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所屬欄目:電子技術論文 發布日期:2012-10-11 09:28 熱度:
隨著科學技術的發展,社會進步,計算機迅速的發展,儀器儀表相關新技術的方法也日新月異。本文就現代儀器儀表的發展趨勢和相關技術進行探討。
一、現代儀器儀表的發展趨勢
國際儀器儀表發展極為迅速。數字技術的出現把模擬儀器的精度、分辨力與測量速度提高了幾個量級,為實現測試自動化打下了良好的基礎。計算機的引入,使儀器的功能發生了質的變化,從個別參量的測量轉變成測量整個系統的特征參數,從單純的接受、顯示轉變為控制、分析、處理、計算與顯示輸出,從用單個儀器進行測量轉變成用測量系統進行測量。計算機技術在儀器儀表中的進一步滲透,使電子儀器在傳統的時域與頻域之外,又出現了數據域測試。上世紀九十年代,儀器儀表與測量科學技術突破性進展是儀器儀表智能化程度的提高;DSP芯片的大量問世,使儀器儀表數字信號處理功能大大加強;微型機的發展,使儀器儀表具有更強的數據處理能力和圖象處理功能;現場總線技術是上世紀九十年代迅速發展起來的一種用于各種現場自動化設備與其控制系統的網絡通信技術,Internet和Internet技術也將進入控制領域。現代儀器儀表產品將向著計算機化、網絡化、智能化、多功能化的方向發展,跨學科的綜合設計、高精尖的制造技術使它能更高速、更靈敏、更可靠、更簡捷地獲取被分析、檢測、控制對象的全方位信息。未來數年,更高程度的智能化應包括理解、推理、判斷與分析等一系列功能,是數值、邏輯與知識的結合分析結果,智能化的標志是知識的表達與應用。利用物理學的新效應和高新技術及其成就開發新型高靈敏度、高穩定性、強抗干擾能力傳感器技術和測試儀器儀表。如:利用高溫超導量子干涉儀(SGUID)開發計量測試儀器、物理學測試儀器、地理和地質學儀器、化學分析儀器、醫療儀器、無損材料檢測儀器等。根據上述儀器儀表國際發展的趨勢,可以十分清楚的看出現代儀器儀表發展具有以下主要特點:
(一)技術指標不斷提高
就如奧林匹克運動的口號是更高、更快、更強一樣,儀器儀表在提高檢測控制技術指標上是永遠的追求。以儀器儀表和測量控制的技術范圍指標來說,如電壓從納伏至100萬伏;電阻從超導至1014Ω;諧波測量到51次;頻率測量至1010HZ;壓力測量至108Pa;溫度測量從接近絕對零度至1010℃等。以提高測量精度指標來說,工業參數測量提高至0.02%以上,航空航天參數測量達到0.05%以上,計量精度和科學儀器達到的精度更是與時俱進。此外還不斷提高產品環境適應性。
(二)最先應用新的科學研究成果,高新技術大量采用
現代儀器儀表作為人類認識物質世界、改造物質世界的第一手工具,是人類進行科學研究和工程技術開發的最基本工具。人類很早就懂得“工欲善其事,必先利其器”的道理,新的科學研究成果和發現如信息論、控制論、系統工程理論,微觀和宏觀世界研究成果及大量高新技術如微弱信號提取技術,計算機軟、硬件技術,網絡技術,激光技術,超導技術,納米技術等均成為儀器儀表和測量控制科學技術發展的重要動力,現代儀器儀表不僅本身已成為高技術的新產品,而且利用新原理、新概念、新技術、新材料和新工藝等最新科技術成果集成的裝置和系統層出不窮。
(三)便攜式、手持式以至個性化儀器儀表大量發展
隨著生產的發展和人民生活水平的提高,人們對自己的生活質量和健康水平日益關注,檢測與人們生活密切相關的各類商品、食品質量的儀器儀表,預防和治療疾病的各種醫療儀器是今后發展的一個重要趨勢。科學儀器的現場、實時在線化,特別是家庭和個人使用的健康狀況和疾病警示儀器儀表將有較大發展。
二、現代儀器儀表發展的關鍵技術
(一)傳感技術
傳感技術不僅是儀器儀表實現檢測的基礎,它也是儀器儀表實現控制的基礎。這不僅因為控制必須以檢測輸入的信息為基礎,并且是由于控制達到的精度和狀態,必需感知,否則不明確控制效果的控制仍然是盲目的控制。廣義而言傳感技術必須感知三方面的信息,它們是客觀世界的狀態和信息,被測控系統的狀態和信息以及操作人員需了解的狀態信息和操控指示。在這里應注意到客觀世界無窮無盡,測控系統對客觀世界的感知主要集中于與目標相關的客觀環境(簡稱既定目標環境),既定目標環境之外的環境信息可通過其它方法采集。
(二)統集成技術
系統集成技術直接影響儀器儀表和測量控制科學技術的應用廣度和水平,特別是對大工程、大系統、大型裝置的自動化程度和效益有決定性影響,它是系統級層次上的信息融合控制技術,包括系統的需求分析和建模技術,物理層配置技術,系統各部份信息通信轉換技術,應用層控制策略實施技術等。在操作人員為多種不同崗位的操作群體情況下,還包括各級操作人員需求分析技術。
(三)智能控制技術
智能控制技術是人類以接近最佳方式,通過測控系統以接近最佳方式監控智能化工具、裝備、系統達到既定目標的技術,是直接涉及測控系統的效益發揮的技術,是從信息技術向知識經濟技術發展的關鍵。智能控制技術可以說是測控系統中最重要和最關鍵的軟件資源。從目前發展趨勢看,在企業信息化ERP/MES/PCS三級結構的計算機測控系統中,軟件的價格已超過硬件的3倍。而有關石化、冶金、電力、制藥行業中自動化測控系統的先進控制軟件價格就超過系統硬件價格。智能控制技術包括仿人的特征提取技術,目標自動辨識技術,知識的自學習技術,環境的自適應技術,最佳決策技術等。
(四)人機界面技術
人機界面技術主要為方便儀器儀表操作人員或配有儀器儀表的主設備、主系統的操作員操作儀器儀表或主設備、主系統服務。它使儀器儀表成為人類認識世界、改造世界的直接操作工具。儀器儀表、甚至配有儀器儀表的主設備、主系統的可操作性、可維護性主要由人機界面技術完成。儀器儀表具有一個美觀、精致、操作簡單、維護方便的人機界面,常成為人們選用儀器儀表及配有儀器儀表的主設備、主系統的一個重要條件。人機友好界面技術包括顯示技術、硬拷貝技術、人機對話技術、故障人工干預技術等。考慮到操作人員從單機單人向系統化、網絡化情況下的許多不同崗位的操作人員群體發展、人機友好界面技術正向人機大系統技術發展。此外,隨著儀器儀表的系統化、網絡化發展,識別特定操作人員、防止非操作人員的介入技術也日益受到重視。
文章標題:淺談儀器儀表的發展趨勢及相關技術
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