智能仪器设计基础 教学课件 作者 王祁 主编 第1章　绪　　论.ppt

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1、第1章　绪　　论1.1　概述1.2　智能仪器的结构和特点1.3　智能仪器的发展1.1　概述1.1.1　仪器仪表的重要性1.1.2　从传统仪器到智能仪器1.1.1　仪器仪表的重要性1.仪器仪表是信息获取的工具2.仪器仪表在经济建设和国防军工中发挥巨大作用1.仪器仪表是信息获取的工具仪器仪表是信息获取的源头，是重要的测量工具。仪器仪表通过测量获取数据，定量准确地描述被测对象的特性，并可以实现对测量数据的存储、显示、处理和传输。仪器仪表是人类认识世界的重要工具，假如没有仪器仪表，就不能定量地认识工业生产过程、环境和产品，就不可能进行检验

2、、控制或处理。在信息“采集—传输—处理”的信息获取中，仪器仪表是源头，因此人们越来越认识到仪器仪表的重要性。正如钱学森院士所说的那样，“新技术革命的关键是信息技术。信息技术是由测量技术、计算机技术、通信技术三部分组成，其中，测量技术则是关键和基础。”2.仪器仪表在经济建设和国防军工中发挥巨大作用现代化工业生产过程离不开仪器仪表，自动化程度越高，需要的仪器仪表和传感器就越多。仪器仪表作为实现采集、测量、处理和控制的重要手段和设备，对现代化生产具有先导作用，对国民经济有着巨大的影响力和辐射能力。“神七”的成功发射以及航天员出舱遨游太空

3、的实现，是我国科技发展的新里程碑。从飞船的发射到返回整个过程，哪一个环节都离不开准确可靠的测量数据，离不开仪器仪表。各国在军备竞赛中大力发展精确打击武器，各种武器系统的打击精度首先取决于测量的准确度。仪器仪表和测量控制技术是新技术革命的先导和基础，先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主要内容和创新成果的体现。在诺贝尔物理和化学奖中，大约有四分之一与科学仪器有关，如电子显微镜、CT断层扫描仪、扫描隧道显微镜等。1.1.2　从传统仪器到智能仪器智能仪器是一类新型的电子仪器，它由传统电子仪器发展而来，但又同传统

4、的电子仪器有很大区别。特别是微处理器的应用，使电子仪器发生了重大的变革。回顾电子仪器的发展过程，从使用的元器件来看，它经历了真空管时代—晶体管时代—集成电路时代三个阶段。从电子仪器的工作原理来看，电子仪器的发展过程经历了三代：第一代是模拟式电子仪器，它基于电磁测量原理，基本结构是电磁式的，利用指针来显示最终的测量结果。传统的指针式的电压表、电流表、功率表等，均是典型的模拟式仪器。这一代仪器功能单一，精度低，响应速度慢。第二代是数字式电子仪器，它的基本原理是利用A/D转换器将待测的模拟信号转换为数字信号，测量结果以数字形式输出显示。

5、它的精度高、速度快、读数清晰、直观，测量结果可打印输出，也容易与计算机技术相结合。因为数字信号便于远距离传输，所以数字式电子仪器可用于遥测和遥控。1.2　智能仪器的结构和特点1.2.1　智能仪器的结构1.2.2　智能仪器的主要特点1.2.1　智能仪器的结构图1-1　微处理器内嵌式智能仪器基本组成结构1.2.1　智能仪器的结构图1-2　个人计算机式智能仪器基本组成结构1.2.2　智能仪器的主要特点1.智能仪器汇集各种高新技术2.测量过程的软件控制3.强大的数据处理功能4.多功能化5.操作自动化6.对外开放性1.智能仪器汇集各种高新技

6、术俄国著名化学家门捷列夫曾说过：“没有测量就没有科学。”　人们为了准确、深刻、全面地认识自然界，必须利用一切先进的科学原理和技术手段来研制、开发各种新型的仪器，通过先进的仪器发现并认识新的现象、规律和原理。智能仪器就是随着各种新技术的发展而发展的，是电子技术、计算技术、传感技术、信号处理、网络等领域的新技术相融合的产物。　新原理、新设计概念、新器件、新材料和新工艺技术都在智能仪器中得到应用，智能仪器汇集了各种高新技术。2.测量过程的软件控制智能仪器中的微处理器可以对测量过程进行控制，实现测量自动化。如可实现自稳零放大、自动极性判断

7、、自动量程切换、自动报警、过载保护、多点巡回检测等等。测量过程用软件控制之后，简化了原有数字化仪器的硬件结构，缩小了体积及功耗、提高了可靠性、增加了灵活性，使仪器的自动化程度更高。智能仪器在软件的控制下，可以方便地实现人机对话、自检、自诊断、自校准以及CRT显示及输出打印和制图等功能。这就是人们常说的“以软(件)代硬(件)”的效果。软件在智能仪器中占有举足轻重的作用，它给智能仪器的设计带来很大的方便。当需要改变功能时，只需改变程序，而不需要改变硬件结构，因此，灵活性非常强。但工作速度相对硬件逻辑较慢，这是软件控制的特点。现在高档单

8、片机的速度较快，一般都能满足智能仪器实时性的要求。3.强大的数据处理功能对测量数据进行运算、存储及数据处理是智能仪器最突出的特点，通过数据处理可以改善测量精确度并对测量结果再加工。在提高测量精确度方面，大量的工作是对随机误差及系统误差进行处理。过去