计算机技术在仪器仪表中的应用

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随着科学技术的进一步发展,信息技术被广泛运用到生产生活的各个方面,仪器仪表的信息化应用,不仅可以显著提高仪器仪表的科学技术水平,还能尽可能精简仪器结构,切实降低仪器仪表的生产经营成本.笔者就目前信息技术在仪器仪表中的运用及现状进行了分析,并指出了其与国外先进国家的存在的差距,旨在全面推进仪器仪表技术的发展.

【关 键 词 】信息技术 仪器仪表 计算机控制

1.信息技术在仪器仪表中的应用

1.1 自动化仪表及控制系统

信息技术在这个领域的应用主要表现在以下几个方面：（1）能对较弱信号进行有效处理,高精度模拟信号数字转换技术,从而最大限度的实现数字模拟化.（2）充分利用计算机软硬件设施,切实实现仪器仪表的自诊断、自校验、自调整、自动补偿技术,实现仪器仪表的智能化.（3）先进控制算法优化控制软件、组态软件、工业过程控制软件,将其运用到工程项目实例中,从而组建成先进的、科学的仪表控制系统.（4）现场总线协议软件硬件技术、现代数字通讯技术,提高仪表的网络化水平.

目前,现场总线在我国仍处于发展的初级阶段,在实际运用中要从实际情况出发,将市场需求和国民经济现状作为根本出发点,在充分分析我国国情的前提下,确定现场总线发展的总部署和规划.同时,我国要加强国际交流与合作,与国外现场总线基金会建立起长远关系,以最低的成本消耗获取最成熟的总线技术.清华大学自动化系统总线系统集成实验室的重要组成部分即包括Plant Wet结构的控制系统和费希尔-罗斯蒙特公司的基金会现场总线,它与其他现场总线的Inter、局域网、总线网络等有机的结合起来.这是目前国内通过现场总线基金会认证的第一套仪表和系统.

1.2 电工仪器仪表

信息技术在这个领域的应用主要包括以下几种：（1）弱信号获得数字化处理技术,实现仪表数字化,切实提高仪器仪表的准确度.（2）为了尽可能提高仪表的处理高速信息的能力和实时测量速度,可以广泛采用高速数采技术.（3）计算机及自动测试软件的广泛使用,主要被应用到仪器智能化以及GP-IB和VXI总线软硬件技术,主要目的是建立自动化的测试系统.（4）电能参数自动计费、预付费、峰谷平衡处理、电网供需调度、分时计费等管理软件技术以及电能表电力线载波调制解调技术,主要运用于电网调度系统和电能表自动计费管理系统.

1.3 分析仪器

信息技术在此领域的应用主要包括以下几种：（1）光电转换弱信号处理,它主要被运用到微量分析中微弱色谱的质谱信息接受以及相关处理.（2）根据分析对象的不同,建立计算机快速数据处理应用软件,实现信息的运算、处理、分离和鉴别.（3）采用自动化技术处理整机进样和测量结果,对计算机软硬件进行自动诊断、校正和凋零,最大限度实现仪器的智能化和自动化.（4）实现多参数多台仪器的组合,设计研发出在线自动检测系统,最终建立起网络化自动测试系统.

1.4 光学仪器

信息技术在这个领域的应用主要有以下几种：（1）弱电信息的处理和光、电信号转换,获得和处理电子光学信息,切实提高光学仪器的测试精度和灵敏度.（2）图形图像信息识别技术及转换技术,便于荧光屏显示显微图像.（3）电子光学技术的广泛运用,切实提高显微观测的分辨率.（4）GPS卫星定位通讯技术、容栅、磁尺、光栅等信息转换处理技术以及激光干涉信息等被广泛运用到大尺寸精密自动测量和几何图形自动测量,以便于在更大范围内实现精确测量.（5）计算机软件技术的普及,能有效实现仪器复杂数据处理的智能化和精确化,保证测量数据的准确,减少参数干扰的补偿修正.

1.5 试验机

信息技术在此领域的运用主要包括以下几种：（1）力、位移信息的获得和处理.保证信息获取的准确,能切实提高试验机的测量精度,保证测量结果的准确.在实际使用中尽可能选择灵敏度高的传感器,保证力、位移信息的简单和准确,减少机械测量的结构和体积.（2）应用VXI总线技术、现代数字通讯GP-IB技术以及相关软硬件,根据实际需要将主机与多台测量仪器组合起来,实现不同模件和不同台式仪器的自由分配,尽可能实现多参数测量和一机多用,切实精简电气测量系统结构.（3）充分运用计算机控制软件和技术,满足整机测量的自动化.

