和推理的結果輸出相應的控制信息。
（6）自檢自診斷 自測試（自檢）程序對儀器自身各部分進行檢測，驗證能否正常工作。自檢及格時顯示通過信息或發出相應聲音。否則，運行自診斷程序，進一步檢查儀器的哪一部分出了故障，并顯示相應的信息。若儀器中考慮了替換方案，則經內部協調和重組還可自動修復。
（7）自補償自適應 智能儀器能適應外界的變化。比如，能自動補償環境溫度、壓力等對被測量的影響，能補償輸入的非線性，并根據外部負載的變化自動輸出與其匹配的信號等等。
（8）自校準自學習 智能儀器常常通過自校準（校準零點、增益等）來保證自身的準確度。不僅如此，它們還能通過自學習學會處理更多更復雜的測控程序。
虛擬儀器
虛擬儀器是充分利用計算機技術，并可由用戶自己設計、自己定義的儀器。它通常由計算機、儀器模塊和軟件三部分組成。儀器模塊的功能主要靠軟件實現，通過編程在顯示屏上構成波形發生器、示波器或數字萬用表等傳統儀器的軟面板，而波形發生器發生的波形、頻率、占空比、幅值、偏置等，或者示波器的測量通道、標尺比例、時基、極性、觸發信號（沿口、電平、類型……)等都可用鼠標或按鍵進行設置，如同常規儀器一樣使用，不過，虛擬儀器具有更強的分析處理能力。隨著計算機技術和虛擬儀器技術的發展，用戶只能使用制造商提供的儀器功能的傳統觀念正在改變，而用戶自己設計、定義的范圍進一步擴大；同一臺虛擬儀器可在更多場合應用，比如既可在電量測量中應用，又可在振動、運動和圖像等非電量測量中應用，甚至在網絡測控中應用。
軟件技術是虛擬儀器的核心技術。常用的儀器用開發軟件有LabVIEW、LabWindows/CVI、VEE等等。這些軟件已相當完善，而且還在升級、提高。以LabVIEW為例，這是基于圖形化編程語言G的開發環境，用于如GPIB、VXI、PXI、PCI儀器及數據采集卡等硬件的系統構成，而且，具有很強的分析處理能力。去年，LabVIEW 6i 問世，將智能化測量與控制技術進一步擴展到了Internet網。
網絡化儀器與遠程測控
網絡化儀器是適合在遠程測控中使用的儀器。這是計算機技術、網絡通信技術與儀表技術相結合所產生的一種新型儀器。許多儀器儀表具有遠程通信能力，這是早就知道的事情，不過最近這幾年正發生著許多新的、重要的變化，最重要的一點是擴展了Web技術的應用，特別是擴展了傳輸控制協議/網絡協議（TCP/IP）、瀏覽器和嵌套服務器的應用。比如，通過GPIB-ENET轉換器、RS232/RS485-TCP/IP轉換器，將數據采集儀器的數據流轉換成遵循TCP/IP協議的形式，然后上Intranet/Internet網；而基于TCP/IP的網絡化智能儀器則通過嵌入式TCP/IP軟件，使現場變送器或儀器直接具有Intranet/ Internet功能。它們與計算機一樣，成了網絡中的獨立節點，很方便地就能與就近的網絡通信線纜直接連接，而且“即插即用”，直接將現場測試數據送上網；用戶通過瀏覽器或符合規范的應用程序即可實時瀏覽到這些信息（包括處理后的數據、儀器儀表的面板圖像等）。虛擬儀器(VI)把傳統儀器的前面板移植到Web頁面上，通過Web服務器處理相關的測試需求，通過Intranet/ Internet實時地發布和共享測試數據。
考慮遠程測量/控制和集中數據收集/處理，儀器需要這種強有力的有線、無線連通性能。這種連通性能給用戶帶來許多實惠：１.通過網絡，用戶能夠遠程監測/控制過程和實驗數據，而且實時性非常好。一旦過程中發生問題，有關數據也會立即展現在用戶面前，以便采取相應措施（包括向遠方制造商咨詢等），可靠性大為增強。２.通過網絡，一個用戶能遠程監控多個過程，而多個用戶也能同時對同一過程進行監控。例如,工程技術人員在他的辦公室里監測一個生產過程，質量控制人員可在另一地點同時收集這些數據，建立數據庫。３.通過網絡，大大增強了用戶的工作能力。用戶可利用普通儀器設備采集數據，然后指示另一臺功能強大的遠方計算機分析數據，并在網絡上實時發布。４.通過網絡，用戶還可就自己感興趣的問題在世界范圍內進行合作和訪問，比如，軟件工程師可以利用網絡化軟件工具把開發程序或應用程序下載給遠方的目標系統，進行調試或實時運行，就像目標系統在隔壁房間一樣方便。
總之，網絡通過釋放系統的潛力，改變了測量技術的以往面貌，打破了在同一地點進行采集、分析和顯示的傳統模式；依靠Internet和網絡技術，人們已能夠和將能夠有效地控制遠程儀器設備，在任何地方進行采集、任何地方進行分析、任何地方進行顯示。不久的將來，越來越多的測試和測量儀器將融入Internet網。
文章版權歸西部工控xbgk所有，未經許可不得轉載。
服務咨詢