智能科技在儀器儀表行業(yè)中迅速滲透應(yīng)用

導(dǎo)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(yīng)用開辟了廣闊的前景，智能技術(shù)開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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中中，智能自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛。

（1）在儀器儀表結(jié)構(gòu)、性能改進(jìn)中的應(yīng)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(yīng)用開辟了廣闊的前景。運(yùn)用智能化軟硬件，使每臺(tái)儀器或儀表能隨時(shí)準(zhǔn)確地分析、處理當(dāng)前的和以前的數(shù)據(jù) 信息，恰當(dāng)?shù)貜牡?、中、高不同層次上?duì)測量過程進(jìn)行抽象，以提高現(xiàn)有測量系統(tǒng)的性能和效率，擴(kuò)展傳統(tǒng)測量系統(tǒng)的功能，如運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化計(jì) 算、混沌控制等智能技術(shù)，使儀器儀表實(shí)現(xiàn)高速、高效、多功能、高機(jī)動(dòng)靈活等性能。

   其次，也可在分散系統(tǒng)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(shè)計(jì)模糊控制程序，設(shè)置各種測量數(shù)據(jù)的臨界值，運(yùn)用模糊規(guī)則的模糊推理技 術(shù)，對(duì)事物的各種模糊關(guān)系進(jìn)行各種類型的模糊決策。其優(yōu)勢在于不必建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，也不需大量的測試數(shù)據(jù)，只需根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)合適的控制規(guī)則，應(yīng) 用芯片的離線計(jì)算、現(xiàn)場調(diào)試，按我們的需要和精確度產(chǎn)生準(zhǔn)確的分析和準(zhǔn)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(yīng)用更為廣泛。用軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(shù)學(xué)模型，而且高階濾波器的實(shí)時(shí)性較差。運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高性能的自相關(guān)濾波和自適應(yīng) 濾波。充分利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)強(qiáng)有力的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織能力，聯(lián)想、記憶功能以及對(duì)非線性復(fù)雜關(guān)系的輸入、輸出間的黑箱映射特性，無論在適用性和 快速實(shí)時(shí)性等各方面都將大大超過復(fù)雜函數(shù)式，可充分利用多傳感器資源，綜合獲取更準(zhǔn)確、更可信的結(jié)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(shù)據(jù)信息，可能相互支持，也可能相互矛盾，此時(shí)，對(duì)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(shí)別，在信號(hào)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(jié)合，先進(jìn)行分類，再識(shí)別組分，將傳統(tǒng)方法的全程擬 合***為分段擬合，以降低算法的復(fù)雜度，提高識(shí)別率。又如，食品味覺信號(hào)的檢測和識(shí)別的難度，曾一度是研究與開發(fā)單位的主要障礙所在。如今可利用小波變換 進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮和特征提取，然后將數(shù)據(jù)輸入用遺傳算法訓(xùn)練過的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，則大大提高了對(duì)簡單復(fù)合味的識(shí)別率。再如，在布匹面料質(zhì)量的*定，柔性*作手對(duì) 觸覺信號(hào)的處理，機(jī)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

   儀器與測量技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)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(jì)算機(jī)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(tǒng)資源程序的統(tǒng)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)造了越來越優(yōu)越的條件。

   在儀器儀表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，儀器廠家過去都是以源代碼形式向用戶***智能虛擬儀器即插即用的儀器驅(qū)動(dòng)器，為了簡化最終用戶的使用*作與開發(fā)過程，不斷提高運(yùn)行 效率，以及編程質(zhì)量和編程靈活性，相關(guān)儀器廠家在VXI即插即用的總線儀器驅(qū)動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上作出了一套新的智能化儀器驅(qū)動(dòng)軟件規(guī)范，在虛擬儀器結(jié)構(gòu)與性 能上進(jìn)行了下述多方面改進(jìn)。

   首先，考慮要兼顧用戶的直觀、易用與盡可能提高運(yùn)行效率，并保持原來VXI總線即插即用標(biāo)準(zhǔn)的高層編程接口，以***相同的功能函數(shù)調(diào)用格式。

   其次，在***La***dows/CVI5.0內(nèi)建的開發(fā)工具基礎(chǔ)上，運(yùn)用智能化手段，使智能虛擬儀器（IVI）的儀器驅(qū)動(dòng)器代碼，可以在人機(jī)交互作用 下自動(dòng)生成，這樣既簡化了大量編程工作量，又統(tǒng)一了驅(qū)動(dòng)器代碼的編程結(jié)構(gòu)和風(fēng)格，還大大方便了不同水平用戶的使用和維護(hù)。

