陈旺昌

(广西工学院 广西 柳州)

[摘要]:智能仪器是一种比较重要的仪器,其广泛用于现代化各行各业,发挥着越来越重要的作用。本文就主要对智能仪器做一个综述，回顾智能仪器的发展历程,并对其特点做简要阐述,谈谈智能仪器的应用、设计及发展前景。

 [关键词]:智能仪器 综述 应用 前景

An Overview of Intelligent Instrument

Chen Wangchang

(Guangxi University of Technology, Liuzhou city, Guangxi province)

Abstract：intelligent instrument is an important instrument，it uses in many kinds of modern industries broadly，it plays a more and more important role. This paper is mainly summarize to the intelligent instrument, review the history of intelligent instruments’ development, and describes its character in simply, talk about its application，design and development forward.

Keywords：intelligent instrument；summarization；application；design；forward

一、智能仪器简述

智能仪器,就是在传统仪器仪表的基础上发展起来的具有逻辑和数值运算、判断、控制等基本功能，体积小、功耗低、可靠性高，并拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作功能，具有一定智能延伸或加强等智能作用的仪器。它是计算机技术和测量仪器相结合的产物，近年来各种先进技术在智能仪器发展中的应用，是智能仪器由较为成熟的数据处理向知识处理方向发展，功能不断完善，功能发展的层次更高。仪器仪表的发展可以划分为三代：第一代是指针式仪器仪表，它们基本是电磁式；第二代是数字式仪器仪表，这类主要是通过A/D转换环节将输出量用数字形式显示；第三代为智能仪器仪表，这类仪表具有智能作用，功能强大。可以说，智能仪器是以第一第二代传统仪器仪表作为基础发展起来的，但是智能仪器比传统仪器具有更强大的功能，更辉煌的发展前景。

智能仪器发展到现在也不过是几十年的历史，可以说历史短暂。但是它具有非常显著的发展特点：

第一：微型化。在微电子技术、微机械技术、信息技术高速发展的今天，将这些技术应用于智能仪器的发展，不仅体积小、功耗低，而且功能也得到很大提高。特别是MEMS技术在智能仪器发展中的应用，更是把智能仪器称作为芯片上的仪器。使得智能仪器的功能更加齐全，可以更好地完成与其他仪器接口的功能。

第二：功能多样化。功能多样化本身就是智能仪器的一个特点。例如，示波器，就不仅仅具有显示波形的作用，还有脉冲信号的输出，校验波形、曲线等作用。可见，现在的仪器仪表大多数是集多种功能于一身的。这不仅仅是社会生活的需要，也是智能仪器发展的需要。

第三：数字化、智能化。现代智能仪器绝大多数都是集检测和控制系统于一身，在应用方面不仅功能更强大，性能更优越，而且硬件软化，自动化操作和面板显示。另外，在设计制造方面，还可以借助CAD、CAM等计算机辅助工具和辅助手段，而且还能让多媒体技术、神经网络和模糊控制等技术都在仪器仪表的设计制造中得到很好的应用，加工工艺也更加先进。以美国德州仪器公司的以DSP芯片为核心的仪表为例，该类仪器仪表采用的就是先进的混合信号电路、ASIC电路、元件及开发工具等，为整个仪器应用系统提供强有力的故障、诊断方面的解决方案。

第四：虚拟化。这是当今智能仪器发展的趋势和方向。虚拟，并不是仪器是不存在的，相反，虚拟仪器是真实的存在，不仅是虚拟的、视觉上的内容，更是面向测控领域的有效解决问题的软件或是软件的组合。换个说法就是：软件就是仪器。虚拟仪器不仅人机界面良好，性价比高，而且，还具有良好的与其他设备互联的能力。

第五：网络化。应用Internet和现场总线技术，使智能仪器的设计制造同时实现网络化，集成测试时系统也走向网络化发展，现场测量参量也可以实现网络化，还可以在线处理信息。并且，仪器与仪器之间还可以通过总线的方式相连。

目前，我国的智能仪器发展迅速，仪器产品出口量逐年增加，出口的国家和地区也不断加大。但是我国的智能仪器水平与国外先进水平相比较，还是有很大差距。从整体方面看，我国的科研投入不足、自主创新能力低；在制造技术、芯片核心技术、产品质量等方面都有待改进和提高。另外，要注重产品研发和生产技术开发的结合，这样才能够提高自动化生产水平，保证产品的可靠性能。

