来源 | 《科技经济导刊》 2020，28（30）

作者 | 姜红  付云鹏

继模拟仪器、数字仪器以及分离仪器之后，仪器仪表进入到了智能发展的时期。仪器仪表早已不再是过去传统的且简单的硬件实体技术了，已经成为了仪器（硬件）与微处理器（软件）的相互融合。智能仪器仪表的发展，使得仪器仪表在测量数据的同时，也对数据进行了相应的分析与控制，为其普遍的应用奠定了坚实的基础。同时，智能仪器仪表的发展不仅使得相同结构的仪器更加的灵活，更是实现了可重新配置的目的，提高了使用效率，降低了生产成本。

1 智能仪器仪表的发展现状

据相关资料统计：我国智能仪器仪表行业的规模、出口量正处于逐年上升的态势中。诚然，即使是如此庞大的生产大国终究不能成为创新大国，与西方国家地区的仪器仪表的生产水平、科研投入、创新能力以及制造技术方面始终存在着较大的差距。就以智能仪器仪表中的新技术在线分析仪器来说已经出现了几十年，而我国却在近些年来才提出这一概念。近些年以来，在我国已经注册成立的仪器仪表企业少则上千家，多则上万家且数量依然在逐年的递增着。但在如此数量规模庞大的仪器仪表企业中，真正研发在线分析仪器的企业仅仅只有几十家而已，更多依赖的是从国外进口的产品弥补这一空缺。

随着经济与社会的不断发展、国家综合能力的提升以及社会需求的不断发展，在线分析仪器已经被应用到了人们日常生活中的各个方面，如水质、空气的检测方面，也在工业生产中逐渐地得到了应用。在过去，我国对空气质量的检测还没有达到现在的水平，而随着 PM2.5，雾霾天气以及酸雨现象的出现，对各种气体含量的检测都有了十分严格的要求，但传统的样本采集以及通过实验室的检测方式已经无法满足现代社会发展的基本需求了，这时，利用在线分析仪器对相关数据进行检测就显得尤为重要。

20 世纪 80 年代之后我国科学技术的不断发展为在线仪器分析技术带来了新的前进方向与发展动力。1985 年四川分析仪器厂挂牌成立，主要从事仪器在线分析应用研究；1992 年我国第一个在线分析仪器工程部门在四川省注册成立，开始对在线分析仪器新专业研究，并建立了分析系统，其开发的 PS1000系列成为了我国最早的在线仪器分析成果；2007 年，第二届在线仪器分析仪器国际论坛会在北京顺利召开，标志着在线分析仪器进入了关键发展的阶段，并逐渐向着正规的道路不断发展。

2 智能仪器仪表发展的技术

2.1 传感器技术

在智能仪器仪表中最基本的功能就是对数据的收集与处理。所以，传感器技术的发展与数据的收集与处理之间是密不可分的，也可以说传感技术是智能仪器仪表发展的基础。随着智能仪器仪表的不断发展，用户对尺寸、成本、性能，以及可靠程度都有了不同的要求，这更多借助的是 MEMS 的发展来逐渐地提高着智能仪器仪表的使用效率。

MEMS 具有以下几个方面的显著性特征：体积小。小型的 MEMS 通常在毫米至微米的范围之内，而一些最小的配件的尺寸的单位为几毫米甚至是更小。微电子与微机械技术的发展将智能仪器仪表带入了一个全新的发展领域。

从目前的情况来看，小型化的 MEMS 仪器也可以完成对相关数据的采集与处理。多样化。截止目前范围内，在全世界各个国家内研究与开发 MEM 技术及生产工作的企业已有数千家之多，在这里不乏一些稳居世界 500 强的企业，其所生产出来的一些产品已经被广泛应用到了工程、商业等的行业之中，如微型压力传感器、喷墨打印头、加速度计、数字显微镜及显微器，这些产品的出现不仅是在产品的类型方面呈现出了多样化的趋势，其使用功能也在不断完善的过程中。

2.2 嵌入式系统

当下，软件技术的不断进步推动了智能仪器仪表的快速发展，智能仪器仪表也被引入了更多的新的功能。众所周知，智能仪器仪表设备由不同的系统组成。其中通过嵌入式系统的作用，对模块中的数据进行协调与设计，并在他们之间建立连接，进而帮助用户解决问题。嵌入式系统在结合智能仪器仪表中的硬件与软件技术优势的同时，节约了开发成本，简化了仪器设备。

