现代仪器的重大进展.doc

1、1现代仪器的重大进展摘 要：本文简要介绍智能仪器的基本组成、特点和原理，对智能仪器的应用领域作简要概括，并对其今后的发展趋势作简要探讨。同时，简单介绍虚拟仪器的体系结构，全面的介绍了虚拟仪器设计技术。 关键词：智能仪器 虚拟仪器 重大进展 一、引言 仪器这一基本工具是用来让人类认识世界，也是人们在信息社会得到信息的最主要的一个手段。信息时代和网络时代的到来，传统的仪器不能满足技术和社会生产的需要。仪器不再是简单的机械或电子设备，而是结合了机械、电子、光学、计算机、材料化学、物理学、化学、生物学、系统工程和先进的制造技术在内的全面的技术。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，特别

2、是嵌入式处理器的应用，使测试过程中的每一个链接都可以使用各种现代化的技术，使仪器科学与技术领域出现了一种完全突破传统概念的新一代仪器，即智能仪器，从而开创了一个仪表、仪器的新时代。智能仪器由于其高性能、多功能、小体积、低功耗优势，迅速在家用电器、工业控制中被广泛应用。二、智能仪器 1.智能仪器的基本组成与特点 智能仪器包括硬件和软件两个部分。硬件部分主要包括主机电路、2模拟输入/输出通道、人机接口电路、通信接口电路。软件分为两部分：监控程序和接口管理。其特点如下：智能仪器用键盘代替传统仪器中的旋转式或琴键式类型的切换开关来实现仪器的控制，从而使仪器面板的布置和仪器内部有关部件的安排不再相互限制

3、和牵连；使用微处理器大大提高仪器的性能；智能仪器使用微处理器控制函数，可以很容易地实现范围内的自动转换、自动零点，触发电平自动调节、自动校准、自诊断等功能，有效地提高仪表自动化测量水平；智能仪器具有友好的人机对话的能力，使用人员通过简单的键盘命令，该仪器就可以实现某种测量和处理功能，智能仪器通常配有 GPIB 或 RS232 等通信接口，使智能仪器具有可程控操作的能力。 2.智能仪器的原理 传感器拾取被测参量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送入多路模拟开关；由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器，放大后的信号经 A/D 转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中；

4、单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理（如非线性校正等） ；运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印；同时单片机把运算结果与存储于片内闪速存储器或电可擦除存贮器内的设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制要求，输出相应的控制信号（如报警装置触发、继电器触点等） 。此外，智能仪器还可以与 PC 机组成分布式测控系统，由单片机作为下位机采集各种测量信号与数据，通过串行通信将信息传输给上位机PC 机，由 PC 机进行全局管理。 33.智能仪器的应用及发展情况 智能化测量控制仪表的发展尤为迅速。国内市场上已经出现了多种多样智能化测量控制仪表，例如，能够自动进行差压补偿的智能节流式流量计

5、，能够进行程序控温的智能多段温度控制仪，能够实现数字 PID和各种复杂控制规律的智能式调节器，以及能够对各种谱图进行分析和数据处理的智能色谱仪等。近年来，智能仪器的发展十分迅速，尤其是现代光学、电子学、生物学、物理学、微机械等领域的一些最新研究成果，已经迅速地应用于仪器、仪表中，使现代测控技术与智能仪器的发展出现了一些新的特点，主要包括：高速度、智能化、集成化、小型化和微型化、多功能化、网络化。 三、虚拟仪器的体系结构 1.计算机硬件 计算机硬件系统：指构成计算机的所有物理部件的集合。从外观上看，由主机、输入和输出设备组成。根据冯?诺依曼原理，将计算机分成输入设备、存储设备、运算器、控制器和输

6、出设备。 2.仪器硬件 从虚拟仪器的定义来说，它更多地强调软件在仪器中的应用，但虚拟仪器仍离不开硬件技术的支持，信息的获取仍需要通过硬件来实现。目前，虚拟仪器的类型主要取决于仪器所采用的接口总线类型。从仪器与计算机采用的总线连接方式的不同，可分为内插卡式和外接机箱式两大类。内插卡式就是将各种数据采集卡插入计算机扩展槽，再加上必要的连接电缆或探头，就可形成一个仪器。外接机箱式采用背板总线结构，4所有仪器都连接在总线上或采用外总线方式，用外部主控计算机来实现控制。这种类型的虚拟仪器以 VXI 仪器为典型代表。无论哪种虚拟仪器，都离不开数据采集硬件的支持。本章主要介绍信号调理以及 DAQ 板卡。 3

7、.应用软件 虚拟仪器技术最核心的思想，就是利用计算机的硬/软件资源，使本来需要硬件实现的技术软件化（虚拟化） ，以便最大限度地降低系统成本，增强系统的功能与灵活性。基于软件在 VI 系统中的重要作用，NI 提出了“软件就是仪器”的口号。 虚拟仪器的软件框架从低层到顶层，包括三部分：VISA 库、仪器驱动程序、应用软件。VISA 虚拟仪器软件体系结构，实质就是标准的 I/O函数库及其相关规范的总称。一般称这个 I/O 函数库为 VISA 库。它驻留于计算机系统之中执行仪器总线的特殊功能，是计算机与仪器之间的软件层连接，以实现对仪器的程控。它对于仪器驱动程序开发者来说是一个个可调用的操作函数集；仪

8、器驱动程序是完成对某一特定仪器控制与通信的软件程序集。它是应用程序实现仪器控制的桥梁。每个仪器模块都有自己的仪器驱动程序，仪器厂商以源码的形式提供给用户；应用软件建立在仪器驱动程序之上，直接面对操作用户，通过提供直观友好的测控操作界面、丰富的数据分析与处理功能，来完成自动测试任务，应用软件还包括通用数字处理软件。 四、结语 以上从智能仪器到虚拟仪器的体系结构，简单的介绍了智能仪器的组成、特点、功能以及应用领域和发展趋势，同时也简单的阐述虚拟仪5器设计技术，主要包括计算机硬件、仪器硬件、应用软件，最后对虚拟仪器的应用做了介绍。由于实验室条件限制，本文未能真正的从硬件以及软件两方面实现虚拟仪器。接下来，要进行虚拟仪器设计软件仿真。用带有均匀白噪声的正弦信号分析，信号为带有均匀白噪声的正弦信号，并对信号进行处理，主要为幅频特性以及相频特性分析，另外，还加了一些报警功能等。 参考文献 1常向阳.常用智能仪器的原理与使用.电子工业出版社，2010 . 2虚拟仪器现状及存在的问题.电子仪器世界 2009. 3杨学良.多媒体计算机技术及应用.中国科学院研究生院讲义，2008.