现代仪器综述

PAGEPAGE18现代仪器综述学院：专业：班级：姓名：学号：前言：现代仪器仪表技术是一门集电子技术、单片机技术，自动化仪表、自动控制技术、计算机应用等于一体的跨学科的专业技术。自20世纪90年代初以来，这项技术已逐步引入到国内工科专业中的电子信息、通讯、自动化、计算机应用等信息类专业中。随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，测控仪器仪表的智能化、总线化、网络化发展已在各个相关行业呈现出广阔的发展前景，同时也日益成为工程界和科技界人士所关注的重要问题之一。因此，了解和熟悉现代智能仪器仪表的特点功能，发展趋向及其应用前景是十分重要和必要的。一：现代仪器仪表概念近些年来，随着微处理器和单片机的发展和广泛应用，出现了一种新型的专用仪器——现代智能仪器。这种仪器一微处理器或单片机为核心，具有信息采集、显示、处理、传输以及优化检测与控制等多种功能。有些甚至还具有专家推断、逻辑分析与决策的能力。智能仪器的出现，极大地扩充了常规仪器的应用范围。由于现代智能仪器一开始就显示它强大的生命力，目前已成为仪器仪表发展的一个主导方向。它的不断发展对自动控制、电子技术、国防工程、航天技术与科学实验等将产生极其深远的影响。现代智能仪器是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器，拥有对数据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能。现代智能仪器的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。现代智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。二：现代仪器仪表的功能特点随着微电子技术的不断发展，集成了CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器甚至A／D、D／A转换器等在一块芯片上的超大规模集成电路芯片(即为主体，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，又组成了所谓的“现代智能化测量控制系统”，也就是现代智能仪器。与传统仪器仪表相比，智现代能仪器具有以下功能特点：1）操作自动化。仪器的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、数据的采集、传输与处理以及显示打印等都用单片机或微控制器来控制操作，实现测量过程的全部自动化。2）具有自测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。智能仪表能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。这种自测试可以在仪器启动时运行，同时也可在仪器工作中运行，极大地方便了仪器的维护。3）具有数据处理功能，这是智能仪器的主要优点之一。智能仪器由于采用了单片机或微控制器，使得许多原来用硬件逻辑难以解决或根本无法解决的问题，现在可以用软件非常灵活地加以解决。例如，传统的数字万用表只能测量电阻、交直流电压、电流等，而智能型的数字万用表不仅能进行上述测量，而且还具有对测量结果进行诸如零点平移、取平均值、求极值、统计分析等复杂的数据处理功能，不仅使用户从繁重的数据处理中解放出来，也有效地提高了仪器的测量精度。4）具有友好的人机对话能力。智能仪器使用键盘代替传统仪器中的切换开关，操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。与此同时，智能仪器还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉操作人员，使仪器的操作更加方便直观。