自動測量儀器及測試系統(tǒng)發(fā)展概況
),男自動測量設(shè)備,江蘇阜寧人,上海儀器儀表研究所高級工程師,中國管理科學(xué)研究院特聘研究員,主要從事儀器儀表和計算機應(yīng)用研究。),男,上海人,高級講師,上海郵電學(xué)院教研室主任,主要從事通信與計算機應(yīng)用研究與教學(xué)。文章編號: 摘要:展望未來 20 至 30 年計算機化測量儀器和測試系統(tǒng)的發(fā)展趨勢:儀器智能化進一步增強,標準化程度進一步提高,測量和網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)將得到快速發(fā)展。本文對國內(nèi)儀器儀表長期發(fā)展規(guī)劃的編制具有較高的參考價值。關(guān)鍵詞:自動測量儀;計算機應(yīng)用; 智力; 標準化; 56@6JCFBC=67B8BCFE5NC?F6FPC"#&-#8F@DB=BMD5BMFHCFJ=6C?=BM@MFD C?FBC@6J@DJ=R@C=56JF7DFFQ=KKOF@JL@6HFJN9DC?FD FCH!>=76 =N=H@6CDFNFDF6HFL@K9F5N=BE@JF9MN5DC?FK567JFLFK5M=67MK@65N=6BCD9EF6C@C=56=6I?=6@!6FCQ5DS&=67 多年來,微處理器和個人計算機在儀器和系統(tǒng)中的應(yīng)用,使儀器技術(shù)躍上一個新的臺階。=76 =N=H@6CDFNFDF6HFL@K9F5N=BE@JF9MN5DC?FK567JFLFK5M=67MK@65N=6BCD9EF6C@C=56=6I?=6@!6FCQ5DS&=67 多年來,微處理器和個人計算機在儀器和系統(tǒng)中的應(yīng)用,使儀器技術(shù)躍上了一個新的臺階。=76 =N=H@6CDFNFDF6HFL@K9F5N=BE@JF9MN5DC?FK567JFLFK5M=67MK@65N=6BCD9EF6C@C=56=6I?=6@!6FCQ5DS&=67 多年來,微處理器和個人計算機在儀器和系統(tǒng)中的應(yīng)用,使儀器技術(shù)躍上了一個新的臺階。
下個世紀,隨著計算機技術(shù)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,儀器儀表的智能化、標準化、網(wǎng)絡(luò)化將有更大的進步。下面總結(jié)了自動測量儀器和測試系統(tǒng)的發(fā)展方向。80年代后期,國家開始研制帶有微處理器的儀器儀表,取得了多項成果,積累了寶貴經(jīng)驗。隨著微處理器功能的擴展、價格的降低以及國民經(jīng)濟發(fā)展的需要,現(xiàn)已在民用和工業(yè)儀表中得到普及,對傳統(tǒng)產(chǎn)品進行大規(guī)模升級改造。例如:感應(yīng)電能表,這是儀器儀表領(lǐng)域(我國' 電能表產(chǎn)量居世界第一,并有出口)。多年來,這種電表雖然不斷改進完善,但最終還是離不開旋轉(zhuǎn)磁場的機電工作原理,限制了電表精度的提高和功能的擴展。應(yīng)用微處理器后,情況發(fā)生了顯著變化。不僅提高了精度,還構(gòu)成了預(yù)付費(先付費,后用電)電能表、多費率(不同時段不同費率收費)電能表等新型計量表,以滿足供配電管理的需要。隨著可靠性的提高和自動抄表系統(tǒng)的發(fā)展,由微處理器和微型器件組成的全電子式電能表將迅速發(fā)展,有可能在市場上與感應(yīng)式電表競爭,甚至占據(jù)主導(dǎo)地位。又如:新一代變送器一般都會采用微處理器,使產(chǎn)品具有自動量程、自動補償、自診斷、自尋等功能,直接就地進行數(shù)字化處理,取代原先的帶有數(shù)字信號的傳統(tǒng)“#E0” 模擬信號在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中進行通信。

隨著大規(guī)模集成電路制造技術(shù)和信息處理技術(shù)的發(fā)展,儀器系統(tǒng)中計算機技術(shù)與儀器的界限將越來越模糊,體積也越來越小,儀器的智能化程度將越來越高。明顯高于當(dāng)前市場。那些智能儀器儀表。例如,這些智能硬件可以在沒有操作系統(tǒng)的情況下提出問題的解決方案,直接進行測量。人圍繞機器的狀態(tài)正在轉(zhuǎn)變?yōu)閲@人的機器的功能。虛擬儀器進一步加強。虛擬儀器是一種充分利用計算機技術(shù),可由用戶自行設(shè)計和定義的儀器。它通常由計算機、儀器模塊和軟件三部分組成。儀器模塊中的數(shù)據(jù)采集卡和3/AV WXA模塊僅用于信號輸入輸出,儀器功能主要通過軟件實現(xiàn)。