智能仪器仪表.docx
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智能仪器仪表.docx
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智能仪器仪表
智能仪器原理与设计
课程报告
专业10级电子信息工程
班级1班
姓名王雪莹
学号100102011119
指导老师夏银桥
日期2013年11月21日星期四
1仪器仪表与测量控制重要地位和作用
1.1仪器科学与技术学科的作用
最初作为测量器具的仪器在促进科技和生产发展的同时,在现代科学技术和生产力的推动下,已成为完整的仪器科学与技术学科。
作为测量和测试技术集中体现的仪器科学与技术学科,在当今我国国民经济和科学技术发展中的作用日益明显:
(1)工业生产的“倍增器”
(2)科学研究的“先行官”
(3)军事上的“战斗力”
(4)国民活动中的“物化法官”
是仪器科学与技术学科主要组成:
(1)工业自动化测控技术及工业自动化仪表与系统;
(2)科学测试、分析技术及科学仪器;
(3)人体诊疗技术及医疗仪器;
(4)信息计测技术及电测仪器;
(5)专用检测技术及各类专用测量仪器;
(6)相关传感器、元器件、材料及技术。
1.2国内外发展现状与发展趋势
(1)新技术的出现,促进本学科的大力发展
信息科学、生命科学、材料科学、纳米科学等深入发展,促使世界仪器科学与技术学科的进展突飞猛进,新技术异彩纷呈,新产品不断涌现。
(2)学科面对的产品种类和品种多样化
产品的稳定性、可靠性和适应性要求提高;产品的技术指标和功能不断提高;最先应用新的科学研究成果,高新技术大量采用;仪器及测控单元微小型化、智能化,可独立使用,也可嵌入式使用和联网使用;仪器测控范围向立体化、全球化扩展,测控功能向系统化、网络化发展;便携式、手持式以至个性化仪器大量发展。
(3)产品水平有待提高
目前绝大部分国产仪器产品的科技水平处于国际20世纪90年代中、后期的水平,中低档产品品种基本齐全,能够批量生产,且质量稳定;少数中高档产品已接近国际水平。
在工程应用技术方面,已经能够承担一部分国家重大工程仪器仪表系统成套工程。
但在高技术含量的自动化仪表及系统、科学测试仪器、传感器、元器件等产品的竞争上,国内仪器仪表行业还基本上处于相当被动的境地。
1.3学科交叉
仪器科学与技术学科是一个多学科交叉的综合性、边缘性学科,其中涉及的学科主要包括,仪器科学与技术学科、光学工程学科、机械工程学科、电子信息工程学科及计算机科学与技术学科。
仪器科学与技术学科是本学科的理论和应用基础,光学工程学科是本学科的应用基础,机械工程学科是本学科的结构设计基础,电子信息工程学科是本专业的理论和技术基础,计算机科学与技术学科是本专业的技术基础。
2.我国仪器仪表与测量控制的基本情况
2.1仪器仪表已经发展成为一门独立的学科
①仪器仪表与测量控制学科具备了自己特有的基础理论和技术,其中主要包括传感器、检测计量、信号处理、误差分析、自动控制等。
②纵观科学技术发展史,当一门新兴学科形成和不断发展时,教育体系,特别是高等教育就会应运而生,出现新的学科教育,培养新的学科人才。
我国教育部多年来已经围绕着仪器仪表与测量控制学科设立了一级学科教育体系,现在定名为“仪器科学与技术”学科,全国近250所高校设置了相应的专业,3万多名本科生和1万多名研究生在校学习。
我国高校为“仪器科学与技术”学科制定了专业培养目标和规范,已经为仪器仪表与测量控制领域培养了几十万学科技术人才。
③仪器仪表与测量控制学科是一门工程应用学科,与之相适应产业的形成和发展是学科发展的物质基础和技术支撑。
我国仪器仪表产业已经具备相当规模,仪器仪表与测量控制学科有着强大的生命力和发展空间。
④仪器仪表与测量控制学科有一个全国性的国家一级学术团体—中国仪器仪表学会。
2007年我国仪器仪表产业规模以上企业为3954家,实现总产值3078亿元,销售收入达到3005亿元,双双突破3000亿元。
同比2004年1000亿元,2006年2000亿元,4年间年增长率超过30%。
2.2我国仪器仪表与发达国家的差距
按照应用领域的不同,我们习惯把仪器仪表和测量控制划分为6个大类,即工业自动化仪表与控制系统、科学仪器、医疗仪器、电子与电工测量仪器、各类专用仪器、传感器和仪器仪表元器件及功能材料。
这是一个大致的分类,其间存在着许多交叉和渗透。
当分析我国仪器仪表与测量控制现状时,不能不清醒地认识到它同国际先进水平相比,同我国经济和社会发展的实际需要相比,还存在着很大的差距。
差距是全方位的,最主要的有3点:
①我国仪器仪表规模小、产值低,仪器仪表企业同样是规模小、产值低。
2007年我国仪器仪表产业总产值3000亿元人民币,只占工业总产值的2.5%。
10年前,美国仪器仪表产业总产值已达到4000亿美元,占工业总产值的4%。
目前,美国仪器仪表企业年产值超过20亿美元的不少于50家,而我国最大的两个仪器仪表企业,京仪集团年产值80亿元人民币、川仪集团年产值60亿元人民币。
产业和企业的规模与产值直接影响到产业的活力与发展。
要缩小和消除这个差距,需要我们努力奋斗10~20年。
②我国仪器仪表产品在质量和品种上还存在不少问题。
长期以来,产品的可靠性和稳定性没有得到根本解决,严重影响市场销售和正常使用。
