摘要：智能仪器就是将智能的理论、方法和技术应用于仪器中，使其具有智能功能、智能特性的仪器。为了有效的实现智能功能、智能特性，该类仪表在一般情况下，都会使用嵌入微处理器的系统芯片或者数字信号处理器、集成专用电路，其内部均携带有很强处理能力的智能软件系统。
关键词：智能仪器，发展趋势，
一、智能仪器设计原则和研制步骤
智能仪器的研制开发是一个较为复杂的过程。为完成仪器的功能，实现仪器的指标，提高研制效率，并能取得一定的研制效益，应遵循正确的设计原则、按照科学的研制步骤来开发智能仪器。
1. 技术（经济）指标及功能要求
主要技术指标：精度、分辨力、测量范围、工作环境条件、稳定性。经济指标：研制投入、市场价格、需求量、利税、节能。应具备的功能：输出、人机对话、通信、报警提示、仪器状态的自动调整等。
2.可靠性要求
仪器可靠性是最突出也是最重要的性能。直接影响测量结果的正确与否，将影响工作效率；仪器信誉；在线检测与控制类仪器更是如此，由于仪器的故障造成整个生产过程的混乱，甚至引起严重后果。应采取各种措施提高仪器的可靠性，从而保证仪器能长时间稳定工作：可靠性设计与实验、硬件可靠性设计、软件可靠性设计、EMC设计。
仪器所用元器件的质量和仪器结构工艺是影响可靠性的重要因素，故应合理选择元器件和采用在极限情况下进行试验的方法。所谓合理选择元器件是指在设计时对元器件的负载、速度、功耗、工作环境等技术参数应留有一定的余量，并对元器件进行老化和筛选。极限情况下的试验是指在研制过程中，一台样机要承受低温、高温、冲击、振动、干扰、烟雾等试验，以保证其对环境的适应性。采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。
3. 便于操作和维护
易操作性：在仪器设计过程中，应考虑操作方便，尽量降低对操作人员的专业知识的要求，以便产品的推广应用。仪器的控制开关或按钮不能太多、太复杂，操作程序应简单明了，从而使操作者无需专门训练，便能掌握仪器的使用方法。
可维护性：智能仪器应有很好的可维护性，为此，仪器结构要规范化、模块化，并配有现场故障诊断程序，一旦发生故障，能保证有效地对故障进行定位，以便更换相应的模块，使仪器尽快地恢复正常运行。
4. 工艺结构与造型设计
仪器结构工艺：是影响可靠性的重要因素，首先要依据仪器工作环境条件，是否需要防水、防尘、防爆密封，是否需要抗冲击、抗振动、抗腐蚀等要求，设计工艺结构。
仪器的造型设计：总体结构的安排、部件间的连接关系、面板的美化等都必须认真考虑，最好由结构专业人员设计，使产品造型优美、色泽柔和、外廓整齐、美观大方。
二、现代科学仪器的发展趋势
1.电子设计自动化（EDA）将简化仪器硬件设计
现在用于科学仪器的电子产品硬件品种繁多，设计复杂。大规模可编程逻辑器件FPGA和CPLD的出现以及EDA设计工具的普及，使复杂的科学仪器硬件设计变得简单，传统的“固定功能模块+连线” 的硬件设计方法正在逐步退出历史舞台，而基于芯片的设计方法正在成为科学仪器电子系统的设计主流。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆利用大规模可编程逻辑器件、EDA设计工具和基于芯片的设计方法进行仪器硬件设计，可以在短时间内完成复杂的设计任务。未来的基于微机的测量仪器将简化为数据采集（DAS）、任意波形产生（AWG）和阵列开关网络3部分组成，借助于软件对它们按一定的算法进行控制组合，就可以满足不同领域的测量要求。这种通用仪器（Generic Inst rument）将是测量仪器追求的目标之一。
2.软件技术将成为仪器智能化的关键