通過編程,用戶可以將其設(shè)計成不同的儀器,如波形發(fā)生器、示波器或數(shù)字萬用表。例如,波形發(fā)生器產(chǎn)生的波形、頻率、占空比、幅度、偏移等,示波器的測量通道、標度比、時基、極性、觸發(fā)信號等可以通過鼠標或按鈕,就像常規(guī)儀器使用一樣。但是,虛擬儀器具有更強的分析處理能力。隨著計算機技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展,用戶只能使用廠商提供的儀器功能的傳統(tǒng)觀念正在改變,用戶設(shè)計和定義的范圍進一步擴大;同一個虛擬儀器可以在更多場合使用。例如,它可以用于功率測量、溫度測量、振動、運動和圖像測量,甚至可以用于網(wǎng)絡(luò)測量和控制。
“軟件就是工具”。軟件技術(shù)是虛擬儀器的核心技術(shù)。常用儀器軟件等。這些軟件都比較齊全,還在不斷升級完善中。舉例來說,這是一個基于圖形化編程語言的開發(fā)環(huán)境,它集成了與23454 89&和數(shù)據(jù)采集卡等硬件通信的所有功能;內(nèi)置編譯器,方便應(yīng)用,可生成54個數(shù)據(jù),方便用戶采集數(shù)據(jù),測試測量程序可高速運行。在推出“#$%&”(7AB版)的基礎(chǔ)上,美國公司將推出“??#$%&”(4CCC中的DAC版本。功能程序快速共享數(shù)據(jù),無需擔(dān)心網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)格式。并且目前已有新進展,如重慶大學(xué)測試中心成功解決了文件交換難的問題。各種測試儀器的功能、技術(shù)參數(shù)和精度指標均已集成到功能軟件庫中。用戶只需要安裝帶有程序的軟盤和一個手掌大小的軟盤。將硬件卡分別插入軟驅(qū)和計算機總線中,在計算機中即可實現(xiàn)集成儀器的功能。用戶只需要安裝帶有程序的軟盤和一個手掌大小的軟盤。將硬件卡分別插入軟驅(qū)和計算機總線中,在計算機中即可實現(xiàn)集成儀器的功能。用戶只需要安裝帶有程序的軟盤和一個手掌大小的軟盤。將硬件卡分別插入軟驅(qū)和計算機總線中,在計算機中即可實現(xiàn)集成儀器的功能。

例如,東方振動與噪聲技術(shù)研究所開發(fā)了一系列虛擬儀器,實現(xiàn)了多功能、多用途的機器;實現(xiàn)了“承載實驗室”。此外,上海儀器儀表研究所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)儀表王電子科技公司等一批科研生產(chǎn)單位在虛擬儀器的研發(fā)上也取得了一定的成果。4A4 儀器標準化程度進一步提高。標準化的好處是顯而易見的。系統(tǒng)設(shè)置靈活,易于搭建,開發(fā)周期短,維護方便。用戶可以從多個供應(yīng)商處購買相同的儀器,而且大型、中小型廠商可以根據(jù)相同的規(guī)格設(shè)計儀器,等等?;贐KL7 M8&0總線,通過了18&0標準(),標志著測量儀器從手動到程控的轉(zhuǎn)變。BK!L 18&0儀表總線和微機總線在儀表應(yīng)用中的擴展。儀器系統(tǒng)從離散的臺式和機架式結(jié)構(gòu)演變?yōu)楦o湊、工作速度更快的模塊化結(jié)構(gòu)。開放式儀器廣泛使用計算機軟件成果,保證模塊級和系統(tǒng)級的兼容性,軟件和硬件的標準化程度更高。它已經(jīng)成為目前和未來相當(dāng)長一段時間內(nèi)的主流儀器架構(gòu)。此外,89& 多年來,各具特色的儀器誕生了。以89&為例,它是儀器應(yīng)用中計算機總線的擴展。它將軟件與堅固的工業(yè)封裝和系統(tǒng)級規(guī)格相結(jié)合,形成一個小型、低成本但快速的數(shù)據(jù)傳輸模塊化儀器。
儀器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成有很多因素,現(xiàn)在對于如何兼容已經(jīng)有了很好的解決方案。為方便用戶,儀器制造商將同時對硬件和軟件進行標準化。儀器細分為硬件模塊、驅(qū)動程序和軟件開發(fā)平臺等幾層,各層與相鄰層之間的接口是標準化的;軟硬件廠商按照標準的規(guī)定自行開發(fā)軟硬件產(chǎn)品。例如:在開發(fā)硬件模塊時,考慮向上級提供標準接口(滿足軟件規(guī)范)。在開發(fā)驅(qū)動程序時,使用硬件模塊提供的標準接口對硬件進行監(jiān)控;同時,為上層模塊提供了標準的調(diào)用接口,使上層軟件的設(shè)計與硬件無關(guān)。