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智能仪器仪表发展的主要技术与展望

发布时间:2022-06-30 02:21:50 作者:英超在线直播 来源:英超直播点击量:24

  摘要:近年来,仪器仪表是工业领域中重要的信息传达工具之一,随着智能 自动化技术的高速发展,仪器仪表设备逐渐向智能化自动化方向发展。在此发展 过程中,工业领域的相关技能操作要求、设备安全要求等也受到了一定的影响, 行业内各领域设备的智能化水平随着仪器仪表设备的发展也得到了较大幅度的提 升。但是,随着我国工业发展的技术进步,部分原始材料的需求量急速下降,风 能等环保新能源材料的使用量急速上升,为了迎合该类工业的发展,智能自动化 仪器仪表设备也需要做出相应的改动,从而实现智能自动化的工业发展。

  微处理器在 19 世纪 80 年代得到了最早的发展,它们被大量应用在仪器仪表 中,之后面板开始变得键盘化,也变得有更为全面的功能。随着 IE488 总线被大 量使用,很多系统围绕其结构进行了测量系统的构建,在 20 世纪 90 年代开始, 由于微电子技术的快速发展,仪器仪表开始朝着智能化的方向发展,改变了仪器 仪表的设计。而在 DSP 软件被大量研发之后,未处理的数字信号处理能力有了明 显的增强,同时,微处理器依靠不断增长的运算速度,让仪表不再只是一个数据 显示器,而是拥有了非常强的数据分析能力,在图像处理能力上也有了明显的提 升。近些年智能化测量技术有非常快的发展,在市场上出现了很多不同的智能化 仪表,包括智能节流式流量设计等等,能够让仪表实现智能化的控制。智能温度 控制系统能够自动控制温度;智能调节器则能够根据复杂的参数变化规律进行控 制;智能化色谱系统可以有效地对各种色谱进行分析,整体而言,很多不同功能 的智能化仪表大量出现,在一些设备应用过程中提高了设备的工作精度。智能化 系统的灵活性和准确性让仪器设备可以做出正确的调整,让仪器在工作中可以始 终保持最好的状态。随着仪器的研发,智能仪器仪表正在成为发展的主流,显现 出了低污染、高投入、高技术的特点,适应了很多不同方面的需求。很多行业通 过使用智能仪表都确保了快速获得信息并且传输,也能保证工作过程中的精度。

  随着智能化与工业设备的高度融合,现代智能自动化机械设备的应用范围逐 渐增大。目前,在仪器仪表中引入现代智能自动化技术主要是指借助微型计算机 技术和相应的传感器等,使得仪器仪表获得智能自动化操作的能力,同时增设标 尺、融点等诊断设备,促使仪器仪表实现智能化、安全化。在原有的仪器仪表硬 件上装配该类智能化设备,不仅能够提升仪器仪表的工作性能,改善工作人员的 监测环境,提高监测智能,还能借助网络系统实现全面的信息传递和数据分析。

  智能自动化仪器仪表与传统的仪器仪表在组成要素上有着较多差别,传统的 仪器仪表主要以硬件零件为组成要素,在操作过程中需要大量的人工干预操作。 而智能自动化仪器仪表则是将硬件与软件有效的结合在一起,借助大数据操作系 统、智能传感设备、微型计算机技术等软件设备,在完成基础硬件设备安装的同 时引入相应的软件设备装配。此外,智能自动化仪器仪表除了需要安装相应的信 息处理系统外,还会安装专业的安全防护系统,以及自主检测系统,以便在出现 微小装置程序错误时可以完成自主调配,保证仪器仪表装置的安全性。

  智能自动化仪器仪表的中心处理器主要由微型计算机和人工智能技术构成, 所涉及的应用领域极其广泛,在仪器仪表运行过程中操作人员就可以通过网络平 成相关数据信息的传送和分析。目前,受到我国重点发展工业的影响,智能 化仪器仪表主要应用于煤炭、钢铁等部分重型工业领域,同时还可以应用于轻工 业领域。为了进一步提升重工业领域的仪器仪表监测效率,改善工作人员的监测 环境,智能自动化仪器仪表在该类工业领域的应用范围极其广泛,同时,为了在 保证工业生产达标的基础上满足国家环保节能政策的要求,相关技术人员还需要 对仪器仪表做出相应的调整,需要根据工业领域的不同增减相应的软件设备。