国内对许多大型精密仪器需求几乎全部依赖进口。
2007年,我国仪器仪表产品出口88亿美元,进口172亿美元,逆差84亿美元,成为装备制造业之最。
这个问题不解决,我国仪器仪表与测量控制学科和产业的发展将无法摆脱落后被动的局面。
③我国仪器仪表产业创新能力不强,还无法承担科技创新主体的责任。
国际上仪器仪表科技创新发展极快,产品更新换代的周期大约只需2~4年,多数企业一半以上的销售额几乎都来自5年内上市的新产品。
而我国仪器仪表产品不少还沿自于20世纪80年代技术引进的产物,相当多企业产品是10年一贯制,自主创新能力不强的主要原因是资金和人才。
国外企业用于科技创新资金投入一般为销售收入8%~10%,而我国企业投入资金很少超过3%~5%,极大地限制了科技创新的有效开展。
有的领导不重视自主创新,国内创新人才匮乏。
党的十七大提出,提高自主创新能力,建设创新型国家是国家发展战略的核心,是提高综合国力的关键。
企业提升科技创新能力,已经成为刻不容缓的历史使命。
3.仪器仪表和测量控制发展趋势和特点
仪器仪表是测量的基本工具,是获取信息的重要途径。
特别是近二十年,随着计算机、微电子等技术的发展,引起了仪器仪表结构的巨大变革。
对比传统的指针式仪器仪表,现代仪表已经完全突破了传统的光、机、电的框架,向着高科技化、智能化、网络化的方向迅速发展。
3.1仪器仪表的高科技化
将高新技术和现代科学技术融合到其自身来,必将成为日后仪器仪表科技与产业的发展主流。
21世纪微电子技术、计算机技术、精密机械技术、高密封技术、特种加工技术、集成技术、薄膜技术、网络技术、纳米技术、激光技术、超导技术和生物技术等高新技术迅猛发展。
这一背景和形势不断地向仪器仪表提出了更高、更多、更新的要求,如使用更方便、速度更快、遥感遥测更远距、灵敏度更高、稳定性更好、样品量更少、检测微损甚至无损、使用更方便、成本更低廉、无污染等,同时也为仪器仪表科技与产业的发展提供了强大的推动力,并成为仪器仪表进一步发展的物质、知识和技术基础。
特别是纳米级的精密机械研究成果、分子层次的现代化学研究成果、基因层次的生物学研究成果,以及高精密超性能特种功能材料研究成果和全球网络技术推广应用成果等在内的一大批当代最新技术成果的竞相问世,正在迅速改变仪器仪表的工作原理与本质特征,并使其具备和拥有了传统仪器仪表根本无法实现的众多的、全新的、超高的功能。
可以说,高科技化是现代仪器仪表的最主要特征。
3.2仪器仪表的智能化
仪表的智能化是指将人工智能的理论、方法和技术应用于仪器,使仪表具有智能化处理的功能。
智能仪器中一般都使用嵌人微处理器的系统芯片(SOC)、或数字信号处理器(DSP)及专用电路(ASIC),仪器内部带有处理能力很强的智能软件。
软件在仪器智能高低方面起重要作用,它使许多复杂的硬件得以简化。
此外,智能化仪器仪表具有数字通讯接口,可以将测量结果和处理数据输人计算机或其他数字设备中,而传统的模拟方法是很难做到的。
智能化仪器仪表有以下特点:
(1)采集信息借助于传感器和变送器,按处理器的要求采集电量和非电量。
(2)使用智能接口进行人机对话以及与外部仪器设备对话,可接入自动测试系统,甚至Internet。
(3)智能仪器仪表不仅可以对被测信号进行测量、存储和运算,还具有自校准、自动调零、量程自动转换、故障自诊断等功能,大大地改善了仪器的自动化水平。
有些仪器采用了专家系统技术,可根据控制指令和外部信息自动地改变工作状态,并进行复杂的计算、推理。
(4)智能仪器仪表可进行多通道、多参数巡回检测。
也可通过改变程序或采用可编程的方法增减仪器功能和规模来适应不同的环境和对象。
3.3仪器仪表的网络化
网络化仪器是适合在远程测控中使用的仪器,是计算机技术、网络通信技术与仪表技术相结合所产生的一种新型仪器。
它打破了在同一地点进行采集、分析和显示的传统模式,仪器仪表通过网络连接在一起,彼此之间可以进行数据交换,实现数据共享。
测量数据可以通过网络传输到异地,利用异地的设备或仪器进行分析处理。
网络化仪器仪表由基本网络系统硬件、应用软件和多种通讯协议组成。
它将TCP/IP协议议作为一种嵌人式应用,测量过程的数据和控制命令等都以TCP/IP方式传递。
目前,美国的p&SDataCOIn(Mieroehip)公司已经成功研制出了通用网络通讯控制芯片,使人们能够有效地控制远程仪器设备,在任何地方进行信号采集、分析和显示。
通用芯片的成功开发将进一步促进网络化仪器仪表的发展,使越来越多的测试和测量仪器将融人Internet网。
4.结论
仪器仪表产品的总体发展趋势是“六高一长”和“二十化”。
仪器仪表的技术发展和特点,可以得出如下的结论:
传统的仪器仪表将朝着高性能、高精度、高灵敏、高稳定、高可靠、高环境和长寿命的“六高一长”的方向发展。
新型的仪器仪表与元器件将朝着小型化(微型化)、集成化、成套化、电子化、数字化、多功能化、智能化、网络化、计算机化、综合自动化、光机电一体化、专门化、简捷化、家庭化、个人化、无维护化,以及组装生产自动化、无尘(或超净)化、专业化、规模化的“二十化”的方向发展。
在这“二十化”中,占主导地位、起核心或关键作用的是智能化、高科技化、虚拟化、网络化和多功能化。
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