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智能儀器的工作原理和功能特點(diǎn)

更新時(shí)間:2012-07-09      瀏覽次數(shù):1798

 

智智能儀器的工作原理和功能特點(diǎn)

 

本文主要分析的是智能儀器的工作原理及其功能特點(diǎn)。以下是主要內(nèi)容:

1. 智能儀器的工作原理

傳感器拾取被測(cè)參量的信息并轉(zhuǎn)換成電信號(hào),經(jīng)濾波去除干擾后送入多路模擬開(kāi)關(guān);由單片機(jī)逐路選通模擬開(kāi)關(guān)將各輸入通道的信號(hào)逐一送入程控增益放大器,放大后的信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖信號(hào)后送入單片機(jī)中;單片機(jī)根據(jù)儀器所設(shè)定的初值進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù) 運(yùn)算和處理(如非線(xiàn)性校正等);運(yùn)算的結(jié)果被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和打?。煌瑫r(shí)單片機(jī)把運(yùn)算結(jié)果與存儲(chǔ)于片內(nèi)FlashROM(閃速存儲(chǔ)器)或E2PROM(電可擦除存貯器)內(nèi)的設(shè)定參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算比較后,根據(jù)運(yùn)算結(jié)果和控制要求,輸出相應(yīng)的控制信號(hào)(如報(bào)警裝置觸發(fā)、繼電器觸點(diǎn)等)。此外,智能儀器還可以與PC機(jī)組成分布式測(cè)控系統(tǒng),由單片機(jī)作為下位機(jī)采集各種測(cè)量信號(hào)與數(shù)據(jù),通過(guò)串行通信將信息傳輸給上位機(jī)——PC機(jī),由PC機(jī)進(jìn)行全局管理。

2. 智能儀器的功能特點(diǎn)

隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展,集成了CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、并行和串行接口、看門(mén)狗、前置放大器甚至ADDA轉(zhuǎn)換器等電路在一塊芯片上的超大規(guī)模集成電路芯片(即單片機(jī))出現(xiàn)了。以單片機(jī)為主體,將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合在一起,又組成了所謂的“智能化測(cè)量控制系統(tǒng)”,也就是智能儀器。

與傳統(tǒng)儀器儀表相比,智能儀器具有以下功能特點(diǎn):

操作自動(dòng)化。儀器的整個(gè)測(cè)量過(guò)程如鍵盤(pán)掃描、量程選擇、開(kāi)關(guān)啟動(dòng)閉合、數(shù)據(jù)的采集、傳輸與處理以及顯示打印等都用單片機(jī)或微控制器來(lái)控制操作,實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程的全部自動(dòng)化。

具有自測(cè)功能,包括自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)故障與狀態(tài)檢驗(yàn)、自動(dòng)校準(zhǔn)、自診斷及量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換等。智能儀表能自動(dòng)檢測(cè)出故障的部位甚至故障的原因。這種自測(cè)試可以在儀器啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行,同時(shí)也可在儀器工作中運(yùn)行,極大地方便了儀器的維護(hù)。

具有數(shù)據(jù)處理功能,這是智能儀器的主要優(yōu)點(diǎn)之一。智能儀器由于采用了單片機(jī)或微控制器,使得許多原來(lái)用硬件邏輯難以解決或根本無(wú)法解決的問(wèn)題,現(xiàn)在可以用軟件非常靈活地加以解決。例如,傳統(tǒng)的數(shù)字萬(wàn)用表只能測(cè)量電阻、交直流電壓、電流等,而智能型的數(shù)字萬(wàn)用表不僅能進(jìn)行上述測(cè)量,而且還具有對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行諸如零點(diǎn)平移、取平均值、求極值、統(tǒng)計(jì)分析等復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理功能,不僅使用戶(hù)從繁重的數(shù)據(jù)處理中解放出來(lái),也有效地提高了儀器的測(cè)量精度。

具有友好的人機(jī)對(duì)話(huà)能力。智能儀器使用鍵盤(pán)代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器中的切換開(kāi)關(guān),操作人員只需通過(guò)鍵盤(pán)輸入命令,就能實(shí)現(xiàn)某種測(cè)量功能。與此同時(shí),智能儀器還通過(guò)顯示屏將儀器的運(yùn)行情況、工作狀態(tài)以及對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果及時(shí)告訴操作人員,使儀器的操作更加方便直觀(guān)。

具有可程控操作能力。一般智能儀器都配有GPIB、RS232C、RS485等標(biāo)準(zhǔn)的通信接口,可以很方便地與PC機(jī)和其他儀器一起組成用戶(hù)所需要的多種功能的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng),來(lái)完成更復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)。

3. 智能儀器的發(fā)展概況

80年代,微處理器被用到儀器中,儀器前面板開(kāi)始朝鍵盤(pán)化方向發(fā)展,測(cè)量系統(tǒng)常通過(guò)IEEE488總線(xiàn)連接。不同于傳統(tǒng)獨(dú)立儀器模式的個(gè)人儀器得到了發(fā)展等。

90年代,儀器儀表的智能化突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:微電子技術(shù)的進(jìn)步更深刻地影響儀器儀表的設(shè)計(jì);DSP芯片的問(wèn)世,使儀器儀表數(shù)字信號(hào)處理功能大大加強(qiáng);微型機(jī)的發(fā)展,使儀器儀表具有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力;圖像處理功能的增加十分普遍;VXI總線(xiàn)得到廣泛的應(yīng)用。

近年來(lái),智能化測(cè)量控制儀表的發(fā)展尤為迅速。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了多種多樣智能化測(cè)量控制儀表,例如,能夠自動(dòng)進(jìn)行差壓補(bǔ)償?shù)闹悄芄?jié)流式流量計(jì),能夠進(jìn)行程序控溫的智能多段溫度控制儀,能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字PID和各種復(fù)雜控制規(guī)律的智能式調(diào)節(jié)器,以及能夠?qū)Ω鞣N譜圖進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)處理的智能色譜儀等。

上智能測(cè)量?jī)x表更是品種繁多,例如,美國(guó)HONEYWELL公司銷(xiāo)售的DSTJ-3000系列智能變送器,能進(jìn)行差壓值狀態(tài)的復(fù)合測(cè)量,可對(duì)變送器本體的溫度、靜壓等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償,其精度可達(dá)到±0.1FS;美國(guó)RACA-DANA公司的9303型超高電平表,利用微處理器消除電流流經(jīng)電阻所產(chǎn)生的熱噪聲,測(cè)量電平可低達(dá)-77dB;美國(guó)FLUKE公司銷(xiāo)售的超級(jí)多功能校準(zhǔn)器5520A,內(nèi)部采用了3個(gè)微處理器,其短期穩(wěn)定性達(dá)到1ppm,線(xiàn)性度可達(dá)到0.5ppm;美國(guó)FOXBORO公司銷(xiāo)售的數(shù)字化自整定調(diào)節(jié)器,采用了專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù),能夠像有經(jīng)驗(yàn)的控制工程師那樣,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)迅速地整定調(diào)節(jié)器。這種調(diào)節(jié)器特別適合于對(duì)象變化頻繁或非線(xiàn)性的控制系統(tǒng)。由于這種調(diào)節(jié)器能夠自動(dòng)整定調(diào)節(jié)參數(shù),可使整個(gè)系統(tǒng)在銷(xiāo)售過(guò)程中始終保持品質(zhì)。

 

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