智能儀器儀表技術的運用及發展

陸國軍

（杭州菲榭爾科技有限公司，杭州富陽 311400）

作為將多種專業學科集中一處的技術，智能儀器儀表技術正在蓬勃發展。在當前技術的支持下，傳統的儀器儀表已經轉向智能儀器儀表升級。智能儀器儀表不僅體積更小、方便攜帶，且功能更為全面、耗能更低，在各領域都有十分廣闊的應用前景。根據當前市場所反饋的消息看，智能儀器儀表的需求與運用在未來的發展方向是在儀表結構優化、儀表運行效率提升、遠程測控等方面。

1 智能儀器儀表行業發展現狀

智能儀器儀表技術已經滲透到各行各業。當前已廣泛應用于人們生產生活的各個方面，所涉及的行業包括工業、農業、電力行業、交通運輸行業、國防、文教衛生等諸多領域。極大地方便了人們的生活，也促進了國民經濟的發展。

如某公司自主開發、研制的一套自力式微壓力控制系統（ZDF氮封裝置），主要用于保持容器頂部保護氣（一般為氮氣）的壓力恒定，以避免容器內物料與空氣直接接觸，防止物料揮發、被氧化，以及保護容器的安全，特別適用于各類大型儲罐的氣封保護系統。該產品具有節能、工作靈敏、運行可靠、操作與維修方便等特點，廣泛應用于石油、化工等行業。氮封裝置供氮、泄氮壓力設定方便，可在連續生產的條件下進行。壓力檢測膜片有效面積大，設定彈簧剛度小，動作靈敏，裝置工作平穩；為確保儲罐的安全，需在罐頂設置呼吸閥，呼吸閥僅起到安全作用，避免了常規氮封裝置中供氮閥和泄氮閥啟閉頻繁易損壞的缺陷。

2 智能儀器儀表技術的運用情況

當前的儀器多與微處理器相融合，在傳統生產過程中某些占地較大的硬件設備不可缺少，但是應用了新技術后，可將其替代。在對機器的面板、內部構造進行了一定的優化設計后，可節約大量的按鈕、開關裝置。使用微處理器，通過遙控指揮、鍵盤輸入信號等技術手段可控制儀器進行某些常規的操作，并且對所得到的數據可實現實時顯示功能，還能進行智能化的處理。這些功能在傳統方式中都是不可實現的。

2.1 功能多樣化

智能儀器儀表技術應用最顯著的特征就是功能多樣。雖然智能儀器儀表的體積比傳統儀器儀表小，但是它的功能并不少，甚至比以前更多。比如函數發生器，其具有脈沖發生器、任意波形發生器、頻率合成器等形式，且性能比專用脈沖發生器、頻率合成器好，還具備測試功能，可幫助工作人員快速解決問題。

2.2 微型化

智能儀器儀表是綜合了微機械技術、信息技術、微電子技術等先進技術而形成的，其具有微型化特征，同時保持原有功能，甚至更完善。智能儀器儀表的微型化特征使得其在信息的收集、處理、整理、輸出、放大控制信號等方面具有更快的速度，與別的設備連接也是有效的，能達到信息的共享效果，在生物技術、醫療、航天、電力、自動化等領域都得到了運用。

2.3 網絡化

互聯網技術的快速發展使得工業控制設備、智能儀器儀表系統也具有網絡化特征?；谝蛱鼐W通信設計的智能儀器儀表功能強大，可實現控制升級、遠程操作、系統維護等一系列操作。

半導體公司提出了一種新型的技術，可在系統編程的基礎上對軟件直接進行修改及重組，在產品的設計環節、制造環節等都可運用。甚至，在產品的售后過程中，還可對電路板器件電子系統功能邏輯，不受時間、地點等限制地完成組態任務。

這項技術的出現將傳統的技術限制打破，在板塊設計制造、編程的過程中優勢明顯。系統編程技術可實現軟件程序的變動、修改，對設計研發工作十分便利。比如，印刷電路板的處理工作，無須設計復雜的編程程序，只需借助PC客戶端利用嵌入式的系統處理器進行編程即可，也可使用遠程網絡編程進行工作。

將單片機嵌入某設備，并使其聯網的技術是嵌入式微型因特網技術。利用技術使得該單片機聯網，可幫助互聯網遠程數據的采集更好實現，也方便遠程操控及數據的存儲、下載等多種功能。

2.4 智能化

人工智能可利用計算機實現對人類的模擬，它是基于計算機領域的一種技術。該技術已經在醫療診斷、機器人、推理證明等方面有所應用。智能儀器的發展在某種程度上也是代替了人的腦力及體力勞動，在視覺、思維、聽覺等方面都有涵蓋，且可進行邏輯分析。目前智能儀器儀表并不需要人進行干預就能將對應的控制工作、檢測工作完成。在儀器儀表中應用人工智能技術可為用戶提供更為優質的服務，把傳統方式中無法解決的問題都一一克服。