上個月,美國一些儀器制造商成立了可互換虛擬儀器()基金會。這個開放小組提出了基于計算機系統(tǒng)中即插即用驅(qū)動程序的可互換虛擬儀器的想法,并對典型儀器(如信號源、數(shù)字萬用表、波形發(fā)生器、示波器、電源等)進行了明確規(guī)定軟件驅(qū)動要求。在設(shè)計儀器硬件時,要求在統(tǒng)一的軟件規(guī)范下進行,使其具有最佳的互換性。標準化的結(jié)果將使不同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品或不同系統(tǒng)的產(chǎn)品相互兼容。例如,在測試系統(tǒng)中可以使用基于89&的示波器代替基于18&0的示波器。使用中的儀器壞了,不能像新儀器一樣工作。當(dāng)需要更新或重新校準時,用戶可以輕松地將其更換為同類型儀器中的不同儀器,而無需更改測試代碼或重寫程序。

對于用戶來說,這意味著更大的靈活性和可靠性,因為他們不依賴于特定的架構(gòu)或因素。國外有人說,“信息產(chǎn)業(yè)正受益于互操作性和標準化,比如搜索網(wǎng)頁?,F(xiàn)在是測試和測量工作這樣做的時候了?!?最近,國內(nèi)科技人員也開始關(guān)注這個更廣泛的標準化層面,尤其是軟件接口(包括本地和遠程通信協(xié)議)的標準化。對于具有標準體系結(jié)構(gòu)的儀器,將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上不斷完善和完善。網(wǎng)絡(luò)化測控技術(shù)發(fā)展迅速?,F(xiàn)在,該儀器具有在網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)的能力。早期采用的集中控制方式或通信方式,正朝著可降低連接成本、支持智能設(shè)備的高性能數(shù)字網(wǎng)絡(luò)方向、分布式測控方向發(fā)展;越來越多的系統(tǒng)開始采用開放的標準化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在這些分布式標準化系統(tǒng)中,每個節(jié)點都是相互獨立的,可以專注于自己的主要工作,使程序高效運行。節(jié)點之間的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸,以達到相互關(guān)聯(lián)的目的。萬一節(jié)點計算機出現(xiàn)故障,系統(tǒng)仍能正常運行,可靠性大大提高。國內(nèi)有關(guān)使用標準局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)測控系統(tǒng)的報道在相關(guān)報刊雜志上屢見不鮮??紤]遠程測量/控制和集中數(shù)據(jù)收集/處理。該儀器需要更強的有線(甚至無線)連接。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進步,有了這種性能,它們必將在儀器應(yīng)用中發(fā)揮巨大的作用,有效地促進儀器和網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)的發(fā)展。
例如,通過在互聯(lián)網(wǎng)上收集數(shù)據(jù),用戶可以遠程監(jiān)控/控制過程和實驗數(shù)據(jù)。無需親臨現(xiàn)場,遠距離了解情況,實時性非常好。一旦過程中出現(xiàn)問題,相關(guān)數(shù)據(jù)會立即展現(xiàn)在用戶面前采取措施(包括與遠程廠商協(xié)商等),可靠性大大增強。此外,多個用戶可以同時監(jiān)控同一個進程。例如,當(dāng)工程技術(shù)人員在他的辦公室監(jiān)控生產(chǎn)過程時,質(zhì)量控制人員可以同時在另一個地點收集這些數(shù)據(jù)并建立數(shù)據(jù)庫。水,電煤計量管理部門和調(diào)度系統(tǒng)可以同時監(jiān)控工藝用水、電、煤的使用情況。用戶甚至可以幫助用戶在全球范圍內(nèi)合作和訪問他們感興趣的問題。例如,軟件工程師可以使用聯(lián)網(wǎng)的軟件工具將開發(fā)程序或應(yīng)用程序下載到遠程目標系統(tǒng)進行調(diào)試或?qū)崟r操作。就像目標系統(tǒng)就在隔壁房間一樣,這對工程技術(shù)人員的研發(fā)工作有很大的幫助?,F(xiàn)在,它是由數(shù)千個大大小小的網(wǎng)絡(luò)組成的高速網(wǎng)絡(luò)。它不僅連接數(shù)千萬臺計算機,還連接信息家電。在不久的將來,將集成越來越多的測試和測量儀器。

