仪器仪表的特点 

　1　当今仪器仪表的特点

　　1.1　硬件功能软件化

　　随着微电子技术的发展，微处理器的速度越来越快，价格越来越低，已被广泛应用于仪器仪表中，使得一些实时性要求很高，原本由硬件完成的功能，可以通过软件来实现。甚至许多原来用硬件电路难以解诀或根本无法解决的问题，也可以采用软件技术很好地加以解决。数字信号处理技术的发展和高速数字信号处理器的广泛采用，*地增强了仪器的信号处理能力。数字滤波、FFT、相关、卷积等是信号处理的常用方法，其共同特点是，算法的主要运算都是由迭代式的乘和加组成，这些运算如果在通用微机上用软件完成，运算时间较长，而数字信号处理器通过硬件完成上述乘、加运算，大大提高了仪器性能，推动了数字信号处理技术在仪器仪表领域的广泛应用。

　　1.2集成化、模块化

　　规模集成电路LSI技术发展到今天，集成电路的密度越来越高，体积越来越小，内部结构越来越复杂，功能也越来越强大，从而大大提高了每个模块进而整个仪器系统的集成度。模块化功能硬件是现代仪器仪表的一个强有力的支持，它使得仪器更加灵活，仪器的硬件组成更加简洁，比如在需要增加某种测试功能时，只需增加少量的模块化功能硬件，再调用相应的软件来使用此硬件即可。

　　1.3　参数整定与修改实时化

　　随着各种现场可编程器件和在线编程技术的发展，仪器仪表的参数甚至结构不必在设计时就确定，而是可以在仪器使用的现场实时置入和动态修改。

　　1.4　硬件平台通用化

　　现代仪器仪表强调软件的作用，选配一个或几个带共性的基本仪器硬件来组成一个通用硬件平台，通过调用不同的软件来扩展或组成各种功能的仪器或系统。一台仪器大致可分解为三个部分：1)数据的采集;2)数据的分析与处理;3)存储、显示或输出。传统的仪器是由厂家将上述三类功能部件根据仪器功能按固定的方式组建，一般一种仪器只有一种或数种功能。而现代仪器则是将具有上述一种或多种功能的通用硬件模块组合起来，通过编制不同的软件来构成任何一种仪器。

　　2　仪器仪表设计的新方法

　　为了造应仪器仪表发展的新特点，各种新型的设计工具和设计方法不断涌现。这里择其具有代表性的二者加以介绍。

　　2.1　仪器仪表的虚拟化设计与LabVIEW图形化发工具

　　电子仪器与计算机技术更深层次的结合产生了一种新的仪器模式：虚拟仪器(VirtualInstrument)。虚拟仪器是指在通用计算机上添加一层软件和一些硬件模块，使用户操作这台通用计算机就像操作一台自己专门设计的仪器一样。虚拟仪器技术强调软件的作用，提出了“软件就是仪器”的概念。它是电子测试与仪器领域中发展方兴未艾的技术，特别适用于现代越来越复杂的测试系统。

　　NI公司的LabVIEW是一套专为数据采集与仪器控制、数据分析和数据表达而设计的图形化编程软件。它增强了用户在标准的计算机上配以经济的硬件设备来构建自己的仪器系统的能力。将LabVIEW与一般的数据采集以及仪器设备加以组合，就可以设计出虚拟仪器，并将其应用于许多领域，而不象传统的仪器那样，受生产商所设计功能的限制。

　　LabVIEW提供一种像数据流一样的编程方式，用户只要连接各个逻辑框即可构成程序。它的基本程序单位是VI。LabVIEW通过图形编程的方法，建立一系列的VI，来完成用户的测试任务。对于简单的测试任务，可由一个VI完成;对仪器仪表的特点于复杂的测试任务，则可按照模块设计的概念，把一项复杂的测试任务变成一系列的子任务。设计时，先设计各种VI以完成每项子任务，然后把这些VI组合起来以完成更大的任务，zui后建成的顶层虚拟仪器就成为一个包括众多功能子虚拟仪器的集合。

