在这个智能化社会,智能仪器绝对是受人们所欢迎的,除了是提高检测测量的精确,也提高了人工成本,工作效率等;
智能仪器就是将人工智能的理论,方法和技术应用于仪器,使其具有类似于人的只能特性或功能的仪器。智能仪器不再是简单的硬件实体,而是硬件与软件的结合。
智能仪器的工作方式与计算机类似,而与传统测试仪器的差别较大。主要由两部分组成:硬件和软件;硬件部分主要包括数据采集与调理单元、微处理器单元、输人输出接口单元、键盘输人单元、通信单元等,其组成结构如图所示。软件部分主要由各种程序构成。
(智能仪器结构展示图)
与智能仪器相比,传统仪器就就没有了数据存储,处理的功能,只能通过人工计算来得出结果,相对于传统仪器而言,智能仪器有以下几大类特点:
①借助于传感器和变送器采集信息。
②具有硬件软件化的优势。采用了微处理器,许多传统的硬件逻辑功能都用软件代替,如传统数字电压表中的计数器、寄存器、译码显示电路等。这样降低了成本,减少了体积,降低了功耗,提高了可靠性。
③具有人机对话的功能。使用者借助面板上的键盘和显示屏,用对话方式选择测量功能、设置参数,并通过显示器等获得测量结果。
④具有记忆信息的功能。智能仪器中的存储器既用来存储测量程序、相关的数学模型及操作人贝输人的信息,乂用来存储以前测得的和现在测得的各种数据。
⑤具有自动处理数据的功能。智能仪器对测得的数据可按预先设置的程序进行算术运算,如求平均值、对数、方差、标准偏差等数学运算,还可求解代数方程,并对信息进行分析、比较和推理。
⑥具有自检、诊断和测试功能。智能仪器可对內身各部分的电路及功能进行检测,验证其能否正常t作。自检合格时,将显示自检合格的信息或发出相应的声音。否则,将会运行自诊断程序,对仪器作进一步检查,并显示有关故障的信息。若仪器中考虑了替换方案,还可在内部进行协调和重组,自动修复系统。
⑦具有自校准(校准零点、增益等)功能,保证仪器自身测量的准确度。
⑧具有自补偿、适应外界变化的功能。智能仪器能动补偿环境温度、压力等因素对被测量的影响,能补偿输人信号的非线性,并根据外部负载的变化的动输出与其匹配的信号。
⑨具存对外接口功能。通过GPIB标准接口,能够容易地接入自动测试系统,甚至接人Imemel接受遥控,实现自动测试。
智能的出现,极大地扩充了传统仪器的应用范围。智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势,迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。
1.智能仪器的工作原理
传感器拾取被测参量的信息并转换成电信号,经滤波去除干扰后送入多路模拟开关;由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器,放大后的信号经A/D转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中;单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理(如非线性校正等);运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印;同时单片机把运算结果与存储于片内FlashROM(闪速存储器)或E2PROM(电可擦除存贮器)内的设定参数进行运算比较后,根据运算结果和控制要求,输出相应的控制信号(如报警装置触发、继电器触点等)。此外,智能仪器还可以与PC机组成分布式测控系统,由单片机作为下位机采集各种测量信号与数据,通过串行通信将信息传输给上位机——PC机,由PC机进行全局管理。
2.智能仪器的功能特点
随着微电子技术的不断发展,集成了CPU、存储器、定时器/、并行和串行接口、看门狗、前置放大器甚至A/D、D/A转换器等电路在一块芯片上的超大规模集成电路芯片(即单片机)出现了。以单片机为主体,将计算机技术与测量控制技术结合在一起,又组成了所谓的“智能化测量控制系统”,也就是智能仪器。
与传统相比,智能仪器具有以下功能特点:
①操作自动化。仪器的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、数据的采集、传输与处理以及显示打印等都用单片机或微控制器来控制操作,实现测量过程的全部自动化。
②具有自测功能,包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。智能能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。这种自测试可以在仪器启动时运行,同时也可在仪器工作中运行,极大地方便了仪器的维护。
③具有数据处理功能,这是智能仪器的主要优点之一。智能仪器由于采用了单片机或微控制器,使得许多原来用硬件逻辑难以解决或根本无法解决的问题,现在可以用软件非常灵活地加以解决。例如,传统的数字万用表只能测量电阻、交直流电压、电流等,而智能型的数字万用表不仅能进行上述测量,而且还具有对测量结果进行诸如零点平移、取平均值、求极值、统计分析等复杂的数据处理功能,不仅使用户从繁重的数据处理中解放出来,也有效地提高了仪器的测量精度。
智能仪器仪表防雷,要从两方面入手,包括外部系统防雷与内部系统防雷,一般主要靠加入防雷装置来实现。具体可通过以下方法来进行防雷。
1、防雷先从接地系统做起。仪器仪表的机壳,尤其像控制柜、操作台、电源柜等,机壳都要用扁钢连接到一起。仪表工作电源如24V负端和仪表信号地、计算机输入输出信号地等相连要构成等电位。本安地、安全栅、隔离栅、安全器等接地也要考虑仪表信号参考点连接时是否构成等电位。
2、不能忽视智能仪器仪表的电源防雷保护。为智能仪器仪表安装防浪涌保护系统或者电涌保护器以确保仪器仪表不会超过耐压极限。电涌保护器可以在雷暴天气感应到雷浪涌时,将过载电流汇入大地。
3、为智能仪器仪表设置信号通道电涌器,不仅能够保证信息传递准确、稳定、灵活,而且能够在雷暴天气,泄放过压电涌到大地,确保信号传输的安全。
4、定期对智能仪器仪表的电源系统接地、汇流条、接地体、电涌器、电源防雷栅等进行检查和维修,以及及时更换。
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