网络化仪器综述

　　1　现代测试仪器的发展

　　1·1　从传统仪器到智能仪器

　　20世纪50年代以前的模拟式仪器仪表是第一代仪器仪表。60年代,随着集成电路的出现,产生了以集成电路芯片为基础的第二代仪器仪表即数字式仪表,如数字电压表、数字功率计、数字频率计等。这类仪器将测试信号转化为数字信号,并以数字元方式输出最终结果,适用于快速响应和高精度的要求,还可以将数据通过接口输入计算机处理,但仪表本身不含有微处理器。70年代出现了包含微处理器的第三代仪器仪表即智能仪器仪表。它们不仅能完成某些测量任务,还能进行各种复杂的数据运算处理,且能适应被测参数的变化,自动补偿、自动选择量程、自动校准、自寻故障、自动进行指标判断与分选以及进行逻辑操作、定量控制与程序控制等。这是仪器发展史上的一次革命。因此,有人提出了“计算机就是仪器”的口号[1]。

　　1·2　虚拟仪器的出现

　　20世纪80年代,美国国家仪器公司(NI)首先提出了“虚拟仪器”(Virtual Instrument,VI)的概念。虚拟仪器就是以通用计算机为基础,加上特定的硬件接口设备和为实现特定功能而编制的软件而形成的一种新型仪器。其中,硬件接口模块包括数据采集卡(DAQ)、串/并口、IEEE488接口(GPIB)卡、VXI控制器以及其他接口卡。它们主要完成被测输入信号的采集、放大、模数转换以及输出信号的数模转换等功能。当硬件确定以后,用户可以通过不同测试功能的软件模块(如用于数据分析、过程通讯及图形用户界面的软件)的组合来实现不同的功能。正由于软件是虚拟仪器的关键,因此从某种意义上可以说:“软件就是仪器”。

　　1·3　网络化仪器仪表

　　1978年,通用仪器总线GPIB的问世,实现了将14台仪器由GPIB总线连接成为一个系统。这可以说是网络化仪器系统的雏形,以后又出现了VXI总线、现场控制总线等将更多的仪器连成一个测控系统。但是这些都还不是现代意义上的网络化仪器测试系统。Internet的出现及其十分迅速地渗透到社会生活的各个领域,对各种传统产业产生了巨大冲击。在测量测试领域,可以将仪器、昂贵的外围设备、测试对象以及数据库等资源纳入网络,实现资源共享,共同完成测试任务。网络时代测量仪器的特点之一就是,人们可以把信息系统与测量系统通过Internet连接起来,做到资源共享,高效完成复杂艰巨的测量控制任务。

　　测量系统一般由数据采集、数据分析、数据表示这3个部分组成,当将这3个位于不同地理位置的部分由网络连起来从而完成测试任务的时候,就可以形成网络化仪器。在网络化仪器中,被测对象可通过测试现场的数据采集设备,将测得的数据或信息通过网络传输给异地的微机化仪器去分析处理,分析后的结果又可被执行机构查询使用,使数据采集、传输、处理分析成为一体,甚至实现实时采集、实时监测。这里,测试网络的总的功能将远远大于系统中各独立个体的功能之和。