对测控技术与仪器的智能化技术应用研究

2014-08-30孙衍强

中国科技纵横 2014年11期

关键词：测控仪器智能化

孙衍强

(山东科技大学,山东青岛 266590)

对测控技术与仪器的智能化技术应用研究

孙衍强

(山东科技大学,山东青岛 266590)

随着社会的进步和科技水平的提高,智能化技术也取得了长足进步,并在测控技术与仪器领域得到了广泛的应用。本文首先阐述了测控技术与仪器的概况、智能化技术的应用优势,然后着重介绍了智能化技术在测控领域中的应用并探讨了测控技术与仪器智能化技术的发展趋势。

测控技术与仪器智能化技术

随着信息时代的到来,作为信息获取、数据测量、系统控制、实时监视与显示的测控仪器,成为一种极其重要的信息采集与控制工具,受到了相关产业的广泛重视。随着智能化技术在测控领域的引入与应用,测控技术与仪器在某种程度上取得了一定的进步和突破。不仅明显减轻了测控人员的劳动强度;同时大大提高了测控仪器控制环节的工作效率,大幅降低了测控仪器的投资成本。在智能化技术的帮助下,测控技术与仪器将会迈入一个新的发展阶段。

1 测控技术与仪器

测控技术仪器是利用测量与控制的理论与技术研究信息的获取与处理,精密机械、光学、电子、计算机、信息与控制技术多学科相互渗透而形成的一门高新密集型综合学科。测控系统一方面以机--光--电—仪器—计算机技术一体化为特色,以信息获取与处理技术、精密机械自动化以及智能仪器仪表为基础来研究开发、设计制造、管理运营各种测控系统;另一方面以集电子技术、光电技术、自动检测技术、计算机控制技术、先进控制理论以及网络技术于一体,获取研究生产过程中机电装备运行状态,进而进行信息处理、状态识别、测试测量及过程控制。测控技术仪器的发展与生产力的发展相协调相适应,与科学技术的发展和经济社会的进步密切相关。中国人在很早以前就对仪器的发展做出了卓越的贡献,如记里鼓车、指南针等都是当时的世界著名创造。蒸汽机时代世界的发明中心移到了欧洲,与蒸汽机相关的机械加工水平相适应,相继出现各类电动仪器。20世纪60年代新型光源激光器的问世和电子技术的发展进入新的阶段。[1]

随着人类进入计算机时代,计算机技术与仪器的测量与控制相结合,实现测量自动化、测量与控制智能化,使仪器的发展进入了测控结合的智能化阶段。可以说,测控技术仪器遍及国民经济的各个部门,是科学技术现代化的重要标志。

2 智能化技术的应用优势

当测试测量仪器的自动控制系统发生故障时,智能系统便会随之动作,对故障全面深入的分析,并提供最佳的处理方案,从而实现对故障的及时发现和有效处理。

在智能化技术的帮助下,对测控仪器的设计可进一步调整优化,从而提高测控技术与仪器系统的可靠性、高效性、安全性。现代测控系统中应用的仪器仪表都是智能化的仪器,以微处理器为基础,具有方便使用、灵活、多功能等特点。随着微电子技术的发展和更多人工智能的不断引入,智能化仪器的计算能力和计算方法将得到大大的增强。[2]

3 智能化技术在测控领域的应用

新一代测控仪器在保证其高可靠性、高效率、高精度以及多维化、多样化的前提下,更着重于智能化的应用。在信息拾取与数据转换、信息测量、判断和处理及系统控制方面大量采用微处理器和微计算机,实时显示与控制系统向三维形象化方向发展,技术操作向自动化方向发展,并且具有人工智能,从学习机进一步向人工智能机发展是测控领域发展的必然趋势。

3.1 测控系统的计算机辅助设计

当今社会,随着信息化与网络化的普及与发展,计算机已成了测控系统的中坚,网络技术越来越成为测控技术满足实际需求的关键支撑。计算机作为处理信息的智能工具,具有以下优越功能：(1)储存盒管理数据信息的功能;(2)高效的图像显示和绘图功能;(3)快速的数值计算能力;(4)逻辑判断和推理功能。采用计算机辅助设计(Computer Aided Design,简称CAD)能有机地将计算机的各种功能和设计者的判断力、创造力相结合,从而加速了设计进程并提高了设计质量。

3.2 测控系统智能化下的虚拟技术

虚拟环境技术是测控系统中仿真技术智能化的发展新高度,是对智能化技术的延伸,采用人机交互技术有效地模拟人在自然环境中的视、听和动作,使操作者有身临其境的感受。在软件开发方面,NI公司的Labview和LabWindows/CVI功能强大,不仅使虚拟仪器的开发变得简单方便,而且为虚拟仪器做到网络上提供了可靠的技术支持。智能化虚拟仪器使软件更加灵活高效,提供全方位的系统集成模块化硬件、标准的软硬件平台,带动了测控系统的升级和革新。

4 测控技术与仪器智能化技术的发展趋势

随着科技水平的不断提高,在测控系统领域智能化技术将是未来的一个发展方向。

(1)模拟人类神经网络传输信息和处理信息的人工神经网络技术,可测控系统予以实时监控,对故障进行监测分析,并可以对控制的各个环节进行及时监测和后继预测,具有良好的应用前景。(2)建立在生物遗传规律模拟基础上的遗传算法,可对测控系统予以无功优化以及调整控制,对电路系统中电容进行合理的分配控制,将对智能化技术发展有一定贡献力。(3)由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成的PID控制器技术,可对非线性或时变系统简化为基本线性和动态特性不随时间变化的系统,并在做出正确的测量和比较后更好地纠正系统,提高系统精确度,为智能化技术在测控领域的推广提供了有利条件。(4)建立在多值逻辑的基础上,运用模糊集合的方法来研究模糊性思维、语言形式及其规律的模糊逻辑,可对模型未知性进一步分析研究,应用模糊集合和模糊规则进行推理,表达过渡性界限或定性知识经验,模拟人脑实行模糊综合判断,解决常规方法难于对付的规则型模糊信息问题,对测控技术与仪器的发展有积极推动作用。(5)结合测控系统的特点,智能化技术应用发展趋势主要包括以下几个方面：一、性能朝着高可靠性、高精度、高效化、柔性化方向发展;二、功能朝着科学计算可视化、用户界面图形化、多媒体技术结合化方向发展;三、体系结构朝着集成化、网络化、智能化方向发展。