構(gòu)建完善的儀器儀表自動(dòng)檢測(cè)體系

王大圣

摘要：介紹自動(dòng)控制系統(tǒng)中自動(dòng)檢測(cè)儀器儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及實(shí)驗(yàn)原理，計(jì)算機(jī)接口電路和軟件的設(shè)計(jì)以及相關(guān)技術(shù)和發(fā)展，從而掌握構(gòu)建完善的儀器儀表自動(dòng)檢測(cè)體系的方法。

關(guān)鍵詞：儀器儀表；自動(dòng)檢測(cè)；系統(tǒng)；

一、自動(dòng)檢測(cè)

1.自動(dòng)檢測(cè)的定義

測(cè)量和試驗(yàn)?zāi)軌蚴谷藗儗?duì)客觀事物獲得定量或定性的認(rèn)識(shí)，并由此發(fā)現(xiàn)客觀事物的規(guī)律性。測(cè)量就是使用專門的技術(shù)工具，依靠實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，找到被測(cè)量值（包括大小和正負(fù)）的過程。測(cè)量即是以確定量值為目的的一組操作，即用同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量與被測(cè)量比較，并確定被測(cè)量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)及偏差（標(biāo)準(zhǔn)量是國(guó)際國(guó)內(nèi)公認(rèn)的、性能穩(wěn)定的量）。

而測(cè)試就是測(cè)量與試驗(yàn)的合稱，它是對(duì)產(chǎn)品、服務(wù)或者過程的特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和測(cè)定。例如驗(yàn)證產(chǎn)品的質(zhì)量、特性、指標(biāo)或產(chǎn)品的額定值，這個(gè)過程通常就稱為試驗(yàn)。

還有，檢驗(yàn)與測(cè)量就比較相近，但它們也有區(qū)別。檢驗(yàn)常常不需要被檢測(cè)對(duì)象給出有關(guān)參數(shù)和具體的數(shù)值，即不需要一個(gè)準(zhǔn)確的值，而是更關(guān)心被檢測(cè)參數(shù)是否在給定的范圍。

上面敘述了許多名詞，例如“測(cè)量”、“試驗(yàn)”、“測(cè)試”、“檢驗(yàn)”等，其實(shí)這類詞語還有許多，作為一門技術(shù)科學(xué)，我們就有必要統(tǒng)一基本術(shù)語，所以用“檢測(cè)”來綜合的代表以上介紹的基本術(shù)語。因此，自然而然的，“自動(dòng)檢測(cè)”的定義就是：使用自動(dòng)化儀器儀表或系統(tǒng)，在最少的人工干預(yù)下自動(dòng)進(jìn)行，并完成測(cè)試、測(cè)量、試驗(yàn)、檢驗(yàn)等全部過程，我們把這個(gè)過程稱為自動(dòng)檢測(cè)。

2.自動(dòng)檢測(cè)的基本結(jié)構(gòu)

自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括檢測(cè)元件、信號(hào)處理、信號(hào)輸出及附加裝置、控制器、顯示記錄儀等等，所有的被檢測(cè)對(duì)象都需要通過以上結(jié)構(gòu)的一系列復(fù)雜運(yùn)算處理和信號(hào)的轉(zhuǎn)換，最后將這些處理的結(jié)果，以各種方式進(jìn)行有效的記錄、控制以及顯示，這便是自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和它大概的用途。

二、儀器儀表的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的新發(fā)展及其應(yīng)用

近年來，隨著微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)、微處理器、新型傳感器、激光和光電器件等新技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用，為了提高生產(chǎn)效率，降低制造成本，改進(jìn)檢測(cè)精度，確保產(chǎn)品質(zhì)量，在發(fā)展工業(yè)自動(dòng)化的同時(shí)，自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的研究及應(yīng)用也有了比較大的進(jìn)步。充分體現(xiàn)出在生產(chǎn)自動(dòng)化過程儀器儀表有著巨大的決定作用，它對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量和效率的提高有著不可忽視的作用。

從技術(shù)上看，主要表現(xiàn)在光電、激光和電視等非接觸測(cè)量技術(shù)發(fā)展迅速，新型傳感器不斷涌現(xiàn)，計(jì)算機(jī)和微處理機(jī)在自動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用日益廣泛等方面。

從應(yīng)用上看，主要表現(xiàn)在儀器儀表的自動(dòng)檢測(cè)已從檢測(cè)尺寸發(fā)展到檢測(cè)復(fù)雜形狀、表面和內(nèi)部質(zhì)量、以及物質(zhì)的物理化學(xué)特征；儀器儀表的自動(dòng)檢測(cè)不僅已經(jīng)廣泛用于大批量生產(chǎn)，而且在現(xiàn)代社會(huì)的各個(gè)方面也有著非常重要的作用。