二、智能仪器的应用

仪器仪表与人们生活密切相关，在生活和生产中发挥着很重要的作用。特别是智能仪器仪表，在自动化技术、军事、生物技术、航空航天等领域都得到了广泛的应用。

在自动化技术方面，不论是在现代化的生产车间还是在工业控制中，智能仪器都得到很好的应用，有些需要人为操作的作业已经被智能仪器所取代。像机器人在生产中的应用。随着智能仪器的发展，越来越多的仪器仪表广泛用于自动化控制领域，推动自动化技术的发展。

在军事方面，智能仪器的应用更是越来越广泛。像军用雷达、追踪器、发射器、夜视仪等等。近年来，我国各种各样的新式武器不断被研发制造出来，很大程度上也就是智能仪器的应用取得成功，随着技术的发展，智能仪器在军事中的应用会越来越充分。

在生物技术和农业上，智能仪器也显露出了用武之地。河北农业大学的杨世凤等利用虚拟仪器技术开发了植物生理需水信息自动检测与视情灌溉系统；青岛农业大学李胜多针对某茶园的实际需要，利用虚拟仪器技术、传感器技术、数据库技术、变频技术和PLC技术开发了一套茶园节水灌溉系统。从这些成功的例子，可以预见智能仪器在未来还会发挥更重要走的作用。在航天航空方面，可以说，如果没有智能仪器的应用，就不会有这么先进的航空航天技术。

智能仪器发展越来越快，它的作用会越来越大，无论是在日常生活中的衣食住行方面，还是在航空航天、量子世界等，都离不开智能仪器的应用。

三、智能仪器的设计

通常，智能仪器的设计包括硬件设计和软件设计。硬件设计就是设计出能实现设计者期望功能的电路、芯片等；软件设计就是设计出能实现仪器功能的程序。但是，并不是所有的仪器的设计都要同时设计硬件和软件，往往越精密智能化越高的仪器，其设计往往是硬件设计和软件设计相结合，设计也就越复杂。

按照一般的设计思想，仪器的设计一般是按照自顶而下的方法设计的。即把难以处理解决的的问题先分解为若干个容易的比较下小的问题，再逐个解决。然后再按照同样的方法把总任务分解成一批小的可以表征的子任务。再将所分出的子任务细分，知道能把所有的功能任务都实现为止。

还有另一种就是软硬件折中的设计思想。使用软件将硬件功能实现，即将硬件软化，可以降低成本。随着半导体技术的发展和各种高性能元器件的不断问世，硬件软化已经成为了一种趋势。但是能实现硬件软化的软件不是很多，很多运算和控制还得由软件来完成。因此，在设计仪器仪表时，一定要注意软硬件的折中，结合具体实际问题，采取切实可行的办法解决。

智能仪器的设计，一般先要确定设计任务。设计任务应尽可能多的包括像仪器设计功能、功能使用说明、仪器的各种指标、使用时应注意问题等等；设计任务确定后再来拟定设计方案。就是设计仪器该实用的方式方法等，它应按照设计任务来具体细化。

四、展望

未来的智能仪器主要有两个主要发展方向。一是智能仪器仪表发展网络化；二是智能仪器仪表发展虚拟化。随着网络技术特别是Internet技术的日臻完善和虚拟化技术在智能仪器仪表中应用的越来越成熟，智能仪器的应用也会越来越广泛。在未来，虚拟智能仪器会有越来越明显的特点：

越来越明显的人性化。就是指产品研发根据使用者和使用环境结合认得生理结构以及心理状况等特征，在原有功能、性能进行人体工程学和美学的优化使用更加方便舒适。同时，人机交互界面更加完美，信息交互等功能更强。

高可靠化。智能仪器的性能、可靠性会越来越高。智能仪器的集成化和虚拟化、网络化程度也会越累越高。

未来的虚拟化智能仪器除了在自动化技术、军事、航空航天等领域有应用外，还会广泛应用于农业、环境科学、温室问题的解决等领域。智能仪器也会和其他控制系统相结合，像和模糊控制系统结合、和专家系统结合等，这样，仪器的性能更高，可靠性更强。相信智能仪器的发展一定会为人类的经济发展带来极大地促进作用。

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