5）具有可程控操作能力。一般智能仪器都配有GPIB、RS232C、RS485等标准的通信接口，可以很方便地与PC机和其他仪器一起组成用户所需要的多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任务。三：现代仪器仪表的分类根据国际发展潮流和我国的现状，现代仪器仪表按其应用领域和自身技术特性大致划分为6个大类，即工业自动化仪表与控制系统、科学仪器、电子与电工测量、仪器、医疗仪器、各类专用仪器，传感器与仪器仪表元器件及材料。工业自动化仪表与控制系统，主要指工业，特别是流程产业生产过程中应用的各类检测仪表、执行机构与自动控制系统装置。科学仪器主要指应用于科学研究、教学实验、计量测试、环境监测、质量和安全检查等各个方面的仪器仪表。电子与电工测量仪器，主要指低频、高频、超高频、微波等各个频段测试计量专用和通用仪器仪表。医疗仪器主要指用于生命科学研究和临床诊断治疗的仪器。各类专用仪器指农业、气象、水文、地质、海洋、核工业、航空、航天等各个领域应用的专用仪器。科学仪器可以细分为14个小类，即电子光学仪器，离子光学仪器，X射线仪器，光谱仪器，色谱仪器，波谱仪器，电化学仪器，生化分离分析仪器，气体分析仪器，显微镜和成像系统，化学反应及热分析仪器，声学振动仪器，力学性能测试仪器（材料试验机），光电测量仪器。其中，发展最快，应用最广和市场容量最大的是各类光学仪器和分析仪器。现代仪器仪表虽然作了大致分类，实际上存在着许多交叉，比如各类专用仪器中许多都是科学仪器。四：现代仪器仪表的学科特征仪器科学与技术是以精密机械、电子技术、光电技术、计算机技术为主，并与精密仪器及机械、测试计量技术及仪器、光电工程、电子科学与技术、计算机科学与技术、控制科学与工程等学科相互交叉和相互渗透的综合学。它包括两个二级学科，即精密仪器及机械和测试计量技术及仪器。五：现代仪器仪表的技术特征仪器仪表工程领域涉及：产品研制、工艺开发、装备设计、技术改造、质量控制、计量测试、企业管理、新装置建设、项目规划、引进装置消化吸收、工程可行性研究等。随着仪器仪表领域的技术发展，新型传感器及信息获取、过程测控系统、装备及集成技术、微系统测量控制仪器仪表及制造技术、新型计量测试仪器及计量基准研究等逐渐成为本领域的重要技术发展趋势。六：现代仪器仪表的行业特征仪器仪表工程领域的行业覆盖范围包括：科学仪器、分析仪器、光学仪器、试验机、实验室仪器、工业自动化仪表、信息技术电测仪器、通用和专用自动测试系统、医疗仪器等行业。七：现代智能仪表的典型结构现代智能仪器由硬件和软件两大部分组成。硬件部分主要包括主机电路、模拟量输入/输出通道、人机接口电路、通信接口电路。现代智能仪器的软件分为监控程序和接口管理程序两部分。监控程序是面向仪器面板键盘和显示器的管理程序；接口管理程序是面向通信接口的管理程序，接收并分析来自通信接口总线的远控命令。八：现代仪器仪表的发展历史及现状1、概述：第一代测试仪器是以电磁感应基本定律为基础的模拟指针式仪表。当50年代出现了电子管、60年代出现晶体管时，便产生了以电子管或晶体管为基础的第二代测试仪器——分立元件式仪表。70年代出现了集成电路，产生了以集成电路芯片为基础的第三代仪器——数字式仪表。随着微电子技术的发展和微处理器的普及，80年代以微处理器为中心的第四代仪器——智能式仪表迅速普及。现在，微电子技术与计算机技术的飞速发展，测试技术与计算机深层次的结合正引起测试仪器领域里一场新的革命，一种全新的仪器结构概念导致新一代仪器——虚拟仪器的出现，进而产生集成仪器，再由单台仪器子系统向多台仪器组成的大的测试系统方向发展。现代高新技术，如航天、遥感、生物工程、医疗、环保、新材料等的研究发展以及各类基础科学实验工作，无一不直接依靠仪器来完成。现代仪器技术是知识创新和技术创新的基础，电子显微镜、质谱技术、CT断层扫描仪、J射线物质结构分析仪、光学相衬显微镜、扫描隧道显微镜等先进仪器的诞生对人类的科学研究产生了划时代的作用。