1.6 气象仪器

电量信息转换及采样护理中常用到信息技术.单台仪器一般被安装在相对偏远的野外,距离远、难度大,气象结论一般来源于多个参数的综合测量和分析,所以系统管理软件技术、分析软件以及通讯技术等常被用于计算机与各仪器之间的信息数据处理和远距离传输.

1.7 实验室仪器

信息技术在此领域的运用主要包括以下几种：（1）计算机技术和信息转换处理技术的运用,催生了新型电力天平的产生和发展,保证了测量结果的准确.（2）为了切实提高加载参数的精确度,要广泛使用试验箱应用敏感元件.

2.国内外仪器仪表发展现状及趋势

2.1 国内产品技术水平及信息技术应用现状

我国仪器仪表行业的整体发展水平有所提升,但仍只相当于20世纪80年代末世界平均发展水平,仪器仪表中初步实现了计算机软硬件技术、微电子技术的运用,初步智能化的产品约占15%,这相当于20世纪90年代的国际水平,数字化产品的比例达30%,相当于20世纪80年代的国际水平.

在国家政策及经费支持下,我国自动化仪表控制系统取得了突飞猛进的发展.在实际运用中,充分利用计算机技术以及现代工业通讯技术,切实提高现场总线、仪表智能化水平.相关部门要加强技术开发和研究,尽可能掌握国际先进水平,将现场总线通讯协议中最适合连续生产、最复杂的技术为我所用,最大限度的发挥FF现场总线协议的通讯硬软件技术的作用.FF协议是经FF基金会统一测试的基本通讯软件,以此为先河,我国一跃跻身FF协议通讯软件先进国家之列.同时,还要将FF现场总线协议软硬件运用到现场仪表工作中,完成气动、电动、流量、压力以及温度等40多种现场仪表产品.我国目前运用的大中型分散型控制系统DCS大约有1500套,合资合作产品和引进技术占总额的90%以上,而自行开发的中小型分散控制系统已初步具备小规模生产能力,但水平只相当于20世纪80年代中后期. 2.2 国外发展现状

国外信息技术发展水平远高于我国,而其在仪器仪表方面的应用更是明显优于我国.就现场总线而言,国外早已公布了系统的高速现场总线协议,而且它和互联网有机的结合在一起,这不单是信息交换的过程,更实现了企业与企业、车间与车间之间的双向数字化信息传输.在仪器仪表的使用过程中,自校正、自诊断、修正补偿等已初步实现智能化.在分析仪器中的远红外仪器等大型科学仪器中,机理研究硬件系统已相当成熟,但是应用软件方面还存在较大差距,这进一步限制了其推广和传播.

2.3 未来发展趋势

（1）大规模采用先进微机械加工技术是目前仪器仪表发展总的趋势,在此基础上生产的原件更为敏感,仪器仪表的测试结果更为准确.在仪器仪表使用过程中广泛使用信息技术,有利于实现模拟量输出仪器的数字化和智能化,从而满足自诊断、自凋零、自校验、自补偿等.（2）广泛采用计算机技术,不断完善测试任务,开发出有针对性的测试应用软件,仪器操作按钮、面板及指示表头由计算机显示器画面和计算机键盘代替,从而形成以数采板、敏感元件和计算机为支撑的运营软件,最大限度的实现多种仪器功能的虚拟化.（3）广泛采用快速采样技术,切实提高在线测量的实时性和测试速度.将单台智能化仪表作为依据,大力开发和使用现代通讯软硬件技术,基本实现仪器仪表的网络化.同时,加强仪表与仪表之间的可互操作性,对不同厂商生产的仪表进行加工改造,建立起新型的现场总线控制系统,提升互联网与高速以太网之间的交融程度,并将其与企业的自动化管理有机的结合起来,完成管控的一体化进程.除此之外,要提升数字通讯技术的使用频率,推动测试仪器的网络化进程,最大限度的发挥通信台式仪器式仪表模件的作用,从而组建出在线质量控制自动测试系统和地震、环保以及气象等自动化监测系统.

总而言之,以信息技术作为支撑的仪器仪表技术正朝着网络化、智能化和数字化的方向发展,它正以全面的面貌出现在人们的生活中,更好的为抵御灾害、保卫安全以及探索自然等服务.

3.总结

新时期以来,信息技术的广泛应用加快了仪器仪表行业的改革和发展,不断扩大了仪器仪表的功能,提高了其技术发展水平.仪器仪表对推动国民经济的进一步发展起着突出作用,所以相关行业要进一步加快技术研究和开发的进度,提升仪器仪表行业的整体发展水平,推动国民经济的平稳较快发展.目前,国内市场上大量引进国外仪器仪表,我国受技术水平的制约,仪器仪表的竞争力相对低下,所以,我国要切实强化自主创新意识,不断提升我国仪器仪表的科技化水平,增加市场份额.