  仪器仪表的主要作用在于获得和显示信息,或者将一些数据的分析结果在屏 幕上显示,随着屏幕技术的发展,仪表变得不再有单独的显示器或者表盘,而是 朝着虚拟化的方向发展。计算机是可以获得相应的数据,然后针对仪表进行 UI 设计,将仪表的显示功能集成到计算机当中,也就是实现虚拟一起的构建。PC 和 仪器仪表本身就能公用很多硬件系统,只需要不同的软件就能够完成不同种类的 信息显示,通过不同的仪表与计算机连接,就能实现测量的需求。所以,仪表的 核心不在于硬件系统,而是仪表的软件系统,而计算机的运算能力将会成为仪表 对数据处理能力的一部分。虚拟化仪表让仪表通用性更强,而且增加了仪表的拓 展性,在仪表使用过程中有非常大的优势,和传统的仪器仪表相比,虚拟仪器仪 表的应用前景更加广阔。

  互联网在近些年发展迅速,让很多工作都变得更快捷,目前互联网也开始朝 着智能仪器仪表的领域渗透,智能仪器仪表增加联网功能实现了远程操控,而且 也能对仪表进行远程的操作系统升机、软件维护等等,降低了仪器仪表的维护成 本。对仪表进行系统编程,软件控制的仪表在功能上更加完善,开发商也能够远 程对仪表进行升级。利用互联网能够更有效地了解仪表的工作状态,包括电子系 统的逻辑组态等等,让仪器仪表的软件水平能随着技术发展共同升级。软件技术 的革新能让仪器仪表变得更有扩展性,使仪表能够接收很多不同的数据,二通过 刷电路板,可以在经过不是很复杂的编程之后就能够得到功能相对齐全的系统。 针对 PC 客户端,使用嵌入式的系统进行处理,也能够实现网络化的功能,实现 对数据的远程采集和储存。

  在对信号中的各个频率的成分进行分析的时候,就要运用到频谱分析仪,其 是在频域测量中十分关键的仪器,不但测量的范围广并且其测量的幅度也很大, 所以被称之为射频万用表。把数字滤波技术和离散傅里叶算法等相关的数字信号 处理技术运用到频谱分析仪器中,促使其能够朝着数字化的方向发展,目前已经 在这个领域中获取了很大的成绩。和模拟式频谱分析仪相较,快速傅里叶变换式 的分析仪能够进行实施的检测与分析,不过在实际运用过程中经常会因为模数转

  换的制约,因此工作的频段比较低。要想频段不会遭到制约以及实施测量,则就 能够运用模拟和数字相融合的频谱分析仪,这种分析仪有着很高的性能。所以, 数字信号处理技术在一定程度上提升了频谱分析仪的相关性能。

  示波器在最初的定性测量上发展成为了目前的精密定量测量电子仪器,并且 逐渐的数字化以及半智能化。示波器有很多种,其中具体包含了处理数字储存示 波器,多处理数字储存示波器以及模拟和数字混合示波器等等。不过不管是哪种 示波器,对其性能进行明确的都是使用的技术水平,技术和理论知识相辅相成共 同发展。理论知识是技术的指导,而技术在实践中让理论能够被证实。除此之外, 对内插技术方面也有很多,经常见的有正弦内插以及线性内插等等。由于只有在 发出信号之后会有扫描锯齿波,因此模拟示波器只能够检测到其出发点之后的信 号波形,被观察到的信号在数字储存示波器中经常是先储存在采样储存器内,然 后再依据实际中相关的需要把采样储存器中的特定信号波形发送到显示窗口并且 显示出来,从而就能够对出发点的位置进行改变,这就是正延迟以及负延长触发。 之后就能够对任何位置的波形进行观测,若所要观测触发点之前的波形就运用负 延迟触发,若是要观测触发点以后的波形就要运用延迟触发的方式。

  智能仪器仪表的发展和很多相关技术发展有着密切的关系,在发展的过程中, 仪表拥有了更全面的功能和扩展性,通过和计算机技术结合让仪表在一些特殊场 景也能被充分应用,软件水平的提升使一起仪表获得了更广泛的功能。

  [1]赵丰义.我国装备制造业技术创新路径优化研究[M].中国社会科学出版社, 2010.

  [2]孙理军.中国低技术制造业的发展与创新研究[M].中国地质大学出版社, 2010.