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          智能儀器儀表發展的技術與趨勢

          智能儀器儀表發展的技術與趨勢

          • 分類:趨勢分析
          • 作者:
          • 來源:
          • 發布時間:2022-06-06 07:21
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          【概要描述】

          智能儀器儀表發展的技術與趨勢

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          智能儀器儀表發展的技術與趨勢

           

          繼模擬儀器、數字儀器以及分離儀器之后,儀器儀表進入到了智能發展的時期。儀器儀表早已不再是過去傳統的且簡單的硬件實體技術了,已經成為了儀器(硬件)與微處理器(軟件)的相互融合。智能儀器儀表的發展,使得儀器儀表在測量數據的同時,也對數據進行了相應的分析與控制,為其普遍的應用奠定了堅實的基礎。同時,智能儀器儀表的發展不僅使得相同結構的儀器更加的靈活,更是實現了可重新配置的目的,提高了使用效率,降低了生產成本。

          1 智能儀器儀表的發展現狀

          據相關資料統計:我國智能儀器儀表行業的規模、出口量正處于逐年上升的態勢中。誠然,即使是如此龐大的生產大國終究不能成為創新大國,與西方國家地區的儀器儀表的生產水平、科研投入、創新能力以及制造技術方面始終存在著較大的差距。就以智能儀器儀表中的新技術在線分析儀器來說已經出現了幾十年,而我國卻在近些年來才提出這一概念。近些年以來,在我國已經注冊成立的儀器儀表企業少則上千家,多則上萬家且數量依然在逐年的遞增著。但在如此數量規模龐大的儀器儀表企業中,真正研發在線分析儀器的企業僅僅只有幾十家而已,更多依賴的是從國外進口的產品彌補這一空缺。

          隨著經濟與社會的不斷發展、國家綜合能力的提升以及社會需求的不斷發展,在線分析儀器已經被應用到了人們日常生活中的各個方面,如水質、空氣的檢測方面,也在工業生產中逐漸地得到了應用。在過去,我國對空氣質量的檢測還沒有達到現在的水平,而隨著 PM2.5,霧霾天氣以及酸雨現象的出現,對各種氣體含量的檢測都有了十分嚴格的要求,但傳統的樣本采集以及通過實驗室的檢測方式已經無法滿足現代社會發展的基本需求了,這時,利用在線分析儀器對相關數據進行檢測就顯得尤為重要。

          20 世紀 80 年代之后我國科學技術的不斷發展為在線儀器分析技術帶來了新的前進方向與發展動力。1985 年四川分析儀器廠掛牌成立,主要從事儀器在線分析應用研究;1992 年我國第一個在線分析儀器工程部門在四川省注冊成立,開始對在線分析儀器新專業研究,并建立了分析系統,其開發的 PS1000系列成為了我國最早的在線儀器分析成果;2007 年,第二屆在線儀器分析儀器國際論壇會在北京順利召開,標志著在線分析儀器進入了關鍵發展的階段,并逐漸向著正規的道路不斷發展。

          2 智能儀器儀表發展的技術

          2.1 傳感器技術

          在智能儀器儀表中最基本的功能就是對數據的收集與處理。所以,傳感器技術的發展與數據的收集與處理之間是密不可分的,也可以說傳感技術是智能儀器儀表發展的基礎。隨著智能儀器儀表的不斷發展,用戶對尺寸、成本、性能,以及可靠程度都有了不同的要求,這更多借助的是 MEMS 的發展來逐漸地提高著智能儀器儀表的使用效率。

          MEMS 具有以下幾個方面的顯著性特征:體積小。小型的 MEMS 通常在毫米至微米的范圍之內,而一些最小的配件的尺寸的單位為幾毫米甚至是更小。微電子與微機械技術的發展將智能儀器儀表帶入了一個全新的發展領域。

          從目前的情況來看,小型化的 MEMS 儀器也可以完成對相關數據的采集與處理。多樣化。截止目前范圍內,在全世界各個國家內研究與開發 MEM 技術及生產工作的企業已有數千家之多,在這里不乏一些穩居世界 500 強的企業,其所生產出來的一些產品已經被廣泛應用到了工程、商業等的行業之中,如微型壓力傳感器、噴墨打印頭、加速度計、數字顯微鏡及顯微器,這些產品的出現不僅是在產品的類型方面呈現出了多樣化的趨勢,其使用功能也在不斷完善的過程中。

          2.2 嵌入式系統

          當下,軟件技術的不斷進步推動了智能儀器儀表的快速發展,智能儀器儀表也被引入了更多的新的功能。眾所周知,智能儀器儀表設備由不同的系統組成。其中通過嵌入式系統的作用,對模塊中的數據進行協調與設計,并在他們之間建立連接,進而幫助用戶解決問題。嵌入式系統在結合智能儀器儀表中的硬件與軟件技術優勢的同時,節約了開發成本,簡化了儀器設備。