例如,通過54)6/7872轉(zhuǎn)換器,將數(shù)據(jù)采集儀的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為符合234。并基于234功能。像計算機一樣,它們已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)中的獨立節(jié)點。它們可以方便地直接連接到就近的網(wǎng)絡(luò)通信電纜,“即插即用”,將現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)直接發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng),并在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸、發(fā)布和發(fā)布。分享;用戶可以通過瀏覽器或符合要求的應(yīng)用程序?qū)崟r瀏覽信息(包括處理后的數(shù)據(jù)、儀器儀表的面板圖像等)。如有必要,系統(tǒng)還可以在網(wǎng)絡(luò)的任何節(jié)點上對這些現(xiàn)場儀表、變送器、傳感器或執(zhí)行器進行在線控制、編程和配置。另一個例子:借助網(wǎng)絡(luò)聽診器等測試儀器,用戶可以快速隔離網(wǎng)絡(luò)故障,提供網(wǎng)絡(luò)問題解決方案,監(jiān)控關(guān)鍵設(shè)備(234、服務(wù)器、客戶端、交換機、路由器、打印機等)的工作狀態(tài)。 . 中國在網(wǎng)絡(luò)布線和互聯(lián)網(wǎng)測試方面潛力巨大。相關(guān)工具必將隨之發(fā)展。此外,聯(lián)網(wǎng)也在醞釀儀器創(chuàng)新的可能性!總結(jié) 過去幾年,儀器的快速發(fā)展令人驚訝。未來的變化可能更大。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,未來基于計算機的儀器將更加方便使用。配置更可靠、更簡單、更靈活。這一切都將有力地推動智能的發(fā)展,儀器的標準化和網(wǎng)絡(luò)化。參考文獻:上海:上??萍汲霭嫔?,計算機自動測控,計算機自動測控,(E,-'.L@,TB@,+A.9;.:DBD:-+D@*@ B+ .9+:-9.9B@,,.-H/+D'.JD9+,D1F+.J9K9+.'9 受益于轉(zhuǎn)換,例如搜索網(wǎng)頁。
現(xiàn)在是進行測試和測量工作的時候了?!?最近,國內(nèi)科技人員也開始關(guān)注這個更廣泛的標準化層面,尤其是軟件接口(包括本地和遠程通信協(xié)議)的標準化。至于有標準 儀器的體系結(jié)構(gòu)將在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上不斷完善和完善。網(wǎng)絡(luò)化測控技術(shù)發(fā)展迅速?,F(xiàn)在,該儀器具有在網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)的能力。前期采用的集中控制方式或通信方式,將降低連接成本自動測量設(shè)備,支持高性能數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和智能設(shè)備的分布式測控;越來越多的系統(tǒng)開始采用開放的標準化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在這些分布式標準化系統(tǒng)中,每個節(jié)點都是相互獨立的,可以專注于其主要工作是讓程序高效運行。節(jié)點之間的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸,以達到相互關(guān)聯(lián)的目的。萬一節(jié)點計算機出現(xiàn)故障,系統(tǒng)仍然運行,可靠性大大提高。國內(nèi)使用標準局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)測控系統(tǒng)的報道在相關(guān)報刊雜志上屢見不鮮??紤]到遠程測量/控制和集中數(shù)據(jù)采集/處理,儀器需要更強的有線(甚至無線)連接性能,這是隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進步而誕生的。它們將對儀器儀表的應(yīng)用起到很大的推動作用,有效地促進儀器儀表和網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)的發(fā)展。例如,通過在互聯(lián)網(wǎng)上收集數(shù)據(jù),用戶可以遠程監(jiān)控/控制過程和實驗數(shù)據(jù)。無需親臨現(xiàn)場查看遠程情況眾所周知,實時性非常好。