纵观人类科技发展史不难看出，科技重大成就的获得和科学新领域的开辟往往是以测试仪器和测试技术方法上的突破为先导的。实际上，随着人类制造和使用工具的规模不断向高、大、精、尖发展，人类活动的规模和深度不断扩大和深入，人类已不可能通过自己的感觉、思维和体能器官直接观测和操作工具使之达到既定的目标，仪器科学与技术的内涵就是专门研究、开发、制造、应用各类仪器以使人的感觉、思维和体能器官得以延伸的科学技术学科，从而使人类具有更强的感知和操作工具的能力来面对客观物质世界，能以最佳或接近最佳的方式发展生产力、进行科学研究、预防和诊疗疾病及从事社会活动。2、发展特点仪器科学与技术学科作为工程性学科，有关仪器运行、应用的理论研究、新技术、新器件、新材料、新工艺的研究和应用集中体现在新型仪器仪表及相关的传感器、元器件和材料等领域的研究和产业化中，科技研究和产业发展紧密结合。日前，根据国际发展潮流和我国现状，仪器科学与技术学科主要组成包括：工业自动化测控技术及工业自动化仪表与系统；科学测试、分析技术及科学仪器；人体诊疗技术及医疗仪器；信息计测技术及电测仪器(主要是电子测量仪器和电工测量仪器，包括仪表校验装置和计量基准)；专用检测技木及各类专用测量仪器，相关传感器、元器件、材料及技术。九：现代仪器仪表的未来趋势1、学科领域科技发展趋势学科领域科技发展的趋势是利用各学科最新科技成果，特别是结合材料、微电子、光电子、生物化学、信息处理等各学科及大规模集成电路、微纳加工、网络等各种新技术，开发新的微弱信号敏感、传感、检测、融合技术，物质原子、分子级检测技术，复杂组成样品的联用分析技术，生命科学的原位、在体、实时、在线、高灵敏度、高通量、高选择性检测技术，工业自动化测控的在线分析、原位分析、高可靠性、高性能和高适用性技术，医疗诊治的健康状况监测、早期诊治、无损诊断、无创和低创直视诊疗、精确定位治疗技术，新学科领域的计量技术，各类应用领域的专用、快速、自动化检测和计量技术。这些科技发展趋势，具体表现在下列一些方面。1）与微电子技术、MEMS技术结合，实现敏感单元与信号调理电路集成，有利于敏感单元微弱信号检测、放大及处理，大大减小了传感器体积，有效提高了传感器的抗干扰能力。2）与纳米技术结合，基于传感器实现的新方法，采用纳米结构或纳米材料的某些典型特征，设计极高灵敏度的痕量检测微系统。3）与生物技术结合，开发微型生物、化学传感系统，用于疾病检测、生化分析、有毒有害物质检测等领域。4）与网络、通信技术结合，开发网络化传感技术和微弱信号融合技术，用于有用信号增强及原位、在体、实时、在线、高灵敏度、高通量、高选择性检测等。5）与太赫兹辐射技术结合，开发太赫兹光谱检测、太赫兹成像分析和太赫兹遥测技术，用于国防、安全检查、材料识别与诊断、生产监测、生物医学应用等领域。太赫兹辐射（T-射线，波长为30-3000μm范围内的电磁波）可以像X-射线那样穿过某些材料“看”到其背后的物质，T-射线光子能量极低，不会对人体和其他材料造成电离，大多数包装材料如纸张、碳素板、塑料等对T-射线都是透明的，而金属和含有水分的材料不能透过T-射线。可以利用T-射线进行成像，透视出包装物品内部物体的T-射线图像来，从而可以应用于机场的安全检查和人体内有损伤或破裂器官的检查。6）结合分子影像学，开发活体内可见光成像分析、小动物光学分子成像分析技术，可实现无创伤、实时、活体、特异、精细(分子水平)的显像分析。7）结合表面增强拉曼散射(SERS)技术，开发针尖增强拉曼显微分析、生物芯片SERS分析技术，具有灵敏度高、干扰小的特点，适合于研究界面效应，可以解决生物化学、生物物理和分子生物学中的许多检测难题，有望解决超高灵敏度分析问题，甚至进行单细胞和单分子分析。8）结合核磁共振技术，开发新的核磁共振波谱分析、核磁共振成像分析技术，以提高灵敏度、空间分辨率和时间分辨率。其中高时空分辨成像技术，还直接导致形成了脑功能成像这一新的研究领域。