智能仪器的工作原理及特点
一、智能仪器的工作原理
传感器拾取被测参址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人单片机中;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(电可擦除存储器)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。
二、智能仪器的特点
智能仪器相对于过去传统的、纯硬件的仪器来说是一种新的突破，其发展潜力十分巨大.与传统仪器仪表相比，智能仪器具有以下功能特点:
1.测量过程的软件控制
测量过程的软件控制源起于数字化仪器测量过程的时序控制。20世纪60年代末，数字化仪器的自动化程度已经很高，如可实现自稳零放大、自动极性判断、自动量程切换、自动报等、过载保护、非线性补尝、多功能测试和数百点巡回检测等。但随着上述功能的增加，使其硬件结构越来越复杂，而导致体积及重量增大、成本上升、可靠性降低，给其进一步地发展造成很大困难。但不引人微计算机技术，使测最过程改用软件控制之后，上述困难即得到很好的解决，它不仅简化了硬件结构、缩小了体积及功耗、提高了可靠性、琳加了灵活性，而且使仪器的自动化程度更高，如实现简单人机对话、自检、自诊、自校准及CRT显示及输出打印和制图等。这就是人们常说的“以软(件)代硬(件)”的效果。
在进行软件控制时，仪器在CPU的指挥下，按照软件流程不断取指(令)、寻 (地)址，进行各种转换、逻辑判断，驱动某一执行元件完成某一动作，使仪器的工作按一定顺序进行下去。在这里，基本操作为以软件形式完成的逻辑转换，它与硬件的工作方式有很大的区别。操作中的每个步骤往往由若干指令组成，每条指令都需要有一定的执行时间。尽管很短，但较之硬件就方便得多。如对一个数求反，在组合逻辑上转换的时间就极短，可认为是瞬间完成。而在软件操作上，它就需经从存储器中取数，求反并退回存储器等几个步骤，其执行时间一般都是us级的.软件转换带来很大的方便，而且灵活性很强，当需改变功能时，需改变程序即可，并不需要改变硬件结构。因此灵活性强，但工作速度相对硬件逻辑较慢，这是软件控制的特点。这一特点，使它在一些要求速度很高的地方，如实时处理或实时控制等方面的应用受到一定的限制。
2.具有数据处理功能
对测量数据进行存储及运算的数据处理功能是智能仪器最突出的特点，它主要表现在改善测虽精确度及对测量结果的再加工两个方面。
在提高测址精确度方面，大量的工作是对随机误差及系统误差进行处理。过去传统的方法是用手工的方法对测最结果进行处理，不仅工作量大、效率低，而且往往会受到一些主观因素的影响，使处理的结果不理想。在智能仪器中采用软件对测量结果进行及时的、在线的处理可收到很好的效果，不仅方便、快速，而且可以避免主观因素的影响，使测量的精确度及处理结果的质盘都大为提高.由于可以实现各种算法.不仅可实现各种误差的计算及补偿，而.且使在线测量仪器中常遇到的诸如非线性校准等问题也易于解决。
对测量结果的再加工，可使智能仪器提供更多高质量的信息.例如，一些信号分析仪器在微计算机的控制下，不仅可以实时采集信号的实际波形，在CRT上复现，并可在时问轴上进行展开或压缩。还可对所采集的样本进行数字滤波，将淹没于干扰中的信号提取出来;也可对样本进行时域的(如相关分析、卷积、反眷权、传递函数等)或频域的(如幅值谱、相位谱、功率谱等)分析，这样就可以从原有的测量结果中提取更多的信息。
3.具有可程拉操作能力
智能仪器的测杖过程、软件控制及数据处理功能使一机多用的多功能化易于实现，成为这类仪器的又一特点。一般智能仪器都配有GPIB, RS232C, RS485等标准的通信接口.可以很方便地与PC机和其他仪器一起组成用户所需要的多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任务。
4.操作自动化
仪器的整个测且过程如键盘扫描、徽程选择、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。
5.多功能化
一般的智能仪器都具有自测功能，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。智能仪表能自动检侧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。
6.具有友好的人机对话能力
智能仪器使用键盘代替传统仪器中的切换开关，操作人员只需通过键盘输人命令，就能实现某种测址功能。与此同时，智能仪器还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉操作人员。使仪器的操作更加方便直观。