比如智能仪器仪表发展的主要方向是小型化，而嵌入式系统便可以在智能仪器仪表设备的小芯片上形成其所需要的功能，减小产品的尺寸，降低功耗以及增加集成度。这样一来不仅满足了智能仪器仪表小型化的基本要求，还为其提供了更加便捷的功能，增强了生产力与科学技术发展之间的内在联系性。毕竟嵌入式系统为智能仪器仪表的发展提供了新的思维方式与设计理念，它可以帮助设计人员在有限的设计空间内实现对产品的优化与升级，有效避免了由于硬件与软件在技术的独立性导致的智能奇异仪表设计方面的缺陷，笔者也坚信，智能仪器仪表的发展始终离不开嵌入式系统的帮助。

2.3 数模转换技术

为了满足智能仪器仪表发展的基本需求，数模 A/D 转换技术的性能也在逐渐地提高着，其中转化速度与精度的提升也已经成为了智能仪器仪表发展的新方向。其中，数模 A/D 转换技术中的高转速速度不仅在智能仪器仪表的发展中发挥着极其重要的作用，同时还对数据的采集与信息处理有着特别高的要求。在利用传统的仪器对数据进行检测的过程中，被测量数据的变化过程总是特别短暂的，为了可以延长被测量数据的变化情况，在这方面数模 A/D 转换技术有着很大的优势。随着工业行业领域的不断发展，智能仪器仪表软件技术中对软件技术的分辨率也在不断地提高，比如小型仪表中的可测量值以及高精度测量都在不断地减小，因此，数模 A/D 转换技术内的分辨率更应当不断地增加。

2.4 网络通信技术

随着智能仪器仪表的发展网络与通信技术在其中占据了举足轻重的位置，而各行业领域的发展更离不开的是网络通信技术，智能仪器仪表的发展自然也就与网络通信技术之间有着密不可分的联系。在传统的仪器仪表发展过程中都是通过工作人员手工接线缆的方式来完成链接的，这种手工链接的方式不仅对仪器仪表设备的布置位置、线缆的深度都有着极高的要求，同时还增加和提高了仪器仪表的使用成本与维护难度。

如今，在网络技术帮助下的智能仪器仪表彻底解决了这一问题，具体体现在以下三个方面：智能仪器仪表上线便可以完成对数据的传输；实现了员工控制与故障诊断；完成了网络化测试系统的构建。将不同的设备通过网络通信技术实现了资源与信息的共享，通过网络通信技术的协作，完成对大型复杂系统的测试任务，借助网络通信技术的智能仪器仪表，具备了科学与高效的信息处理能力，因此，网络通信技术也成为了智能仪器仪表的重要组成部分之一。

3 智能仪器仪表的发展趋势

3.1 仪器仪表将会更进一步的智能化

随着科学技术的日新月异，智能仪器仪表中的软件技术逐渐地优化了传统仪器仪表的性能与结构。智能仪器仪表的产生实现了代码的自动生成，节省了更多的人力、财力及物力的使用，大大的减轻了工作人员繁重的工作任务。仪器仪表更进一步的智能化还会使程序及应用的维护更加的方便。在此背景下，智能仪器仪表还可以实现对仪器状态的动态跟踪，用户还可以自主地对其进行设置，对其中存在的问题也可以得到及时的解决，确保了智能仪器设备的稳定性与安全性，全面地提高了仪器的运行效果。

3.2 实现更快、更强、更节能的目标

与传统的仪器仪表相比，智能仪器仪表将会在未来时期内资源需求大、物理成本消耗高等的问题上进行不断地改进与优化。在对促进环境保护的前提下，提高检测的效率；在智能化的技术上，突破对目标数据测控量的控制，通过自动化检测形成高效与科学的测控系统，消除由于人为原因带来的误差，使智能仪器仪表可以实现更快、更强、更节能的目标。

3.3 促进智能仪器仪表的全方位发展

科学技术的不断进步为智能仪器仪表的发展提供了更加广阔的发展空间。智能仪器仪表内的测量网络控制，不仅提高了企业的生产效率，实现了资源的共享。当然了，这也是智能仪器仪表设备的主要发展方向。除此之外，利用现代工业化手段来推动智能仪器仪表的发展，还提升了智能仪器仪表的创新能力与水平，促进了软件技术系统的开发。因此，智能仪器仪表将会在未来的时期内实现更加全方位的发展。

4 结语

综上所述，智能仪器仪表是传感器技术、嵌入式系统、数模转换技术以及网络通信技术的相互结合，随着经济与社会的不断进步，我们可以预料到各种功能的智能仪器仪表将会得到更加广泛的应用。

参考文献

[1] 王豪 . 试论智能化技术在测控技术与仪器中的应用 [J]. 科技创新导报，2018(11): 99-102.

[2] 程德福，林君 . 智能仪器仪表第三版 [M]. 北京：机械工业出版社，2017.

[3] 陈毅静 . 测控技术与仪器专业导论第 2 版 [M]. 北京：北京大学出版社，2014.