          比如智能儀器儀表發展的主要方向是小型化,而嵌入式系統便可以在智能儀器儀表設備的小芯片上形成其所需要的功能,減小產品的尺寸,降低功耗以及增加集成度。這樣一來不僅滿足了智能儀器儀表小型化的基本要求,還為其提供了更加便捷的功能,增強了生產力與科學技術發展之間的內在聯系性。畢竟嵌入式系統為智能儀器儀表的發展提供了新的思維方式與設計理念,它可以幫助設計人員在有限的設計空間內實現對產品的優化與升級,有效避免了由于硬件與軟件在技術的獨立性導致的智能奇異儀表設計方面的缺陷,筆者也堅信,智能儀器儀表的發展始終離不開嵌入式系統的幫助。

          2.3 數模轉換技術

          為了滿足智能儀器儀表發展的基本需求,數模 A/D 轉換技術的性能也在逐漸地提高著,其中轉化速度與精度的提升也已經成為了智能儀器儀表發展的新方向。其中,數模 A/D 轉換技術中的高轉速速度不僅在智能儀器儀表的發展中發揮著極其重要的作用,同時還對數據的采集與信息處理有著特別高的要求。在利用傳統的儀器對數據進行檢測的過程中,被測量數據的變化過程總是特別短暫的,為了可以延長被測量數據的變化情況,在這方面數模 A/D 轉換技術有著很大的優勢。隨著工業行業領域的不斷發展,智能儀器儀表軟件技術中對軟件技術的分辨率也在不斷地提高,比如小型儀表中的可測量值以及高精度測量都在不斷地減小,因此,數模 A/D 轉換技術內的分辨率更應當不斷地增加。

          2.4 網絡通信技術

          隨著智能儀器儀表的發展網絡與通信技術在其中占據了舉足輕重的位置,而各行業領域的發展更離不開的是網絡通信技術,智能儀器儀表的發展自然也就與網絡通信技術之間有著密不可分的聯系。在傳統的儀器儀表發展過程中都是通過工作人員手工接線纜的方式來完成鏈接的,這種手工鏈接的方式不僅對儀器儀表設備的布置位置、線纜的深度都有著極高的要求,同時還增加和提高了儀器儀表的使用成本與維護難度。

          如今,在網絡技術幫助下的智能儀器儀表徹底解決了這一問題,具體體現在以下三個方面:智能儀器儀表上線便可以完成對數據的傳輸;實現了員工控制與故障診斷;完成了網絡化測試系統的構建。將不同的設備通過網絡通信技術實現了資源與信息的共享,通過網絡通信技術的協作,完成對大型復雜系統的測試任務,借助網絡通信技術的智能儀器儀表,具備了科學與高效的信息處理能力,因此,網絡通信技術也成為了智能儀器儀表的重要組成部分之一。

          3 智能儀器儀表的發展趨勢

          3.1 儀器儀表將會更進一步的智能化

          隨著科學技術的日新月異,智能儀器儀表中的軟件技術逐漸地優化了傳統儀器儀表的性能與結構。智能儀器儀表的產生實現了代碼的自動生成,節省了更多的人力、財力及物力的使用,大大的減輕了工作人員繁重的工作任務。儀器儀表更進一步的智能化還會使程序及應用的維護更加的方便。在此背景下,智能儀器儀表還可以實現對儀器狀態的動態跟蹤,用戶還可以自主地對其進行設置,對其中存在的問題也可以得到及時的解決,確保了智能儀器設備的穩定性與安全性,全面地提高了儀器的運行效果。

          3.2 實現更快、更強、更節能的目標

          與傳統的儀器儀表相比,智能儀器儀表將會在未來時期內資源需求大、物理成本消耗高等的問題上進行不斷地改進與優化。在對促進環境保護的前提下,提高檢測的效率;在智能化的技術上,突破對目標數據測控量的控制,通過自動化檢測形成高效與科學的測控系統,消除由于人為原因帶來的誤差,使智能儀器儀表可以實現更快、更強、更節能的目標。

          3.3 促進智能儀器儀表的全方位發展

          科學技術的不斷進步為智能儀器儀表的發展提供了更加廣闊的發展空間。智能儀器儀表內的測量網絡控制,不僅提高了企業的生產效率,實現了資源的共享。當然了,這也是智能儀器儀表設備的主要發展方向。除此之外,利用現代工業化手段來推動智能儀器儀表的發展,還提升了智能儀器儀表的創新能力與水平,促進了軟件技術系統的開發。因此,智能儀器儀表將會在未來的時期內實現更加全方位的發展。

          4 結語

          綜上所述,智能儀器儀表是傳感器技術、嵌入式系統、數模轉換技術以及網絡通信技術的相互結合,隨著經濟與社會的不斷進步,我們可以預料到各種功能的智能儀器儀表將會得到更加廣泛的應用。

          參考文獻(略)

          作者:姜紅  付云鵬

          來源:《科技經濟導刊》

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