3 智能儀器儀表未來發展趨勢

3.1 儀器儀表的運行效率將會大幅提高

科學技術一直在不斷進步，智能化儀器的驅動軟件已經出現，計算機的虛擬儀器所具有的性能在該種進步下已經變得更為全面。測量儀器的軟件已經模塊化、硬件變得軟件化，智能儀器儀表技術中的網絡化資源程序可幫助其實現統一籌劃和優化配置的效果。這些都能為智能儀器儀表運行效率的提高提供了十分有利的條件。以源代碼為基礎進行結構的設計是傳統儀器儀表的特性，其所耗費的人力物力極大，儀器的編程靈活性不高、運作水平有限。

在智能化儀器驅動軟件的幫助下，儀器驅動器代碼可以自動生成。這一變動可將人力物力節約，可簡化工作程序，可將工作量減少。且編程驅動器是統一規范下的結構，用戶維護、使用都十分方便。

針對不同的儀器儀表特點，智能儀器儀表技術也能應對自如，可進行動態監管。設置狀態實時跟蹤，進行識別與管理工作等，能為用戶的自主管理工作提供基本條件。在實際使用中，用戶能結合本身的需求對其進行相應的設計與改變。通過智能管理，智能儀器的驅動軟件還能完成自行檢查工作，針對檢查處的問題還能進行編程設計實施修訂與整改，從而保障儀器的安全、穩定運行，其效率也會大幅提高。

3.2 儀器儀表的結構將會不斷被優化

經過實踐經驗的總結與先進技術的研發，智能儀器儀表技術會更完善，儀器儀表的結構也在不斷優化進程中。其中電動化技術的發展成果當前已經在電力系統中廣泛運用。在電力系統中，對智能化的軟件、硬件都有綜合運用，數據信息的分析速度已經被提升，數據分析的準確性也被提升，這些為電力企業的經濟效益最大化提供了堅實的基礎。進化計算、混沌控制、遺傳算法、神經網絡等智能技術都在電力系統中有所運用，其中的儀器儀表性能更為高效與靈活，電力系統的運行環境的可靠性、穩定性都得到了有效的保障。

在電力系統中，各種儀器的種類繁多，數量龐大。不同的儀器需要進行分散處理，微型芯片技術，如微控制器、微處理器等的廣泛運用，解決了這個難題。通過這些技術的運用，加上相應的模糊控制程序設計，不同儀器設備的安全運行數據臨界值都可逐一設定，然后按照模糊規則的指引，使用模糊推理技術將各種模糊關系處理清楚。

總之，智能儀器儀表的發展趨勢是將儀器儀表的結構進行優化，滿足市場需求，行業需求。今后的儀器儀表功能會更為全面、更為完善，可服務于更多的行業，滿足更為多樣的要求。

3.3 可滿足遠程測控需求

當前計算機技術、網絡技術都發展較為成熟，監控系統的遠程測控已經有了強有力的技術支撐。監控系統的存在一般以工作站、PC機為基礎，在它們基礎上系統進行有效的運轉。組建網絡是前提，只有在這個前提下，監控系統才能實現提高儀器儀表效率的目標，才能將資源共享的速度提升。因此，現代的儀器儀表應以組建網絡為基本點，并且借助于智能儀器儀表技術來進行創新和發展，進一步滿足監控系統的遠程測控功能需求。

當下，智能儀器儀表技術、計算機技術在互相滲透、融合。組建集中、分布式測試系統得益于現場總線技術的廣泛使用，已經變得十分容易。復雜的、測控范圍大的測控需求在集中測控情況下無法被滿足。因此，應組建通用的網絡，它可供各個現場儀表數據進行共享。通過現場的總線控制系統，就可完成對現場的儀表、遠程的設備進行智能化的管理工作。還可對儀器進行實時監控、自主管理等工作。通過合理參數的設置，獲取測量的結果并對故障進行及時的診斷，把最新狀況利用網絡傳遞給管理人員，使得管理人員可迅速反應，將管理方案優化，把參數重新進行設置等。這些都為儀器儀表的正常、穩定運行提供了堅實的基礎保障。

3.4 儀器儀表被虛擬化

智能儀器儀表的虛擬化指的是虛擬儀器。在儀器的測量過程中，有數據的采集、顯示、分析等，這些功能都可通過虛擬系統在PC端軟件進行模擬，實現數據的分析與顯示。對于虛擬儀器來講，軟件系統是核心，是最重要的組成部分。傳統的智能儀器在測量過程中使用計算機技術，而虛擬儀器是在新技術的基礎上融合儀器技術，把軟件作為虛擬器重要部分，使得其具有通用性、可視性、可拓展性特征，可為用戶帶來很大便利。因此，將來這種虛擬設備會更有發展前景。

4 結束語

信息技術可促使各行各業快速發展，在智能儀器儀表的發展中也提供了強有力的支撐。智能儀器儀表的應用還有一個較長的時期才能發展成熟，要堅信科技的力量，將智能儀器儀表的功效發揮到極致。未來的智能儀器儀表必將是多功能的、快速的、高性能的、高精準度的、易操控的，更能為社會進步以及經濟發展提供助力。