9）结合像差校正技术，开发电子、粒子束微区分析技术，利用电子、粒子束探索和分析样品表面形貌、原子和分子结构、元素组成、化学状态。电子、粒子束微区分析技术在材料科学、微电子学、化学与催化、环保、能源、生命科学等领域应用很广，其分辨本领有日益提高的趋势，目前点分辨已突破1A的限制，能量分辨率达到0.1eV水平。10）结合生命科学技术，开发基因测序和基因转录检测技术、蛋白质鉴定和大规模蛋白质间相互作用检测技术、蛋白质组生物信息检测和代谢组学分析技术。2、产业领域发展趋势国际上仪器科技产品的发展趋势是微型化、数字化、智能化、集成化和网络化进一步向纵深发展，并在产品性能上向高精度、高可靠性、高环境适应性目标前进，在人机界面土更便于人的操作、使用，以及与人类生活、健康有关的各类仪器科技产品有望得到较大的发展并进入家庭。通过家庭、社区、医院联网将使保健、疾病诊治从医院向社区、家庭发展。仪器科技产品的微型化发展趋势，主要依托于微机电系统(MEMS)的微米/纳米制造技术和微电子IC制造技术，使仪器科技产品集机械、传感、测控等部件于一个芯片上，并能按微电子IC批量加工工艺制造。仪器科技产品的数字化、智能化发展趋势，随微电子技术、计算机技术、人工智能技术的发展而进步，它使仪器科技产品与数字处理器，超大规模专用集成电路、PC技术、人工智能技术进一步融合在一起。国际上目前先进的数字化、智能化仪器仪表系统构成，以数字信号处理系统(DSPS)为代表，它以DSP为核心，配合先进的混合信号电路，专用系统集成电路、元件及开发工具等组成对整个应用系统的完整解决方案。在数字化和智能化发展趋势中，硬件和软件处于同样重要的地位，硬件是基础，仪器使用新器件、新工艺，特别是超大规模集成的新器件，能使原来不能实现的指标成为可能，因此新器件的采用能成为产品竞争的重要筹码。另一方面软件在智能仪表的发展中起着越来越重要的作用，现代仪器仪表设计中软件工作量已占到70%-80%，这在某种程度上决定着仪器的功能和性能。软件能完成性能指标补偿、自动测试，自检、自诊断、数据采集、控制、传输、显示等功能。有的如计算机、光盘等的评估测试，主要由软件完成。软件将成为今后智能仪表发展的重要方向。未来10年，更高程度的智能化应包括理解、推理、判断与分析等一系列功能，是数值、逻辑与知识的结合分析结果，智能化的标志是知识的表达与应用3、现代智能仪表的技术趋势仪器仪表作为信息工业的源头，是以电脑和微处理器的技术为核心技术，以计算机、网络、系统、通信、图像显示、自动控制理论为共性关键技术基础。这些信息技术应用到仪器仪表中，促成仪器仪表产品升级为智能仪器仪表，发展成为信息工业领域中一大系列产品群体。仪器仪表产品正向智能化、微型化、网络化和虚拟化方向迅速迈进。1）微型化：仪器仪表产品微型化主要归结于超大规模集成（VLSI）新器件、微机电系统（MEMS）、圆片规模集成（WSI）和多芯片模块（MCM）等；采用微控技术、微加工技术、微检测技术、微光源、微分光光学系统、微传感器等，使仪器仪表产品体积缩小，精度提高。2）智能化：仪器仪表产品智能化主要归结于微处理器和人工智能技术的发展与应用。以美国德州仪器公司提出的“DSPC”概念为例，以DSP芯片为核心，配合先进的混合信号电路、ASIC电路、元件及开发工具等提供整个应用系统的解决方案。目前DSP的生产工艺正在由0.35μm转向0.25μm、0.18μm、0.13μm，2005年可达到0.075μm。到2010年，DSP芯片的集成度将会提高11倍，单个芯片上将会集成5亿只晶体管。3）网络化：由于测量设备自动化、智能化水平的提高，多台仪器联网已推广应用，虚拟仪器、三维多媒体等新技术开始实用化。仪器仪表产品网络化主要归结于现场总线技术。基于现场总线的FCS（FieidbusControlSystem）将取代DCS成为控制系统的主角，Internet和Intranet技术也进入控制领域，网络化系统渗透到企业从生产到管理、直到经营等各方面。