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展開 儀器儀表電子
什么是儀器儀表(英文:instrumentation) 儀器儀表是用以檢出、測量、觀察、計算各種物理量、物質成分、物性參數等的器具或設備。真空檢漏儀、壓力表、測長儀、顯微鏡、乘法器等均屬于儀器儀表。廣義來說,儀器儀表也可具有自動控制、報警、信號傳遞和數據處理等功能,例如用于工業生產過程自動控制中的氣動調節儀表,和電動調節儀表,以及集散型儀表控制系統也皆屬于儀器儀表。
儀器儀表功能和作用:儀器儀表能改善、擴展或補充人的官能。人們用感覺器官去視、聽、嘗、摸外部事物,而顯微鏡、望遠鏡、聲級計、酸度計、高溫計、真空離心濃縮儀等儀器儀表,可以改善和擴展人的這些官能;另外,有些儀器儀表如磁強計、射線計數計等可感受和測量到人的感覺器官所不能感受到的物理量,還有些儀器儀表可以超過人的能力去記錄、計算和計數,如高速照相機、計算機等。
儀器是科學技術發展的重要“工具”。著名科學家王大珩先生指出,“機器是改造世界的工具,儀器是認識世界的工具”。儀器是工業生產的“倍增器”,是科學研究的“先行官”,是軍事上的“戰斗力”,是現代社會活動的“物化法官”。不言而喻,儀器在當今時代推動科學技術和國民經濟的發展具有非常重要的地位。
儀器是科學技術發展的重要前提和根本保障。人類發展史上任何一次大的飛躍都是基于工具的巨大創新和根本變革驅動的,作為“工具”的科學儀器的發展和創新往往是催生科技創新的重要要素。
儀器是經濟發展和國防安全的重要保障。儀器是保障經濟發展、國家安全不可或缺的重要基礎條件。首先,著名科學家錢學森先生指出:“新技術革命的關鍵技術是信息技術。信息技術由測量技術、計算機技術、通訊技術三部分組成。測量技術則是關鍵和基礎”。
儀器是推進和諧社會建設的重要力量。全球的資源枯竭、環境污染等問題已成為社會健康發展的瓶頸;食品安全問題、公共突發事件、疾病診斷、易燃易爆化學危險品等給人民的生活帶來了嚴重影響,這些重大問題的解決都離不開先進的檢測技術和手段。
數字化、智能化
因為微電子技能的提高,儀器儀表產物進一步與微處置器、PC技能交融,儀器儀表的數字化、智能化程度不時獲得進步。以美國德州儀器公司提出的“DSPS”概念為例,以DSP芯片為中心,共同進步前部的夾雜旌旗燈號電路、ASIC電路、元件及開拓東西等供應整個使用系統的處理方案。儀器儀表中采用了很多的超大規劃集成(VLSI)的新器件、外表貼裝技能(SMT)、多層線路板印刷、圓片規劃集成(WSI)和多芯片模塊(MCM)等新工藝,CAD、CAM、CAPP、CAT等核算機輔佐伎倆,使多媒體技能、人機交互、恍惚節制、人工神經元收集等新技能在現代儀器儀表中獲得了普遍使用。
收集化
多種智能化儀器儀表已陸續面向市場,儀器儀表正派歷著深入的智能化革新。集成測試系統也走向了收集化,各臺儀器之間經過GPIB總線、VXI總線相連。
微型化
MEMS產物包括汽車加快計,壓力、化學、流量傳器、微光譜儀等產物,普遍使用于情況科學、航天、生物醫療、汽車工業、軍事、工業節制等范疇。

傳感技術
傳感技術不僅是儀器儀表實現檢測的基礎,也是儀器儀表實現控制的基礎。這不僅因為控制必須以檢測輸入的信息為基礎,并且是由于控制達到的精度和狀態,必需感知,否則不明確控制效果的控制仍然是盲目的控制。
