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對(duì)測(cè)控技術(shù)與儀器的智能化技術(shù)應(yīng)用研究

2014-08-30 02:09孫衍強(qiáng)
中國(guó)科技縱橫 2014年11期
關(guān)鍵詞:測(cè)控儀器智能化

孫衍強(qiáng)

(山東科技大學(xué),山東青島 266590)

對(duì)測(cè)控技術(shù)與儀器的智能化技術(shù)應(yīng)用研究

孫衍強(qiáng)

(山東科技大學(xué),山東青島 266590)

隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技水平的提高,智能化技術(shù)也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步,并在測(cè)控技術(shù)與儀器領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文首先闡述了測(cè)控技術(shù)與儀器的概況、智能化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),然后著重介紹了智能化技術(shù)在測(cè)控領(lǐng)域中的應(yīng)用并探討了測(cè)控技術(shù)與儀器智能化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

測(cè)控技術(shù)與儀器 智能化技術(shù)

隨著信息時(shí)代的到來(lái),作為信息獲取、數(shù)據(jù)測(cè)量、系統(tǒng)控制、實(shí)時(shí)監(jiān)視與顯示的測(cè)控儀器,成為一種極其重要的信息采集與控制工具,受到了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的廣泛重視。隨著智能化技術(shù)在測(cè)控領(lǐng)域的引入與應(yīng)用,測(cè)控技術(shù)與儀器在某種程度上取得了一定的進(jìn)步和突破。不僅明顯減輕了測(cè)控人員的勞動(dòng)強(qiáng)度;同時(shí)大大提高了測(cè)控儀器控制環(huán)節(jié)的工作效率,大幅降低了測(cè)控儀器的投資成本。在智能化技術(shù)的幫助下,測(cè)控技術(shù)與儀器將會(huì)邁入一個(gè)新的發(fā)展階段。

1 測(cè)控技術(shù)與儀器

測(cè)控技術(shù)儀器是利用測(cè)量與控制的理論與技術(shù)研究信息的獲取與處理,精密機(jī)械、光學(xué)、電子、計(jì)算機(jī)、信息與控制技術(shù)多學(xué)科相互滲透而形成的一門(mén)高新密集型綜合學(xué)科。測(cè)控系統(tǒng)一方面以機(jī)--光--電—儀器—計(jì)算機(jī)技術(shù)一體化為特色,以信息獲取與處理技術(shù)、精密機(jī)械自動(dòng)化以及智能儀器儀表為基礎(chǔ)來(lái)研究開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)制造、管理運(yùn)營(yíng)各種測(cè)控系統(tǒng);另一方面以集電子技術(shù)、光電技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、先進(jìn)控制理論以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體,獲取研究生產(chǎn)過(guò)程中機(jī)電裝備運(yùn)行狀態(tài),進(jìn)而進(jìn)行信息處理、狀態(tài)識(shí)別、測(cè)試測(cè)量及過(guò)程控制。測(cè)控技術(shù)儀器的發(fā)展與生產(chǎn)力的發(fā)展相協(xié)調(diào)相適應(yīng),與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)步密切相關(guān)。中國(guó)人在很早以前就對(duì)儀器的發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn),如記里鼓車(chē)、指南針等都是當(dāng)時(shí)的世界著名創(chuàng)造。蒸汽機(jī)時(shí)代世界的發(fā)明中心移到了歐洲,與蒸汽機(jī)相關(guān)的機(jī)械加工水平相適應(yīng),相繼出現(xiàn)各類(lèi)電動(dòng)儀器。20世紀(jì)60年代新型光源激光器的問(wèn)世和電子技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入新的階段。[1]

隨著人類(lèi)進(jìn)入計(jì)算機(jī)時(shí)代,計(jì)算機(jī)技術(shù)與儀器的測(cè)量與控制相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化、測(cè)量與控制智能化,使儀器的發(fā)展進(jìn)入了測(cè)控結(jié)合的智能化階段。可以說(shuō),測(cè)控技術(shù)儀器遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén),是科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。

2 智能化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

當(dāng)測(cè)試測(cè)量?jī)x器的自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),智能系統(tǒng)便會(huì)隨之動(dòng)作,對(duì)故障全面深入的分析,并提供最佳的處理方案,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和有效處理。

在智能化技術(shù)的幫助下,對(duì)測(cè)控儀器的設(shè)計(jì)可進(jìn)一步調(diào)整優(yōu)化,從而提高測(cè)控技術(shù)與儀器系統(tǒng)的可靠性、高效性、安全性?,F(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)中應(yīng)用的儀器儀表都是智能化的儀器,以微處理器為基礎(chǔ),具有方便使用、靈活、多功能等特點(diǎn)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和更多人工智能的不斷引入,智能化儀器的計(jì)算能力和計(jì)算方法將得到大大的增強(qiáng)。[2]

3 智能化技術(shù)在測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用

新一代測(cè)控儀器在保證其高可靠性、高效率、高精度以及多維化、多樣化的前提下,更著重于智能化的應(yīng)用。在信息拾取與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、信息測(cè)量、判斷和處理及系統(tǒng)控制方面大量采用微處理器和微計(jì)算機(jī),實(shí)時(shí)顯示與控制系統(tǒng)向三維形象化方向發(fā)展,技術(shù)操作向自動(dòng)化方向發(fā)展,并且具有人工智能,從學(xué)習(xí)機(jī)進(jìn)一步向人工智能機(jī)發(fā)展是測(cè)控領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)。