通过Internet网，仪器用户之间可异地交换信息和浏览，厂商能直接与异地用户交流，能及时完成如仪器故障诊断、指导用户维修或交换新仪器改进的数据、软件升级等工作。国外著名仪器厂商正在积极研制和开发新型网络化智能化测量设备，如美国P&SDataCom（Microchip）公司通过多年对智能设备与网络间通讯方式的研究和开发，发明了具有专利的通用网络通讯控制器芯片--WebChipTM，并提供了一种简单、低价格、完整的智能设备网络连接方案。4）虚拟化：仪器仪表产品虚拟化主要归结于虚拟现实技术。它是一种由计算机全部或部分生成的多维感觉环境，给参与者产生各种感官信息，使参与者有身临其境的感觉，能体验、接受和认识客观世界中的客观事物，深化概念和建造新的构想和创意。4、应用趋势数字技术的出现把模拟仪器的精度、分辨力与测量速度提高了几个量级，为实现测试自动化打下了良好的基础。计算机的引入，使仪器的功能发生了质的变化，从个别参量的测量转变成测量整个系统的特征参数，从单纯的接受、显示转变为控制、分析、处理、计算与显示输出，从用单个仪器进行测量转变成用测量系统进行测量。计算机技术在仪器仪表中的进一步渗透，使电子仪器在传统的时域与频域之外，又出现了数据域测试。90年代，仪器仪表与测量科学技术突破性进展是仪器仪表智能化程度的提高；DSP芯片的大量问世，使仪器仪表数字信号处理功能大大加强；微型机的发展，使仪器仪表具有更强的数据处理能力和图象处理功能；现场总线技术是90年代迅速发展起来的一种用于各种现场自动化设备与其控制系统的网络通信技术，Internet和Internet技术也将进入控制领域。现代仪器仪表产品将向着计算机化、网络化、智能化、多功能化的方向发展，跨学科的综合设计。高精尖的制造技术使它能更高速、更灵敏、更可靠、更简捷地获取被分析、检测、控制对象的全方位信息。未来10年，而更高程度的智能化应包括理解、推理、判断与分析等一系列功能，是数值、逻辑与知识的结合分析结果，智能化的标志是知识的表达与应用。利用物理学的新效应和高新技术及其成就开发新型高灵敏度、高稳定性、强抗干扰能力传感器技术和测试仪器仪表。如：利用高温超导量子干涉仪（SGUID）开发计量测试仪器、物理学测试仪器、地理和地质学仪器、化学分析仪器、医疗仪器、无损材料检测仪器等。利用椭偏技术来检测光纤、光学玻璃等，它与近场光学相结合，不仅可以测量表面精细结构，同时根据近场光学反射偏振信息可以分辨出被测物体的材料，这是目前实验研究新探索。将可调谐稳频激光光谱仪技术用于高精密的几何量与机械量和多种无形态的量的测量，开发以新一代微型光纤传导激光干涉仪，它的测量范围可以从纳米到几米或更大的范围，分辨率可达10mm。发展纳米测量技术，建立纳米计量测试标准，这是当今在计量与测试技术研究中十分活跃的课题。分析仪器正在经历一场革命性的变化，传统的光学、热学、电化学、色谱、波谱类分析技术都已从经典的化学精密机械电子结构、实验室内人工操作应用模式，转化为光、机、电、算（计算机）一体化、自动化的结构，并正向更名副其实的智能系统发展（带有自诊断自控、自调、自行判断决策等高智能功能）。由于以信息技术为代表高新科学技术的突飞猛进，使科学仪器的工作原理，设计思想、设计方法发生了明显的变化5、发展特点根据上述仪器仪表国际发展的趋势，可以十分清楚的看出现代仪器仪表发展具有以下主要特点：1）技术指标不断提高就如奥林匹克运动的口号是更高、更快、更强一样，仪器仪表在提高检测控制技术指标上是永远的追求。以仪器仪表和测量控制的技术范围指标来说，如电压从纳伏~100万伏；电阻从超导至1014Ω；谐波测量到51次；加速度从10-4—104g；频率测量至1010HZ；压力测量至108Pa；温度测量从接近绝对零度至1010℃等。以提高测量精度指标来说，工业参数测量提高至0.02%以上，航空航天参数测量达到0.05%以上，计量精度和科学仪器达到的精度更是与时俱进。以提高测量的灵敏度来说更是向单个粒子、分子、原子级发展。提高测量速度（响应速度），静态0.1~0.2ms，动态为Lμs。