   再次，應(yīng)用一系列智能手法，識(shí)別、***和管理所有各種儀器狀態(tài)和設(shè)置，使用戶能直接進(jìn)入所有低層設(shè)置，并通過智能狀態(tài)管理，使用戶可根據(jù)需要，在“測試開 發(fā)”和“正常運(yùn)行”兩種模式之間隨意切換。在“測試開發(fā)”模式下，驅(qū)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(xiàn)各種編程錯(cuò)誤。當(dāng)程序調(diào)試正常投入 使用后，用戶即可切換到“正常運(yùn)行”模式，以使驅(qū)動(dòng)軟件高速運(yùn)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(yùn)行，盡可能提高其運(yùn)行效 率。

   另外，也由于采用了各種智能化方法，使驅(qū)動(dòng)器可實(shí)現(xiàn)多線程同時(shí)安全運(yùn)行，進(jìn)行多線程并行測試;同時(shí)，驅(qū)動(dòng)器還具有強(qiáng)大的仿真功能，可以在不連接實(shí)際儀器的情況下，開發(fā)測試程序。信息請(qǐng)登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)

   ***一個(gè)特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行只與測試功能相關(guān)，而與儀器采用的接口總線方式無關(guān)，只通過一個(gè)初始化函數(shù)InitwithOptions來區(qū)分儀器接口總線和地域的異用。

   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總線即插即用標(biāo)準(zhǔn)儀器驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行效率低，編程的結(jié)構(gòu)、風(fēng)格不一致，編程困難，質(zhì)量 低，工作量大，使用、維護(hù)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(xiàn)全面地統(tǒng)一運(yùn)行，顯示出智能自動(dòng)化技術(shù)對(duì)虛擬儀 器以***整個(gè)儀器儀表工業(yè)高速發(fā)展的深遠(yuǎn)影響。

（3）儀器儀表網(wǎng)絡(luò)化中的應(yīng)用

   由于儀器與計(jì)算機(jī)一旦組成網(wǎng)絡(luò)，即可憑借智能化軟硬件（諸如模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織和聯(lián)想記憶功能），充分發(fā)揮靈活調(diào)用和合理配置網(wǎng) 上各種計(jì)算機(jī)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(shù)字萬用表和示波器，通過因特網(wǎng)和模式識(shí)別軟件區(qū)別不同的時(shí)空條件和儀器儀表的類別特征以及測 出臨界值，作出不同的特征響應(yīng);也可使用分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)代替過去單獨(dú)使用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，以***可跨越以太網(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò)，實(shí)施遠(yuǎn)程測量和采集數(shù)據(jù)，并進(jìn) 行分類的存儲(chǔ)和應(yīng)用。

   網(wǎng)絡(luò)化的智能測量環(huán)境將網(wǎng)上各種類型，不同任務(wù)的計(jì)算機(jī)和儀器儀表有機(jī)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(shù)據(jù)后送往各種需要這些數(shù)據(jù)的 地方，把相同數(shù)據(jù)按需拷貝多份，送往各需要部門;或者定期將測量結(jié)果送往遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)庫保存，供需要時(shí)隨時(shí)調(diào)用。而多個(gè)用戶可同時(shí)對(duì)同一過程進(jìn)行監(jiān)控，例如各 部門工程技術(shù)人員、質(zhì)量監(jiān)控人員以及主管領(lǐng)導(dǎo)人員可同時(shí)分別在相距遙遠(yuǎn)的各地監(jiān)測、控制同一生產(chǎn)運(yùn)輸過程，不必***現(xiàn)場而又能及時(shí)收集各方面數(shù)據(jù)，進(jìn)行決 策或建立數(shù)據(jù)庫，分析現(xiàn)象規(guī)律。一旦發(fā)生問題，可立即展現(xiàn)眼前或重新配置，或即時(shí)商討決策，立即采取相應(yīng)措施。

   另外，智能重構(gòu)信息處理技術(shù)也將為儀器儀表創(chuàng)造更廣闊的***舞臺(tái)。結(jié)合了計(jì)算機(jī)與專用集成電路（ASIC）優(yōu)點(diǎn)的可重構(gòu)計(jì)算機(jī)，不僅要根據(jù)不同的計(jì)算任務(wù) 對(duì)大量的可編程邏輯單元陣列（FPGA）作出靈活的相應(yīng)配置，其指令級(jí)、比特級(jí)、流水線級(jí)以***任務(wù)級(jí)的并行計(jì)算，使其運(yùn)行速度達(dá)到通用計(jì)算機(jī)的數(shù)百倍以 上。

   綜上所述，隨著智能自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的日益深入及應(yīng)用范圍與規(guī)模的不斷擴(kuò)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。