智能科技在儀器儀表行業(yè)中迅速滲透應用

導讀：智能自動(dòng)化技術(shù)為儀器儀表與測量的相關(guān)領(lǐng)域的應用開(kāi)辟了廣闊的前景，智能技術(shù)開(kāi)始作為重要部分全面滲入到儀器儀表工業(yè)。特別是在傳感器測量、虛擬儀器結構設計中中，智能自動(dòng)化技術(shù)的應用更為廣泛。

（1）在儀器儀表結構、性能改進(jìn)中的應用

   首先，智能自動(dòng)化技術(shù)為儀器儀表與測量的相關(guān)領(lǐng)域的應用開(kāi)辟了廣闊的前景。運用智能化軟硬件，使每臺儀器或儀表能隨時(shí)準確地分析、處理當前的和以前的數據 信息，恰當地從低、中、高不同層次上對測量過(guò)程進(jìn)行抽象，以提高現有測量系統的性能和效率，擴展傳統測量系統的功能，如運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、遺傳算法、進(jìn)化計 算、混沌控制等智能技術(shù)，使儀器儀表實(shí)現高速、高效、多功能、高機動(dòng)靈活等性能。

   其次，也可在分散系統的不同儀器儀表中采用微處理器、微控制器等微型芯片技術(shù)，設計模糊控制程序，設置各種測量數據的臨界值，運用模糊規則的模糊推理技 術(shù)，對事物的各種模糊關(guān)系進(jìn)行各種類(lèi)型的模糊決策。其優(yōu)勢在于不必建立被控對象的數學(xué)模型，也不需大量的測試數據，只需根據經(jīng)驗，總結合適的控制規則，應 用芯片的離線(xiàn)計算、現場(chǎng)調試，按我們的需要和精確度產(chǎn)生準確的分析和準時(shí)的控制動(dòng)作。

   特別是在傳感器測量中，智能自動(dòng)化技術(shù)的應用更為廣泛。用軟件實(shí)現信號濾波，如快速傅立葉變換、短時(shí)傅立葉變換、小波變換等技術(shù)，是簡(jiǎn)化硬件，提高信噪 比，改善傳感器動(dòng)態(tài)特性的有效途徑，但需要確定傳感器的動(dòng)態(tài)數學(xué)模型，而且高階濾波器的實(shí)時(shí)性較差。運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，可實(shí)現高性能的自相關(guān)濾波和自適應 濾波。充分利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)強有力的自學(xué)習、自適應、自組織能力，聯(lián)想、記憶功能以及對非線(xiàn)性復雜關(guān)系的輸入、輸出間的黑箱映射特性，無(wú)論在適用性和 快速實(shí)時(shí)性等各方面都將大大超過(guò)復雜函數式，可充分利用多傳感器資源，綜合獲取更準確、更可信的結論。其中實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)的、快變與緩變的、模糊和確定性的 數據信息，可能相互支持，也可能相互矛盾，此時(shí)，對象特征的提取、融合，直***最終決策，作出正確的判斷，將成為難點(diǎn)。于是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )或模糊邏輯將成為最值得 選用的方法。例如，氣體傳感陣列用于混合氣體識別，在信號處理方法上可采用自組織映射網(wǎng)絡(luò )和BP網(wǎng)絡(luò )相結合，先進(jìn)行分類(lèi)，再識別組分，將傳統方法的全程擬 合***為分段擬合，以降低算法的復雜度，提高識別率。又如，食品味覺(jué)信號的檢測和識別的難度，曾一度是研究與開(kāi)發(fā)單位的主要障礙所在。如今可利用小波變換 進(jìn)行數據壓縮和特征提取，然后將數據輸入用遺傳算法訓練過(guò)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，則大大提高了對簡(jiǎn)單復合味的識別率。再如，在布匹面料質(zhì)量的*定，柔性*作手對 觸覺(jué)信號的處理，機器的故障診斷領(lǐng)域，智能自動(dòng)化技術(shù)也都取得了大量的成功實(shí)例。

（2）在虛擬儀器結構設計中的應用

   儀器與測量技術(shù)和計算機技術(shù)的結合，不但大大提高了測量精確度與智能自動(dòng)化水平，特別是計算機的硬件軟化和軟件模塊化的虛擬儀器的迅猛發(fā)展，以及其與網(wǎng)絡(luò )化系統資源程序的統一和優(yōu)化性能配置，為儀器儀表的智能化水平的迅速提高，創(chuàng )造了越來(lái)越優(yōu)越的條件。

   在儀器儀表結構設計中，儀器廠(chǎng)家過(guò)去都是以源代碼形式向用戶(hù)***智能虛擬儀器即插即用的儀器驅動(dòng)器，為了簡(jiǎn)化最終用戶(hù)的使用*作與開(kāi)發(fā)過(guò)程，不斷提高運行 效率，以及編程質(zhì)量和編程靈活性，相關(guān)儀器廠(chǎng)家在VXI即插即用的總線(xiàn)儀器驅動(dòng)器標準的基礎上作出了一套新的智能化儀器驅動(dòng)軟件規范，在虛擬儀器結構與性 能上進(jìn)行了下述多方面改進(jìn)。

   首先，考慮要兼顧用戶(hù)的直觀(guān)、易用與盡可能提高運行效率，并保持原來(lái)VXI總線(xiàn)即插即用標準的高層編程接口，以***相同的功能函數調用格式。