廣義而言傳感技術必須感知三方面的信息,它們是客觀世界的狀態和信息,被測控系統的狀態和信息以及操作人員需了解的狀態信息和操控指示。在這里應注意到客觀世界無窮無盡,測控系統對客觀世界的感知主要集中于與目標相關的客觀環境(簡稱既定目標環境),既定目標環境之外的環境信息可通過其它方法采集。被測控系統可以是簡單的物或單一的樣本,可以是復雜的無人直接操縱的自動系統,可以是有人(群)在內操作的大型自動化系統或社會活動系統,也可以是人體。以人體健康、生理、心理狀態為目標的傳感技術是醫療診治儀器的基礎和核心。操作人員可以是單人,但在系統化、網絡化的情況下常為不同崗位下的操作人員群體。
窄義而言,傳感技術主要是客觀世界有用信息的檢測,它包括有用被測量敏感技術,涉及各學科工作原理、遙感遙測、新材料等技術;信息融合技術,涉及傳感器分布,微弱信號提取(增強),傳感信息融合,成像等技術,傳感器制造技術,涉及微加工,生物芯片,新工藝等技術。
系統集成
系統集成技術直接影響儀器儀表和測量控制科學技術的應用廣度和水平,特別是對大工程、大系統、大型裝置的自動化程度和效益有決定性影響,它是系統級層次上的信息融合控制技術,包括系統的需求分析和建模技術,物理層配置技術,系統各部份信息通信轉換技術,應用層控制策略實施技術等。在操作人員為多種不同崗位的操作群體情況下,還包括各級操作人員需求分析技術。
智能控制
智能控制技術是人類以接近最佳方式,通過測控系統以接近最佳方式監控智能化工具、裝備、系統達到既定目標的技術,是直接涉及測控系統的效益發揮的技術,是從信息技術向知識經濟技術發展的關鍵。智能控制技術可以說是測控系統中最重要和最關鍵的軟件資源。從發展趨勢看,在企業信息化ERP/MES/PCS三級結構的計算機測控系統中,軟件的價格已超過硬件的3倍。而有關石化、冶金、電力、制藥行業中自動化測控系統的先進控制軟件價格就超過系統硬件價格。智能控制技術包括仿人的特征提取技術,目標自動辨識技術,知識的自學習技術,環境的自適應技術,最佳決策技術等。
人機界面
人機界面技術主要為方便儀器儀表操作人員或配有儀器儀表的主設備、主系統的操作員操作儀器儀表或主設備、主系統服務。它使儀器儀表成為人類認識世界、改造世界的直接操作工具。儀器儀表、甚至配有儀器儀表的主設備、主系統的可操作性、可維護性主要由人機界面技術完成。儀器儀表具有一個美觀、精致、操作簡單、維護方便的人機界面,常成為人們選用儀器儀表及配有儀器儀表的主設備、主系統的一個重要條件。
人機友好界面技術包括顯示技術、硬拷貝技術、人機對話技術、故障人工干預技術等。考慮到操作人員從單機單人向系統化、網絡化情況下的許多不同崗位的操作人員群體發展、人機友好界面技術正向人機大系統技術發展。此外,隨著儀器儀表的系統化、網絡化發展,識別特定操作人員、防止非操作人員的介入技術也日益受到重視。
可靠性
隨著儀器儀表和測控系統應用領域的日益擴大,可靠性技術特別是在一些軍事、航空航天、電力、核工業設施,大型工程和工業生產中起到提高戰斗力和維護正常工作的重要作用。這些部門一旦出現故障,將導致災難性的后果。因此裝置的可靠性、安全性、可維性、特別是包括受測控系統在內的整個系統的可靠性、安全性、可維性顯得特別重要。像2003年8月15日美國、加拿大大面積停電的事故,是決不應由部分設備故障而擴展造成!
儀器儀表和測控系統的可靠性技術除了測控裝置和測控系統自身的可靠性技術外,同時還要包括受測控裝置和系統出現故障時的故障處理技術。測控裝置和系統可靠性包括故障的自診斷、自隔離技術,故障自修復技術,容錯技術,可靠性設計技術,可靠性制造技術等。
 
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