传感器拾取被测参址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人单片机中;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(电可擦除存储器)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。
二、智能仪器的特点
智能仪器相对于过去传统的、纯硬件的仪器来说是一种新的突破，其发展潜力十分巨大.与传统仪器仪表相比，智能仪器具有以下功能特点:
1.测量过程的软件控制
测量过程的软件控制源起于数字化仪器测量过程的时序控制。20世纪60年代末，数字化仪器的自动化程度已经很高，如可实现自稳零放大、自动极性判断、自动量程切换、自动报等、过载保护、非线性补尝、多功能测试和数百点巡回检测等。但随着上述功能的增加，使其硬件结构越来越复杂，而导致体积及重量增大、成本上升、可靠性降低，给其进一步地发展造成很大困难。但不引人微计算机技术，使测最过程改用软件控制之后，上述困难即得到很好的解决，它不仅简化了硬件结构、缩小了体积及功耗、提高了可靠性、琳加了灵活性，而且使仪器的自动化程度更高，如实现简单人机对话、自检、自诊、自校准及CRT显示及输出打印和制图等。这就是人们常说的“以软(件)代硬(件)”的效果。
在进行软件控制时，仪器在CPU的指挥下，按照软件流程不断取指(令)、寻 (地)址，进行各种转换、逻辑判断，驱动某一执行元件完成某一动作，使仪器的工作按一定顺序进行下去。在这里，基本操作为以软件形式完成的逻辑转换，它与硬件的工作方式有很大的区别。操作中的每个步骤往往由若干指令组成，每条指令都需要有一定的执行时间。尽管很短，但较之硬件就方便得多。如对一个数求反，在组合逻辑上转换的时间就极短，可认为是瞬间完成。而在软件操作上，它就需经从存储器中取数，求反并退回存储器等几个步骤，其执行时间一般都是us级的.软件转换带来很大的方便，而且灵活性很强，当需改变功能时，需改变程序即可，并不需要改变硬件结构。因此灵活性强，但工作速度相对硬件逻辑较慢，这是软件控制的特点。这一特点，使它在一些要求速度很高的地方，如实时处理或实时控制等方面的应用受到一定的限制。
2.具有数据处理功能
对测量数据进行存储及运算的数据处理功能是智能仪器最突出的特点，它主要表现在改善测虽精确度及对测量结果的再加工两个方面。
在提高测址精确度方面，大量的工作是对随机误差及系统误差进行处理。过去传统的方法是用手工的方法对测最结果进行处理，不仅工作量大、效率低，而且往往会受到一些主观因素的影响，使处理的结果不理想。在智能仪器中采用软件对测量结果进行及时的、在线的处理可收到很好的效果，不仅方便、快速，而且可以避免主观因素的影响，使测量的精确度及处理结果的质盘都大为提高.由于可以实现各种算法.不仅可实现各种误差的计算及补偿，而.且使在线测量仪器中常遇到的诸如非线性校准等问题也易于解决。
对测量结果的再加工，可使智能仪器提供更多高质量的信息.例如，一些信号分析仪器在微计算机的控制下，不仅可以实时采集信号的实际波形，在CRT上复现，并可在时问轴上进行展开或压缩。还可对所采集的样本进行数字滤波，将淹没于干扰中的信号提取出来;也可对样本进行时域的(如相关分析、卷积、反眷权、传递函数等)或频域的(如幅值谱、相位谱、功率谱等)分析，这样就可以从原有的测量结果中提取更多的信息。
3.具有可程拉操作能力
智能仪器的测杖过程、软件控制及数据处理功能使一机多用的多功能化易于实现，成为这类仪器的又一特点。一般智能仪器都配有GPIB, RS232C, RS485等标准的通信接口.可以很方便地与PC机和其他仪器一起组成用户所需要的多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任务。
4.操作自动化
仪器的整个测且过程如键盘扫描、徽程选择、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。
5.多功能化
一般的智能仪器都具有自测功能，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。智能仪表能自动检侧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。
6.具有友好的人机对话能力
智能仪器使用键盘代替传统仪器中的切换开关，操作人员只需通过键盘输人命令，就能实现某种测址功能。与此同时，智能仪器还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉操作人员。使仪器的操作更加方便直观。
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