   其次，在***La***dows/CVI5.0內建的開(kāi)發(fā)工具基礎上，運用智能化手段，使智能虛擬儀器（IVI）的儀器驅動(dòng)器代碼，可以在人機交互作用 下自動(dòng)生成，這樣既簡(jiǎn)化了大量編程工作量，又統一了驅動(dòng)器代碼的編程結構和風(fēng)格，還大大方便了不同水平用戶(hù)的使用和維護。

   再次，應用一系列智能手法，識別、***和管理所有各種儀器狀態(tài)和設置，使用戶(hù)能直接進(jìn)入所有低層設置，并通過(guò)智能狀態(tài)管理，使用戶(hù)可根據需要，在“測試開(kāi) 發(fā)”和“正常運行”兩種模式之間隨意切換。在“測試開(kāi)發(fā)”模式下，驅動(dòng)器可智能自動(dòng)化地完成一系列狀態(tài)檢查，以幫助發(fā)現各種編程錯誤。當程序調試正常投入 使用后，用戶(hù)即可切換到“正常運行”模式，以使驅動(dòng)軟件高速運行。這樣既保證了儀器的安全性和可靠性，又可使軟件隨時(shí)投入高速運行，盡可能提高其運行效 率。

   另外，也由于采用了各種智能化方法，使驅動(dòng)器可實(shí)現多線(xiàn)程同時(shí)安全運行，進(jìn)行多線(xiàn)程并行測試;同時(shí)，驅動(dòng)器還具有強大的仿真功能，可以在不連接實(shí)際儀器的情況下，開(kāi)發(fā)測試程序。信息請登陸:輸配電設備網(wǎng)

   ***一個(gè)特點(diǎn)是驅動(dòng)器運行只與測試功能相關(guān)，而與儀器采用的接口總線(xiàn)方式無(wú)關(guān)，只通過(guò)一個(gè)初始化函數InitwithOptions來(lái)區分儀器接口總線(xiàn)和地域的異用。

   總之，由于虛擬儀器采用了一系列智能自動(dòng)化手段，徹底改變了以往VXI總線(xiàn)即插即用標準儀器驅動(dòng)器的運行效率低，編程的結構、風(fēng)格不一致，編程困難，質(zhì)量 低，工作量大，使用、維護麻煩等等一系列缺陷，從而在高效、高質(zhì)量、安全可靠、使用方便、靈活的條件下實(shí)現全面地統一運行，顯示出智能自動(dòng)化技術(shù)對虛擬儀 器以***整個(gè)儀器儀表工業(yè)高速發(fā)展的深遠影響。

（3）儀器儀表網(wǎng)絡(luò )化中的應用

   由于儀器與計算機一旦組成網(wǎng)絡(luò )，即可憑借智能化軟硬件（諸如模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的自學(xué)習、自適應、自組織和聯(lián)想記憶功能），充分發(fā)揮靈活調用和合理配置網(wǎng) 上各種計算機和儀器儀表的各自資源特性和潛力，產(chǎn)生1 1>2的組合優(yōu)勢。例如，目前已可使用連接到Web的數字萬(wàn)用表和示波器，通過(guò)因特網(wǎng)和模式識別軟件區別不同的時(shí)空條件和儀器儀表的類(lèi)別特征以及測 出臨界值，作出不同的特征響應;也可使用分布式數據采集系統代替過(guò)去單獨使用的數據采集設備，以***可跨越以太網(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò )，實(shí)施遠程測量和采集數據，并進(jìn) 行分類(lèi)的存儲和應用。

   網(wǎng)絡(luò )化的智能測量環(huán)境將網(wǎng)上各種類(lèi)型，不同任務(wù)的計算機和儀器儀表有機地聯(lián)系在一起，完成各種形式的任務(wù)要求，如在某地采集數據后送往各種需要這些數據的 地方，把相同數據按需拷貝多份，送往各需要部門(mén);或者定期將測量結果送往遠方數據庫保存，供需要時(shí)隨時(shí)調用。而多個(gè)用戶(hù)可同時(shí)對同一過(guò)程進(jìn)行監控，例如各 部門(mén)工程技術(shù)人員、質(zhì)量監控人員以及主管領(lǐng)導人員可同時(shí)分別在相距遙遠的各地監測、控制同一生產(chǎn)運輸過(guò)程，不必***現場(chǎng)而又能及時(shí)收集各方面數據，進(jìn)行決 策或建立數據庫，分析現象規律。一旦發(fā)生問(wèn)題，可立即展現眼前或重新配置，或即時(shí)商討決策，立即采取相應措施。

   另外，智能重構信息處理技術(shù)也將為儀器儀表創(chuàng )造更廣闊的***舞臺。結合了計算機與專(zhuān)用集成電路（ASIC）優(yōu)點(diǎn)的可重構計算機，不僅要根據不同的計算任務(wù) 對大量的可編程邏輯單元陣列（FPGA）作出靈活的相應配置，其指令級、比特級、流水線(xiàn)級以***任務(wù)級的并行計算，使其運行速度達到通用計算機的數百倍以 上。

   綜上所述，隨著(zhù)智能自動(dòng)化技術(shù)應用的日益深入及應用范圍與規模的不斷擴大，我國的儀器儀表產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平必將快速邁向更高階段。