一旦過程中出現(xiàn)問題,相關(guān)數(shù)據(jù)會立即展現(xiàn)在用戶面前采取措施(包括與遠程廠商協(xié)商等),可靠性大大增強。此外,多個用戶可以同時監(jiān)控同一個進程。例如,當(dāng)工程技術(shù)人員在他的辦公室監(jiān)控生產(chǎn)過程時,質(zhì)量控制人員可以同時在另一個地點收集這些數(shù)據(jù)并建立數(shù)據(jù)庫。水、電、煤計量管理部門和調(diào)度系統(tǒng)可以同時監(jiān)控工藝用水、電、煤的使用情況。用戶甚至可以幫助用戶在全球范圍內(nèi)合作和訪問他們感興趣的問題。例如,軟件工程師可以使用聯(lián)網(wǎng)的軟件工具將開發(fā)程序或應(yīng)用程序下載到遠程目標系統(tǒng)進行調(diào)試或?qū)崟r操作。就像目標系統(tǒng)就在隔壁房間一樣,這對工程技術(shù)人員的研發(fā)工作有很大的幫助。現(xiàn)在,它是由數(shù)千個大大小小的網(wǎng)絡(luò)組成的高速網(wǎng)絡(luò)。它不僅連接數(shù)千萬臺計算機,還連接信息家電。在不久的將來,將集成越來越多的測試和測量儀器。為了保證互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運行,測試儀器正在發(fā)生許多新的重要變化,最重要的一點是擴展0.1技術(shù)的應(yīng)用,特別是擴展了傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(234)、瀏覽器和嵌套服務(wù)器的應(yīng)用。比如通過54)6/7872轉(zhuǎn)換器,將數(shù)據(jù)采集儀的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成符合234的。
并基于234個功能。像計算機一樣,它們已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)中的獨立節(jié)點。它們可以方便地直接連接到就近的網(wǎng)絡(luò)通信電纜,“即插即用”,將現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)直接發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng),并在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸、發(fā)布和發(fā)布。分享;用戶可以通過瀏覽器或符合要求的應(yīng)用程序?qū)崟r瀏覽信息(包括處理后的數(shù)據(jù)、儀器儀表的面板圖像等)。如有必要,系統(tǒng)還可以在網(wǎng)絡(luò)的任何節(jié)點上對這些現(xiàn)場儀表、變送器、傳感器或執(zhí)行器進行在線控制、編程和配置。又如:借助網(wǎng)絡(luò)聽診器等測試儀器,用戶可以快速隔離網(wǎng)絡(luò)故障,提供網(wǎng)絡(luò)問題解決方案,并監(jiān)控關(guān)鍵設(shè)備(234、服務(wù)器、客戶端、交換機、路由器、打印機等)的工作狀態(tài)。中國在網(wǎng)絡(luò)布線和互聯(lián)網(wǎng)測試方面潛力巨大。相關(guān)工具必將隨之發(fā)展。此外,聯(lián)網(wǎng)也在醞釀儀器創(chuàng)新的可能性!總結(jié) 過去幾年,儀器的快速發(fā)展令人驚訝。未來的變化可能更大。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,未來基于計算機的儀器將更加方便使用。配置更可靠、更簡單、更靈活。這將有力地推動儀器儀表智能化、標準化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展。參考文獻: 上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社,計算機自動測控,
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