1.3 智能儀器的發展概況

智能儀器是計算機技術與測試技術相結合的產物，因此智能儀器的發展也是由計算機技術、測試技術的發展速度決定的。

1.信號測試與處理方面

從測試技術的角度來看，隨著半導體技術、集成電路技術及傳感器技術的發展，各種新穎的傳感器不斷誕生，從原來只是把外部信息轉換為模擬電信號的聾啞傳感器（Dumb Sensor）到集成了部分數據處理功能、能自我檢測校正的智能傳感器（Smart Sensor），以及在智能傳感器的基礎上集成了網絡通信功能，以便實現與計算機網絡通信的網絡傳感器（Networked Sensor）。

從測量信號的處理能力上看，這些年的發展主要有以下幾個方向：智能儀器中所采用的嵌入式微處理器從早先的8位機（如Intel公司的MCS-51系列）到16位、32位的微處理器，處理信息數據的能力及速度迅速提高，從而推動了智能儀器總體性能的提高；針對大量信息數據的實時處理，高速專用的單片集成數字信號處理芯片（Digital Signal Processor，DSP）的出現大大簡化了具有此類數字信號處理功能的智能儀器的結構并提高了其相應的性能，進而推動了數字信號處理技術在智能儀器中的廣泛應用，極大地增強了智能儀器的信號處理能力。

從軟件技術的發展上來看，近年來，智能儀器已從較為成熟的數據處理向知識處理發展。它體現為模糊判斷、故障診斷、容錯技術、傳感器信息融合、機件壽命預測等，使智能儀器的功能向更高的層次發展。

智能儀器很早就受到國內外的關注。我國電磁測量信息處理儀器學會于1984年正式成立“自動測試與智能儀器專業學科”。1989年，在我國武漢召開了第1屆測試技術與智能儀器國際學術討論會并成立了國際測控技術與智能儀器學會，到2011年已召開了11次國際學術年會。在國內外的其他學術會議上，以智能儀器為內容的研討也常常是很重要的主題。

2.組成自動測試系統方面

智能儀器在自動測試系統的構成方面經歷了以下過程。

早期的智能儀器設計主要把目標定位在用于工作量大的重復測試、用于高可靠性的測試、用于由于種種原因測試人員難以進入的環境及實時進行的一些簡單自動測控。由于在這類智能儀器的研制過程中，接口設計、儀器/設備選擇等方面的工作都是由研制者各自單獨進行的，因此并沒有充分考慮所選儀器/設備的通用性及互換性。智能儀器的設計者自行解決系統中儀器與儀器、儀器與計算機之間的通信。這種智能儀器的主要缺點在接口及標準化方面，不利于組成自動測控系統。可把這種智能儀器歸類為專用型智能儀器。

第二代的智能儀器在設計過程中考慮了與其他儀器的配合，一般都配有符合接口標準的接口電路。組成自動測試系統時，用標準的接口總線把系統中的各臺儀器連在一起構成系統。這種系統組建方便，一般不需要用戶自己設計接口電路，系統中的通用儀器（如數字萬用表、信號發生器等）既可以作為自動測試系統中的設備來用，也可以作為獨立的儀器使用。通常用的接口總線為通用接口總線（General Purpose Interface Bus，GPIB）或稱為IEEE488。采用GPIB總線組建的自動測控系統特別適用于科學研究或各種試驗測試。這種系統在工業、交通、通信、航空航天等領域都有廣泛的應用。

基于GPIB總線的自動測試系統的主要缺點是總線的傳輸速率不夠高（最大傳輸速率為1MBps），且由于采用分立儀器組建，整個自動測試系統的體積大，有很多部件（如機箱、面板、開關、電源等）都是重復設置。

目前正在應用開發的集成自動測試系統則是基于VXI、PXI等儀表總線，主要是由模塊化的儀器/設備組成的自動測試系統。VXI總線具有高達40Mbps的數據傳輸速率，PXI總線是PCI總線向儀器/測量領域的擴展，其數據傳輸速率約為132～264Mbps。以這兩種總線為基礎，可組建高速、數據吞吐量大的自動測試系統。在VXI（或PXI）總線機箱中，儀器的顯示面板及操作，統一用計算機顯示屏實現，從而避免了系統中各儀器、設備在機箱、電源、面板、開關等方面的重復配置，大大減小了整個系統的體積、質量，并能在一定程度上節約成本。

3.工業生產自動化方面

儀器、儀表及智能儀器在工業生產自動化過程中發揮著極其重要的作用。工業控制儀器、儀表體系的發展經歷了這樣的過程：基地式氣動儀表控制系統，電動單元組合式模擬儀表控制系統，集中式數字儀器、儀表控制系統，集散控制系統（DCS），現場總線控制系統（FCS）。

智能儀器除了在傳統儀器的改進方面取得了巨大的成就外，還開辟了許多新的應用領域，出現了許多新型的測控儀器。自20世紀80年代以來，工業制造業（汽車制造、VLSI制造），各種電子設備如電子計算機、電視機的制造等行業的高速發展，使CAM（Computer Aided Manufacturing，計算機輔助制造）達到很高水平，它對人類生產力的提高起著巨大的推動作用。為了對CAM進行實時監控，要求對整個加工工藝過程進行實時檢測及信號處理，因此在生產線上或檢驗室內大量應用各種CAT（Computer Aided Test，計算機輔助測試）技術的智能儀器。

4.智能儀器的展望

近年來，智能儀器與自動測控技術的發展十分迅速，尤其是現代光學、電子學、生物學、物理學、微機械等領域的一些最新研究成果，已被迅速地應用于儀器、儀表與自動測控系統中，使現代測控技術與智能儀器的發展出現了一些新的特點，主要包括以下幾個方面。

（1）高速度。一方面，儀器總線和通信總線的傳輸速率在不斷提高，作為自動測控系統控制器的現代PC的主頻已經達到數千兆赫茲，在未來可能以太網被用于控制器與外圍設備的連接，視頻采集和傳輸也更加普及。另一方面，虛擬儀器技術的發展極大地加速了智能儀器與自動測試的產品化進程，一種新的檢測方法從被人們認識到形成實用儀器化產品的過程越來越短。

（2）智能化。傳統“智能儀器”概念的內涵已經被大大拓展了，柔性化設計、人工智能、人工生命等一些新方法、新技術被越來越多地用于智能儀器和自動測控系統的實現。數據處理過程中的診斷也將進一步發展成為基于知識的專家系統。

（3）集成化。專用集成芯片技術將被普遍應用于智能儀器與自動測控系統中，以硅微細加工為主的微機電系統（Micro Electronic Mechanical System，MEMS）技術的發展，有可能實現將儀器、儀表的傳感器及其處理、控制和后續電路等都集成于芯片上。

（4）小型化和微型化。為了適應野外測試、現場監測、機載、車載、星載分析檢測等的需求，測試與儀器系統小型化已成為發展的潮流，納米技術、微傳感器和微制造技術的發展也使儀器與自動測控系統的微型化成為可能。