山东省计量科学研究院 山东省济南市 250014
摘要：随着工业发展水平不断提升，对仪器仪表的性能要求也在与日俱增。为适应时代发展要求，现如今国内仪器仪表在不断发展下已有了较大规模，并且智能化程度也在不断提高。本文阐述国内智能化仪器仪表现状，分析发展前景以供参考。
关键词：仪器仪表；智能化；现状；趋势
引言：近三十年来，微电子、计算机、精密机械以及网络技术等现代科技快速发展，极大的改变了工业生产整体面貌，现代化的智能化仪器仪表为现代工业发展提供了良好助力，而本世纪纳米级机械研究、分子研究、基因生物学研究、高精密特种材料研究以及全球网络技术等又促使仪器仪表获得了根本性变革，取得了一系列成果，又促进了工业现代化发展。
1、智能化仪器发展现状
1.1硬件功能软件化
现代微电子技术不断发展使微处理器性能不断提升，在价格上也日益降低。在这种情况下，各种仪器仪表对未处理其的应用日益普遍，一些按传统设计来讲需要硬件实现的功能可以由软件完成，例如一些难以通过硬件电路解决的问题，可以通过软件编程实现功能性。数字技术也在不断发展，数字信号可以通过高速处理器进行快速有效处理，不止提高了效率，精确度也在不断提升。同时，数字信号处理技术的发展和高速数字信号处理器的广泛采用，也极大地增强了仪器的信号处理能力。今后仪器设计，倾向于AD(或者DA)+CPU+软件的方式，并且软件占比在不断增加。
1.2集成化
如今，各种模块化的设计让现代仪器仪表有了更多扩展可能，硬件组成上也更加简洁。例如在实际工作中可能需要测试某项功能，但是仪器本身并没有这种功能，如果使用传统设计的仪器，则无法完成这项工作，而现代的模块化仪器仪表则可以通过增加硬件模块再以对应软件控制即可实现这一功能。在仪器设计中，可以采用EDA、CAM、CAT、DSP、ASIC等现代技术，这些技术为仪器仪表进一步提高模块化、集成化程度提供了技术基础。
1.3参数调整实时化
如今各种各样的现场可编程器以及在线编程技术在不断发展，一些现代仪器仪表的实际参数设计甚至包括结构上的设计都可以在系统设计完成后再确定，如今技术已经可以实现在现代仪器的使用现场进行实时的置入以及动态修改等工作，并且可以对参数进行在线实时动态修改。这样一来，不止提高了结构设计上的灵活性，也能够确保后期只要仪器软件系统跟随时代发展要求更新升级即可完成更新换代，不必每次更新换代都要升级硬件。
1.4硬件通用化
现代化的智能化仪器仪表更加注重软件作用，通常情况下只需要选配一些有共性的仪器硬件就能组合成可以搭载一些软件实现软件相关功能的通用硬件平台。在这一平台下，搭载不同的软件能够使硬件平台成为具备不同功能的系统。在通用接口的支持下，也也方便进行二次开发，使可实现的功能更加灵活多样或者个性化。一般情况下，仪器仪表有3部分：数据采集、存储分析与处理、输出或显示。传统仪器生产会由仪器厂家将能够实现这些功能的部件按实际用途进行组建，在此情况下仪器功能性具有很强针对性，也因此具有很大局限性、相对较窄的适用性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆智能化仪器则采用了模块化设计，是由通用接口的硬件模块组成，以专业的软件实现各类所需功能，组合成需要的仪器，也可以调整软件实现整体功能的转变，硬件具有很强的通用性，适用范围更广。
2、智能化仪器发展趋向
在实现了仪器和微处理器的有效结合后，传统仪器所需的笨重硬件被精巧、小体积的现代硬件设备取代，在结构、操作面板上都有很大优化，人机交互更加顺畅，开关、调节旋钮不断减少，功能增加，自动化代替了很多以往复杂的人工操作控制。如今，智能化仪器正表现出如下趋向：
2.1虚拟化
以测量仪器为例，主要是由数据采集、分析和显示等部分组成，在现代虚拟现实技术下，所需进行的数据分析以及显示功能是由PC机软件完成的。这一情况下测量仪器系统只需要数据采集硬件+PC机两部分即可实现正常运转。这类以PC机为基础的测量仪器就是虚拟仪器的一种。应用虚拟仪器后，通用化的硬件系统能力进一步提高，用不同的软件编程，可以实现不同功能，满足不同测量需要。软件系统的进一步发展是实现虚拟仪器技术的核心，可以预见“软件即是仪器”的时代终会到来。和传统智能化仪器设备相比，传统技术是在仪器技术中使用一些计算机技术，虚拟仪器是通过计算机技术吸收仪器技术。虚拟仪器其重要的核心软件具有很强的通用性、可扩展性，方便更新升级，其优势明显，具有很大市场。
2.2网络化
现代网络技术正在对各行各业进行渗透，智能化仪表也在探索、提高网络化应用程度，研究的主要方向为实现通讯功能、智能化系统远程升级功能、重置以及系统维护等。以系统编程技术(ISP)为例，这一技术能够对软件做出修改、组态甚至重组，它可以在产品设计、制造的各环节，甚至在产品已经出售给用户后对仪器器件、电路板乃至整个系统逻辑运算以及仪器各类功能进行组态、重组。ISP技术在一定程度上使传统技术限制性、一些连接问题得到有效解决，其硬件灵活性高，也很方便软件修改，对于设计开发工作、现代仪器的制造与编程工作提供了良好支持。
2.3人工智能化
以计算机系统实现类似于人脑的智能化系统，是现代智能技术的研究方向之一。智能化仪器未来有望发展出具有一定人工智能的控制系统，具备人类所具有的图形以及色彩分辨能力、语言接收与学习能力、判读、联想能力等。人工智能技术能够改变机械电子设备生硬、只会按固定程序执行命令的现实问题，能够进一步减少人工操作，并具备良好的判断能力，提高仪器仪表的适用性，使仪器仪表具备自适应能力、智能应急处理能力等。
3、开发前景
从当前来看，智能化仪表在世界上具有广阔的市场，国外仪器设备市场、微处理器应用水平都在保持高速增长，我国仪器开发、生产受起步晚影响技术水平相对较低，但发展势头迅猛，市场广阔。智能化仪器是仪器仪表市场主导产品之一。
现如今智能仪器仪表设备众多，开发必须遵从市场情况，按需开发，注重应用面，避免市场狭窄，提高仪器仪表的适用范围。例如在建筑工程中测量荷载、变形等情况并能够提供合理建议；农业上测试农药残留、粮食干湿度，土壤情况、饲料成分、肉类鲜度等。另外在医疗、汽车、生物芯片领域也有很好发展前景。随着智能化程度不断提高，仪器仪表必然可以应用于更广阔的领域，有更强的功能性与扩展性，国内研发、生产水平也会不断提高，参与世界市场竞争。
结语
现代化的仪器仪表往往具有智能化特征，在时代不断进步，科技不断发展的当今社会，智能化仪器正在不断提高技术含量，变得更加精巧化、多功能化、大众化、方便化、模块化。相信在不就的将来，智能化仪器仪表必将更加智能、便捷，应用于更广的领域，为相关行业发展提供良好支持。
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论文作者:赵道林
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/28
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