第1章 智能仪器绪论

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1、教材：智能仪器仪表清华大学出版社，（2007年1月）上课地点：周一2101（3-4）周五2101（3-4）智能仪器门捷列夫：“科学是从测量开始的”钱学森：“新技术革命的关键技术是信息技术。信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。测量技术是关键和基础”智能仪器智能仪器课程框架数据采集集成设计基本型智能仪器人机接口与通信数据处理软件设计方法可靠性与抗干扰技术可测试性技术设计原则步骤与实例虚拟化、网络化仪器第一章绪论仪器发展概况1.1智能仪器发展趋势1.2分类、组成和特点1.3设计要求、原则及步骤1.4本章内容1.智能仪器的发展过程3.智能仪器的设计调试步骤重点：2.内嵌式智能仪器

2、的基本组成和各部分功能返回1.1智能仪器发展概况仪器仪表是信息获取的手段、是认识世界的工具，是一个系统或装置。最基本的作用：是延伸扩展补充或代替人的听觉、视觉、触觉等器官的功能。测量仪器，分析仪器，生物医疗仪器，地球探测仪器，天文仪器，航空航天航海仪表，汽车仪表，电力，石油，化工仪表等，遍及国民经济各个部门，深入到人民生活的各个角落。1.1智能仪器发展概况★几何量：长度、角度、形貌、相互位置、位移、距离测量仪器等★机械量：各种测力仪、硬度仪、加速度与速度测量仪、力矩测量仪、振动测量仪等★热工量：温度、湿度、流量测量仪器等★光学参数：如光度计、光谱仪、色度计、激光参数测量仪、光学传递函数测

3、量仪等。1.1智能仪器发展概况★电离辐射：各种放射性、核素计量，X、γ射线及中子计量仪器等。★时间频率：各种计时仪器与钟表、铯原子钟、时间频率测量仪等★电磁量：交、直流电流表、电压表、功率表、RLC测量仪、静电仪、磁参数测量仪等★无线电参数测量仪器：如示波器、信号发生器、相位测量仪、频谱分析仪、动态信号分析仪等1.1智能仪器发展概况仪器科学的发展很重要仪器仪表是：国民经济的“倍增器”科学研究的“先行官”现代战争的“战斗力”法庭审判的“物化法官”1.1智能仪器发展概况1.1智能仪器发展概况王大珩院士：“能不能创造高水平的科学仪器和设备体现了一个民族、一个国家的创新能力。发展科学仪器设备应当

4、视为国家战略”1.1智能仪器发展概况英国著名科学家H.Pavy曾经明确指出：“Nothingbegetsgoodsciencelikedevelopmentofagoodinstrument”（发展一种好的仪器对于一门科学的贡献超过了任何其他事情）1.1智能仪器发展概况美国能源部杰出科学家R.F.Hirsch博士在一篇获奖演说中指出：“由新工具开创的科学新方向远比由新概念开创的科学新方向要多。由概念驱动的革命影响是用新概念去阐明旧事物。而由工具驱动的革命影响是去发现需要阐明的新事物”1.1智能仪器发展概况1.智能仪器发展a数据处理（过去）；模糊判断、故障判断、容错技术、传感器融合、机件寿

5、命预测。含有微计算机或微处理器的测量仪器，拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定的智能作用。下页上页功能返回b知识处理（目前）；体积庞大，功能单一，价格昂贵，开放性差，响应速度慢，精度低。2.各个时期的发展典型仪器万用表、电子示波器、信号发生器等磁电式和电子式模拟仪器仪表特点下页上页返回50年代仪器的功能用硬件实现，几乎没有软件的介入，完全由生产厂商在产品出厂前定义好，测量结果用指针显示。模拟式（指针式）仪器。2.各个时期的发展典型仪器数字电压表、数字功率计，数字频率计基本工作原理下页上页返回60年代数字式仪器在测量过程中将模拟信号转换为数字信号，测量结果以数字形式

6、显示和输出特点读数清晰，响应速度快，精度高随集成电路的出现，以集成电路芯片为基础。2.各个时期的发展特点测量范围宽、精度高、稳定性好。智能仪器一般均配有GP-IB（或RS-232C、RS-485）等通信接口，可跟另外的智能仪器组成智能仪器系统功能下页上页返回70年代微处理器的出现和广泛应用,产生以微处理器为核心,将计算机技术与测量仪器相结合的仪器.可根据被测参数的变化自动选择合适的量程，进行自动校准、自动补偿、自动判断故障、优化控制等，具有一定的人类智能作用。独立式智能仪器（简称称智能仪器）2.各个时期的发展基本工作原理下页上页返回80年代初将仪器中的测量部分配以相应的接口电路组成各种仪

7、器卡，插入到PC机的插槽或扩展槽内，以个人计算机为基础组成的智能仪器。将传统的独立仪器与计算机的软件硬件资源相结合，利用PC机的硬件和软件资源完成数据分析和显示，仪器卡完成数据采集，具有较高的性价比。特点可充分发挥计算机的效能，灵活方便、标准化程度高、扩展性好。个人仪器（PC仪器）2.各个时期的发展下页上页返回80年代后期虚拟仪器（VirtualInstrument）虚拟仪器以通用计算机为基础，加上特定的硬件接口设备和为实现特定功能