第1章虚拟与智能仪器绪_论.ppt

* * 一、从传统仪器到智能仪器 仪器仪表、智能仪器、重要性认识 二 、智能仪器的分类、基本结构与特点 4个层次、2种结构、3个特点 三、 推动智能仪器发展的主要技术 传感器， A/D, 单片机和PC，DSP, FPGA/CPLD, 软件，网络与通信 四、《智能仪器设计基础》课程框架 第一章 绪 论 1.仪器仪表定义、作用、行业分类 仪器仪表是信息获取的工具、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。 一、从传统仪器仪表到智能仪器 2、八类测试计量仪器 ■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、光学传递函数测量仪等。 ▲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 ★电子参数：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。 三代仪器仪表： ●第一代为指针式（或模拟式）仪器仪表 ●第二代为数字式仪器仪表 ●第三代就是智能式仪器仪表 智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物，是含有微计算机或微处理器的测量(或检测)仪器，它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用(表现为智能的延伸或加强等) 。 3、智能仪器的概念与历史 1984年：我国仪器学会成立“自动测试与智能仪器专业学组”； 1986年：IMEKO(国际测量联合会)以“智能仪器”为主题召开了专门的讨论会； 1988年：IFAC (国际自动控制联合会) 的理事会正式确定“智能元件及仪器”。 近年来，智能仪器已开始从较为成熟的数据处理向知识处理发展。 模糊判断、故障诊断、容错技术、传感器融合、机件寿命预测等，使智能仪器的功能向更高的层次发展。 智能仪器对仪器仪表的发展以及科学实验研究产生了深远影响，是仪器设计的里程碑。 4、对仪器仪表重要性的认识 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” 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” 科学仪器是 信息的源头 科学仪器产业是信息产业 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视为国家战略” 英国著名科学家H.Pavy曾经明确指出：“Nothing begets good science like development of a good instrument” （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） 美国能源部杰出科学家R. F. Hirsch博士在最近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” 二 、智能仪器的分类、基本结构与特点 智能仪器四个层次 高级 智能 人工智能 趋势 模型化 系统辨识、模式识别 初级智能 计算机、信号处理 聪敏 电子、传感、测量 兼容 聪敏仪器类 （巧妙设计） 初级智能仪器类 （自校准、自诊断） 模型化智能仪器类 (自学习、自适应) 高级智能仪器类 （人工智能） 1.分类 2、智能仪器的基本结构 其结构可有两种基本类型: 　　●微机内嵌式　　●微机扩展式 将单片或多片的微机芯片与仪器有机地结合在一起形成的单机。 以个人计算机(PC)为核心的应用扩展型测量仪器。个人计算机仪器(PCI)或称微机卡式仪器。 单片机或DSP RAM、 EPROM I/O接口 D/A A/D 外部通信 RS232 USB 打印机 板 （键盘、开关、显示器 传感器 电量 非电量 内嵌微处理器智能仪器的基本结构 输入通道 输出通道 个人仪器结构图 普通台式PCI 工控机PCI 笔记本PCI 个人仪器结构图 个人计算机 总线扩展槽 软件