3.1 測(cè)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

當(dāng)今社會(huì),隨著信息化與網(wǎng)絡(luò)化的普及與發(fā)展,計(jì)算機(jī)已成了測(cè)控系統(tǒng)的中堅(jiān),網(wǎng)絡(luò)技術(shù)越來(lái)越成為測(cè)控技術(shù)滿(mǎn)足實(shí)際需求的關(guān)鍵支撐。計(jì)算機(jī)作為處理信息的智能工具,具有以下優(yōu)越功能:(1)儲(chǔ)存盒管理數(shù)據(jù)信息的功能;(2)高效的圖像顯示和繪圖功能;(3)快速的數(shù)值計(jì)算能力;(4)邏輯判斷和推理功能。采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design,簡(jiǎn)稱(chēng)CAD)能有機(jī)地將計(jì)算機(jī)的各種功能和設(shè)計(jì)者的判斷力、創(chuàng)造力相結(jié)合,從而加速了設(shè)計(jì)進(jìn)程并提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3.2 測(cè)控系統(tǒng)智能化下的虛擬技術(shù)

虛擬環(huán)境技術(shù)是測(cè)控系統(tǒng)中仿真技術(shù)智能化的發(fā)展新高度,是對(duì)智能化技術(shù)的延伸,采用人機(jī)交互技術(shù)有效地模擬人在自然環(huán)境中的視、聽(tīng)和動(dòng)作,使操作者有身臨其境的感受。在軟件開(kāi)發(fā)方面,NI公司的Labview和LabWindows/CVI功能強(qiáng)大,不僅使虛擬儀器的開(kāi)發(fā)變得簡(jiǎn)單方便,而且為虛擬儀器做到網(wǎng)絡(luò)上提供了可靠的技術(shù)支持。智能化虛擬儀器使軟件更加靈活高效,提供全方位的系統(tǒng)集成模塊化硬件、標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺(tái),帶動(dòng)了測(cè)控系統(tǒng)的升級(jí)和革新。

4 測(cè)控技術(shù)與儀器智能化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著科技水平的不斷提高,在測(cè)控系統(tǒng)領(lǐng)域智能化技術(shù)將是未來(lái)的一個(gè)發(fā)展方向。

(1)模擬人類(lèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸信息和處理信息的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),可測(cè)控系統(tǒng)予以實(shí)時(shí)監(jiān)控,對(duì)故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析,并可以對(duì)控制的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測(cè)和后繼預(yù)測(cè),具有良好的應(yīng)用前景。(2)建立在生物遺傳規(guī)律模擬基礎(chǔ)上的遺傳算法,可對(duì)測(cè)控系統(tǒng)予以無(wú)功優(yōu)化以及調(diào)整控制,對(duì)電路系統(tǒng)中電容進(jìn)行合理的分配控制,將對(duì)智能化技術(shù)發(fā)展有一定貢獻(xiàn)力。(3)由比例單元(P)、積分單元(I)和微分單元(D)組成的PID控制器技術(shù),可對(duì)非線(xiàn)性或時(shí)變系統(tǒng)簡(jiǎn)化為基本線(xiàn)性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng),并在做出正確的測(cè)量和比較后更好地糾正系統(tǒng),提高系統(tǒng)精確度,為智能化技術(shù)在測(cè)控領(lǐng)域的推廣提供了有利條件。(4)建立在多值邏輯的基礎(chǔ)上,運(yùn)用模糊集合的方法來(lái)研究模糊性思維、語(yǔ)言形式及其規(guī)律的模糊邏輯,可對(duì)模型未知性進(jìn)一步分析研究,應(yīng)用模糊集合和模糊規(guī)則進(jìn)行推理,表達(dá)過(guò)渡性界限或定性知識(shí)經(jīng)驗(yàn),模擬人腦實(shí)行模糊綜合判斷,解決常規(guī)方法難于對(duì)付的規(guī)則型模糊信息問(wèn)題,對(duì)測(cè)控技術(shù)與儀器的發(fā)展有積極推動(dòng)作用。(5)結(jié)合測(cè)控系統(tǒng)的特點(diǎn),智能化技術(shù)應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)主要包括以下幾個(gè)方面:一、性能朝著高可靠性、高精度、高效化、柔性化方向發(fā)展;二、功能朝著科學(xué)計(jì)算可視化、用戶(hù)界面圖形化、多媒體技術(shù)結(jié)合化方向發(fā)展;三、體系結(jié)構(gòu)朝著集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段,智能化技術(shù)正迅速發(fā)展,且在測(cè)控系統(tǒng)測(cè)試測(cè)量、故障檢測(cè)、環(huán)節(jié)控制方面得到了廣泛的應(yīng)用,為測(cè)控技術(shù)與儀器的發(fā)展做出了卓著貢獻(xiàn)。今后隨著測(cè)控領(lǐng)域智能化技術(shù)研究的不斷深入,測(cè)控技術(shù)與儀器將會(huì)取得新的發(fā)展。

[1]浦昭邦,王光寶.測(cè)控儀器設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工業(yè)出版社,2007.4.

[2]呂輝.現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)[J].西安電子科技大學(xué)出版社,2006.5.

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