虚拟仪器的出现与发展使人们看到软件技术在仪器设计中的重要性。美国N I公司提出软件就是仪器（Sof tw are Is Inst rument）。目前市场上流行的科学仪器软件开发平台LabV IEW、V EE、LabWindow s /CV I等将进一步发展完善，而虚拟仪器软面板、测量仪器的控件、信号处理与分析、虚拟测量平台、智能虚拟仪器驱动器、工业自动化等专用软件将不断涌现，丰富了科学仪器研制与开发的软件库。通过数字信号处理（DSP）技术来增强仪器的检测能力，而仪器的智能化将通过智能软件技术（如测量仪器的自诊断、故障自动定位、自修复、自适应于测试环境等）来实现。
3.科学仪器将进一步趋于小型化、微型化和大众化
大规模集成电路的发展和基于芯片的仪器设计将使仪器趋向小型化、专门化，操作简单化。整个发展趋势可表示为：实验室仪器→移动式→便携式→手持式→芯片实验室（lab-on-a-chip）。科学仪器的微型化和个人化将使科学仪器的应用更为普及（大众化），也将改变许多领域传统的实验室样品测试分析方式，把实验室拎着走，进而发展成掌上实验室!
4. 网络化是现代科学仪器发展的趋势
网络技术发展迅速，基于Internet的科学仪器将为用户远程访问提供方便。用户已可以通过HT TP协议远程控制和访问测量仪器系统，可进行远程排错、修复和监控测试。基于Inter net的分布式虚拟实验室将完成远程医疗诊治病人、虚拟太空测试实验、虚拟海底测试实验，也将为科学仪器的设计与使用带来许多意想不到的新思路。在测量领域，为了更好地利用分布广泛的计算机网络资源，最近推出了IEEE 1451. 4建议标准，该标准的主要目的是使智能传感器（Sma rt Transducers）可以方便地连接到Internet资源上并具有即插即用（Plug-and-Play），简化仪器系统的建立和维护，只用最少的存储器实现智能传感器等功能，还可以提供一个传统仪器与智能混合模式传感器的桥梁，这将使人们的生活更容易。Cro ssNet网络利用蓝牙（Bluetooth）无线协议通过无线连接传感器到Internet上，这种技术将是现代科学仪器未来发展的一种重要趋势。
虚拟实验室（Virtual Lab，V Lab）的概念则是近几年在因特网迅速发展的今天才提出来的，人们想通过虚拟现实（Virtual Reali ty，V R）技术来操作和控制远程实验室内昂贵的科学仪器，科学家可以通过V Lab进行科学研究，大学生们也可以通过V Lab来共享资源有限的实验室，这种梦想即将变成现实，其发展和应用前景十分广阔。美国的N I提出软件就是仪器的口号，实际上虚拟仪器的概念就是在计算机上扩充科学仪器专用的软硬件，也可以说计算机就是仪器。因特网的扩展和广泛使用，利用因特网进行遥测遥控，协同研究，网络已遍及世界各地，网络化的测试与控制将给人们带来极大的方便。科学仪器未来的发展，网络化仪器已成必然，或者说，网络就是仪器! 虚拟实验室的实现基础是虚拟仪器和因特网，其关键则是网络软件和虚拟现实技术。
三、结束语
伴随着微电子技术、测量控制技术、计算机技术和通信技术等技术不断的进步和彼此渗透，更加有效地促进了智能仪器的迅速发展，智能仪器仪表因为其体积小、功能强、功耗低等优势，也迅速在家用电器、工业生产、科研系统等得到了有效运用。可以预见，在不远的将来，各种功能的仪器仪表会广泛地使用在社会的各个领域。
参考文献：
[1]林伟. 典型机电一体化系统及应用[M]高等教育出版社
[2]芮延年． 机电一体化系统设计[Ｍ]． 北京：机械工业出版社，2004．
论文作者:曹源
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/8/14
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