1.3 智能仪器的发展概况

智能仪器是计算机技术与测试技术相结合的产物，因此智能仪器的发展也是由计算机技术、测试技术的发展速度决定的。

1.信号测试与处理方面

从测试技术的角度来看，随着半导体技术、集成电路技术及传感器技术的发展，各种新颖的传感器不断诞生，从原来只是把外部信息转换为模拟电信号的聋哑传感器（Dumb Sensor）到集成了部分数据处理功能、能自我检测校正的智能传感器（Smart Sensor），以及在智能传感器的基础上集成了网络通信功能，以便实现与计算机网络通信的网络传感器（Networked Sensor）。

从测量信号的处理能力上看，这些年的发展主要有以下几个方向：智能仪器中所采用的嵌入式微处理器从早先的8位机（如Intel公司的MCS-51系列）到16位、32位的微处理器，处理信息数据的能力及速度迅速提高，从而推动了智能仪器总体性能的提高；针对大量信息数据的实时处理，高速专用的单片集成数字信号处理芯片（Digital Signal Processor，DSP）的出现大大简化了具有此类数字信号处理功能的智能仪器的结构并提高了其相应的性能，进而推动了数字信号处理技术在智能仪器中的广泛应用，极大地增强了智能仪器的信号处理能力。

从软件技术的发展上来看，近年来，智能仪器已从较为成熟的数据处理向知识处理发展。它体现为模糊判断、故障诊断、容错技术、传感器信息融合、机件寿命预测等，使智能仪器的功能向更高的层次发展。

智能仪器很早就受到国内外的关注。我国电磁测量信息处理仪器学会于1984年正式成立“自动测试与智能仪器专业学科”。1989年，在我国武汉召开了第1届测试技术与智能仪器国际学术讨论会并成立了国际测控技术与智能仪器学会，到2011年已召开了11次国际学术年会。在国内外的其他学术会议上，以智能仪器为内容的研讨也常常是很重要的主题。

2.组成自动测试系统方面

智能仪器在自动测试系统的构成方面经历了以下过程。

早期的智能仪器设计主要把目标定位在用于工作量大的重复测试、用于高可靠性的测试、用于由于种种原因测试人员难以进入的环境及实时进行的一些简单自动测控。由于在这类智能仪器的研制过程中，接口设计、仪器/设备选择等方面的工作都是由研制者各自单独进行的，因此并没有充分考虑所选仪器/设备的通用性及互换性。智能仪器的设计者自行解决系统中仪器与仪器、仪器与计算机之间的通信。这种智能仪器的主要缺点在接口及标准化方面，不利于组成自动测控系统。可把这种智能仪器归类为专用型智能仪器。

第二代的智能仪器在设计过程中考虑了与其他仪器的配合，一般都配有符合接口标准的接口电路。组成自动测试系统时，用标准的接口总线把系统中的各台仪器连在一起构成系统。这种系统组建方便，一般不需要用户自己设计接口电路，系统中的通用仪器（如数字万用表、信号发生器等）既可以作为自动测试系统中的设备来用，也可以作为独立的仪器使用。通常用的接口总线为通用接口总线（General Purpose Interface Bus，GPIB）或称为IEEE488。采用GPIB总线组建的自动测控系统特别适用于科学研究或各种试验测试。这种系统在工业、交通、通信、航空航天等领域都有广泛的应用。

基于GPIB总线的自动测试系统的主要缺点是总线的传输速率不够高（最大传输速率为1MBps），且由于采用分立仪器组建，整个自动测试系统的体积大，有很多部件（如机箱、面板、开关、电源等）都是重复设置。

目前正在应用开发的集成自动测试系统则是基于VXI、PXI等仪表总线，主要是由模块化的仪器/设备组成的自动测试系统。VXI总线具有高达40Mbps的数据传输速率，PXI总线是PCI总线向仪器/测量领域的扩展，其数据传输速率约为132～264Mbps。以这两种总线为基础，可组建高速、数据吞吐量大的自动测试系统。在VXI（或PXI）总线机箱中，仪器的显示面板及操作，统一用计算机显示屏实现，从而避免了系统中各仪器、设备在机箱、电源、面板、开关等方面的重复配置，大大减小了整个系统的体积、质量，并能在一定程度上节约成本。

3.工业生产自动化方面

仪器、仪表及智能仪器在工业生产自动化过程中发挥着极其重要的作用。工业控制仪器、仪表体系的发展经历了这样的过程：基地式气动仪表控制系统，电动单元组合式模拟仪表控制系统，集中式数字仪器、仪表控制系统，集散控制系统（DCS），现场总线控制系统（FCS）。

智能仪器除了在传统仪器的改进方面取得了巨大的成就外，还开辟了许多新的应用领域，出现了许多新型的测控仪器。自20世纪80年代以来，工业制造业（汽车制造、VLSI制造），各种电子设备如电子计算机、电视机的制造等行业的高速发展，使CAM（Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造）达到很高水平，它对人类生产力的提高起着巨大的推动作用。为了对CAM进行实时监控，要求对整个加工工艺过程进行实时检测及信号处理，因此在生产线上或检验室内大量应用各种CAT（Computer Aided Test，计算机辅助测试）技术的智能仪器。

4.智能仪器的展望

近年来，智能仪器与自动测控技术的发展十分迅速，尤其是现代光学、电子学、生物学、物理学、微机械等领域的一些最新研究成果，已被迅速地应用于仪器、仪表与自动测控系统中，使现代测控技术与智能仪器的发展出现了一些新的特点，主要包括以下几个方面。

（1）高速度。一方面，仪器总线和通信总线的传输速率在不断提高，作为自动测控系统控制器的现代PC的主频已经达到数千兆赫兹，在未来可能以太网被用于控制器与外围设备的连接，视频采集和传输也更加普及。另一方面，虚拟仪器技术的发展极大地加速了智能仪器与自动测试的产品化进程，一种新的检测方法从被人们认识到形成实用仪器化产品的过程越来越短。

（2）智能化。传统“智能仪器”概念的内涵已经被大大拓展了，柔性化设计、人工智能、人工生命等一些新方法、新技术被越来越多地用于智能仪器和自动测控系统的实现。数据处理过程中的诊断也将进一步发展成为基于知识的专家系统。

（3）集成化。专用集成芯片技术将被普遍应用于智能仪器与自动测控系统中，以硅微细加工为主的微机电系统（Micro Electronic Mechanical System，MEMS）技术的发展，有可能实现将仪器、仪表的传感器及其处理、控制和后续电路等都集成于芯片上。

（4）小型化和微型化。为了适应野外测试、现场监测、机载、车载、星载分析检测等的需求，测试与仪器系统小型化已成为发展的潮流，纳米技术、微传感器和微制造技术的发展也使仪器与自动测控系统的微型化成为可能。