测量仪器演进与计算机技术发展

　　1　引言

　　随着以计算机技术为代表的高新技术的迅速发展,电子测量仪器的发展取得了重大突破。电子测量仪器的演化与发展从总体上看沿着两条主线展开。一是从所采用的技术上看,经历了模拟仪器、数字仪器、智能仪器的发展过程;二是从仪器的结构形式上看,经历了独立仪器、模块化仪器、虚拟仪器和网络化仪器的发展过程。这两条发展主线的技术基础都是计算机技术,并随着时间的推移而不断变化。

　　2　从传统仪器到智能仪器

　　20世纪70年代微型计算机的出现,带动了传统测量仪器μp化(微处理器化)的浪潮,独立仪器在原有的模拟仪器和数字仪器的基础上,又诞生了智能仪器和PC仪器。

　　智能仪器采用计算机技术,不仅简化了仪器的硬件结构,提高了可靠性、增加了灵活性,而且还使仪器的自动化程度更高。智能仪器使用键盘代替传统仪器中的旋转式或琴键式切换开关,从而使仪器面板的布置和仪器功能部件的安排可以完全独立的进行。智能仪器具有友好的人机界面,使用时只需通过键盘输入命令,仪器就能实现测量、自检、数据处理、显示及打印等多种功能。

　　智能仪器最突出的特点是它的数据处理功能,主要表现在改善测量的精确度及对测量结果的处理两方面。由于微处理器的应用,极大地提高了仪器的性能。在提高测量精度方面,智能仪器采用软件对测量结果进行及时的在线的处理,对各种误差进行计算和补偿,精度和数据处理的质量都大为提高。例如传统的数字万用表只能测量电阻、交直流电压、电流等,而智能型数字万用表不仅能进行上述测量,而且还能对测量结果进行诸如零点平移、平均值、极值、统计分析以及更加复杂的数据处理。又如,一些信号分析仪器在微处理器的控制下,不仅可以实时采集信号的实际波形,在CRT上复现,并可在时间轴上进行展开或压缩,还可以对所采集的样本进行数字滤波,将淹没在干扰中的信号提取出来,也可以对样本信号进行时域的或频域的分析,使仪器具有更深层次的分析能力。

　　作为智能仪器发展的一种新阶段,PC仪器实际上就是建立在PC机系统上的测量仪器,它由硬件和软件两大部分组成。仪器的硬件部分主要包括CPU、存储器、总线、各种I/O接口、输入/输出通道,仪器面板(键盘、开关、按钮、显示器)等,其结构如图1所示。

　　不难看出,μp化仪器发展的结果,使得测量仪器与计算机系统的界限日渐模糊。一个配备相应软件和硬件的计算机将能够完成许多仪器、仪表的功能,实质上相当于一台多功能的通用测量仪器。这种测量仪器的概念与传统的测量仪器大相径庭,从某种意义上说,现代测量仪器(系统)与计算机系统表现出全局意义上的相通性。据此,有关学者提出了“计算机就是仪器”的概念。