　　使用传统的程序设计语言开发仪器系统存在许多困难。不仅要关心程序流程方面的问题，还必须考虑用户界面、数据同步、数据表达等复杂的问题，这些问题在LabVIEW中都迎刃而解了。LabVIEW还带有多种基本的VI库。其中包括采用GP-IB、VISA、VXI和串行接口的仪器的驱动程序。LabVIEW还拥有功能*且庞大的分析函数库，其涵盖了统计、估计、回归分析、线性代数、信号生成、时域频域分析及数字滤波等众多科学领域。

　　2.2　ESP在系统可编程技术

　　ISP(In SystemProgrammability)在系统可编程是指在用户自己设计的目标系统中或线路板上为重构逻辑器件进行编程或反复编程的能力。这种重构可以在实验开发过程中、制造过程中甚至在交付用户使用后在现场进行或通过Internet进行。ISP技术的应用，给仪器仪仪器仪表系统的设计带来了革命性的变化。它使得仪器仪表的硬件系统不再是固定结构，而是具有了软件的灵活性，在调试过程中不断更改“软件”就可达到硬件功能的改进，这种“软”硬件的全新设计概念，使系统具有了*的灵活性的适应性。

　　传统上，在系统可编程技术主要用于数字系统设计中，如美国Xilinx公司的FPGA现场可编程门阵列和CPLD复杂可编程逻辑器件等均支持ISP技术。

　　3　结论

　　现代仪器仪表不再是功能单一的和固定的不可变结构，而是越来越表现出柔性化和智能化，适应性越来越强，功能越来越丰富。相应地，仪器仪表的设计需要更宽的知识面，因而也更富于挑战性。

传感器与检测仪表发展趋势之“浅谈 ”

我国传感器产业要适应技术潮流，向国内外两个市场相结合的化方向发展，让传感器和检测仪表抓住信息化的发展机遇。

　　近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造，而且可导致建立新型工业，是21世纪新的经济增长点。微型化是建立在微电子机械系统(MEMS)技术基础上的，目前已成功应用在硅器件上形成硅压力传感器(如上述EJX变送器)。

　　微电子机械加工技术，包括体微机械加工技术、表面微机械加工技术、LIGA技术(X光深层光刻、微电铸和微复制技术)、激光微加工技术和微型封装技术等。MEMS的发展，把传感器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。传感器的检测仪表，在微电子技术基础上，内置微处理器，或把微传感器和微处理器及相关集成电路(运算放大器、A/D或D/A、存贮器、网络通讯接口电路)等封装在一起完成了数字化、智能化、网络化、系统化。(注：MEMS技术还完成了微电动机或执行器等产品，将另作文介绍)网络化方面，目前主要是指采用多种现场总线和以太网(互联网)，这要按各行业的特点，选择其中的一种或多种，近年内zui流行的有FF、Profibus、CAN、Lonworks、AS-Interbus、TCP/IP等。

　　除MEMS外，新型传感器的发展还有赖于新型敏感材料、敏感元件和纳米技术，如新一代光纤传感器、超导传感器、焦平面陈列红外探测器、生物传感器、纳米传感器、新型量子传感器、微型陀螺、网络化传感器、智能传感器、模糊传感器、多功能传感器等。

　　多传感器数据融合技术正在形成热点，它形成于20世纪80年代，它不同于一般信号处理，也不同于单个或多个传感器的监测和测量，而是对基于多个传感器测量结果基础上的更高层次的综合决策过程。有鉴于传感器技术的微型化、智能化程度提高，在信息获取基础上，多种功能进一步集成以致于融合，这是必然的趋势，多传感器数据融合技术也促进了传感器技术的发展。多传感器数据融合的定义概括：把分布在不同位置的多个同类或不同类传感器所提供的局部数据资源加以综合，采用计算机技术对其进行分析，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，加以互补，降低其不确实性，获得被测对象的一致性解释与描述，从而提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性，使系统获得更充分的信息。其信息融合在不同信息层次上出现，包括数据层(像素层)融合、特征层融合、决策层(证据层)融合。由于它比单一传感器信息有如下优点，即容错性、互补性、实时性、经济性，所以逐步得到推广应用。应用领域除军事外，已适用于自动化技术、机器人、海洋监视、地震观测、建筑、空中交通管制、医学诊断、遥感技术等方面。