從概念上看，隨著環(huán)境保護(hù)及環(huán)境監(jiān)測(cè)、地球資源探測(cè)、海洋探測(cè)、宇宙空間探測(cè)、生物體檢測(cè)等許多新興領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，對(duì)儀器儀表的自動(dòng)檢測(cè)提出了越來越高的要求，被檢測(cè)量的表示日趨復(fù)雜化，許多被測(cè)量已經(jīng)不能簡(jiǎn)單地用數(shù)值、符號(hào)來表示，而要求綜合應(yīng)用文字、符號(hào)、曲線、圖表（或圖象）、聲音信號(hào)等來表示檢測(cè)結(jié)果。此外，檢測(cè)與信息處理技術(shù)密切結(jié)合，例如非線性校正與補(bǔ)償、數(shù)據(jù)分析、誤差分析及處理、FFI等廣泛應(yīng)用于檢測(cè)過程中。另外，預(yù)測(cè)也是一種測(cè)量，越來越多的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)問題，如地震預(yù)報(bào)、氣象預(yù)報(bào)、災(zāi)情預(yù)報(bào)、病情預(yù)報(bào)等，都是建立在檢測(cè)的基礎(chǔ)上，通過檢測(cè)獲得“現(xiàn)在值”或“過去值”的歷史記錄，再結(jié)合“當(dāng)前值”進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)“未來值”的預(yù)測(cè)，可以說離開了檢測(cè)就不可能實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)。

為了實(shí)行檢測(cè)的目的，需要采用適當(dāng)?shù)淖儞Q原理，選擇合適的檢測(cè)儀器或系統(tǒng)，設(shè)計(jì)合理的檢測(cè)方案，今后以各種新的物理、化學(xué)、生物等定律、效應(yīng)為基礎(chǔ)的新型傳感器、檢測(cè)元件、檢測(cè)儀器會(huì)不斷出現(xiàn)，充分利用各種新材料、新工藝、新技術(shù)，擴(kuò)大原有儀器或系統(tǒng)的功能，改善原有儀器或系統(tǒng)的特性。

三、儀器儀表的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建

1.發(fā)展趨勢(shì)

測(cè)量信息數(shù)字化，檢測(cè)結(jié)果表示合理化、直觀化，檢測(cè)過程自動(dòng)化、智能化，檢測(cè)儀器小型化或微型化，這是未來檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)。數(shù)字化檢測(cè)信息便于傳輸、存儲(chǔ)、處理、顯示、記錄等，有助于提高檢測(cè)的自動(dòng)化、信息化。

發(fā)展數(shù)字化、智能化、集成化、非接觸化的傳感技術(shù)和傳感器，有助于提高檢測(cè)質(zhì)量，方便大系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與制造。由于傳感器處于檢測(cè)儀器、檢測(cè)系統(tǒng)的最前端，因此，需要研制新型、品質(zhì)優(yōu)良的傳感器、檢測(cè)元件和變送器。

多參數(shù)綜合檢測(cè)、多傳感器綜合應(yīng)用的智能化檢測(cè)儀器與系統(tǒng)，使檢測(cè)系統(tǒng)具有智能的基本特征，以便適應(yīng)大型系統(tǒng)的集成需要。另一個(gè)值得注意的研究方向是：故障檢測(cè)、診斷與修復(fù)技術(shù)，以及這些技術(shù)如何在檢測(cè)系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用。

2.應(yīng)用的更高形式

微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)作為儀器儀表的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)發(fā)展的高級(jí)形式， 未來會(huì)有較好的發(fā)展前景?！拔C(jī)自動(dòng)檢測(cè)” 就是使用微機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)儀器、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)。通過對(duì)智能儀器儀表、個(gè)人儀器、自動(dòng)測(cè)試儀器及系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)（CAT）等典型儀器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、技術(shù)特點(diǎn)深人分析，發(fā)現(xiàn)它們都屬于檢測(cè)技術(shù)的分支領(lǐng)域，其技術(shù)特點(diǎn)、功能、結(jié)構(gòu)具有相似性，都屬于微機(jī)（包括各種單片機(jī)、微處理器、個(gè)人計(jì)算機(jī)等）在這些分支領(lǐng)域的不同應(yīng)用形式，它們的設(shè)計(jì)技術(shù)也具有很大的相似性，為此，抽象出微機(jī)在自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)中應(yīng)用的典型形式，稱為“微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)”，相應(yīng)的技術(shù)稱為“微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)”。例如目前PLC的廣泛應(yīng)用，這是自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在現(xiàn)今信息技術(shù)高速發(fā)展下的更高形式。

其中微機(jī)處理系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起監(jiān)督、管理、控制作用，例如進(jìn)行復(fù)雜的信號(hào)處理、控制決策、產(chǎn)生特殊測(cè)試信號(hào)、控制整個(gè)檢測(cè)過程等。此外，利用微機(jī)強(qiáng)大的信息處理能力和高速運(yùn)算能力， 實(shí)現(xiàn)命令識(shí)別、邏輯判斷、非線性誤差修正和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的自校正、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自診斷、自組織等功能。檢測(cè)系統(tǒng)小型化、微機(jī)化、自動(dòng)化、智能化將是大勢(shì)所趨。

參考文獻(xiàn)：

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