提高可靠性，一般要求为2~5万小时，高可靠要求25万小时。稳定性（年变化）＜±0.05%（高精度仪器）或＜±2）最先应用新的科学研究成果，高新技术大量采用现代仪器仪表作为人类认识物质世界、改造物质世界的第一手工具，是人类进行科学研究和工程技术开发的最基本工具。人类很早就懂得“工欲善其事，必先利其器”的道理，新的科学研究成果和发现如信息论、控制论、系统工程理论，微观和宏观世界研究成果及大量高新技术如微弱信号提取技术，计算机软、硬件技术，网络技术，激光技术，超导技术，纳米技术等均成为仪器仪表和测量控制科学技术发展的重要动力，现代仪器仪表不仅本身已成为高技术的新产品，而且利用新原理、新概念、新技术、新材料和新工艺等最新科技术成果集成的装置和系统层出不穷。3）单个装置微小型化，智能化，可独立使用，嵌入式使用和联网使用测量控制仪器仪表大量采用新的传感器、大规模和超大规模集成电路、计算机及专家系统等信息技术产品，不断向微小型化、智能化发展，从目前出现的“芯片式仪器仪表”，“芯片实验室”等看，单个装置的微小型化和智能化将是长期发展趋势。从应用技术看，微小型化和智能化装置的嵌入式连接和联网应用技术得到重视。4）测控范围向有关工作方式立体化、全球化扩展，测量控制向系统化、网络化发展随着测量控制仪器仪表所测控的既定区域不断向立体化、全球化甚至星球化发展，仪器仪表和测控装置已不再呈单个装置形式，它必然向测控装置系统、网络化方向发展。例如一个大型水电站的测控系统，仅检测大坝安全性的传感器就达数千个，此外各个发电机组状态及水位情况的检测控制点（I/O测控点）将超过万点，要达到大型水电站的正常发电和送电，必须将各个测控点的测控装置形成网络化结构，形成一个有机的测控网络系统；又例如卫星测控系统，人造卫星上配置的各种传感器就达到数千，它首先要将卫星上各种测控装置构成一个完整的自动测控子系统，然后和多个地面站的测控系统构成一个广域测控系统。5）便携式、手持式以至个性化仪器仪表大量发展随着生产的发展和人民生活水平的提高，人们对自己的生活质量和健康水平日益关注，检测与人们生活密切相关的各类商品、食品质量的仪器仪表，预防和治疗疾病的各种医疗仪器是今后发展的一个重要趋势。科学仪器的现场、实时在线化，特别是家庭和个人使用的健康状况和疾病警示仪器仪表将有较大发展。6、现代仪器仪表发展的关键技术从现代仪器仪表科学技术的发展趋势和特点，可以列出仪器仪表发展的关键技术如下。1）传感技术传感技术不仅是仪器仪表实现检测的基础，它也是仪器仪表实现控制的基础。这不仅因为控制必须以检测输入的信息为基础，并且是由于控制达到的精度和状态，必需感知，否则不明确控制效果的控制仍然是盲目的控制。广义而言传感技术必须感知三方面的信息，它们是客观世界的状态和信息，被测控系统的状态和信息以及操作人员需了解的状态信息和操控指示。在这里应注意到客观世界无穷无尽，测控系统对客观世界的感知主要集中于与目标相关的客观环境（简称既定目标环境），既定目标环境之外的环境信息可通过其它方法采集。被测控系统可以是简单的物或单一的样本，可以是复杂的无人直接操纵的自动系统，可以是有人（群）在内操作的大型自动化系统或社会活动系统，也可以是人体。以人体健康、生理、心理状态为目标的传感技术是医疗诊治仪器的基础和核心。操作人员可以是单人，但在系统化、网络化的情况下常为不同岗位下的操作人员群体。窄义而言，传感技术主要是客观世界有用信息的检测，它包括有用被测量敏感技术，涉及各学科工作原理、遥感遥测、新材料等技术；信息融合技术，涉及传感器分布，微弱信号提取（增强），传感信息融合，成像等技术；传感器制造技术，涉及微加工，生物芯片，新工艺等技术。2）系统集成技术系统集成技术直接影响仪器仪表和测量控制科学技术的应用广度和水平，特别是对大工程、大系统、大型装置的自动化程度和效益有决定性影响，它是系统级层次上的信息融合控制技术，包括系统的需求分析和建模技术，物理层配置技术，系统各部份信息通信转换技术，应用层控制策略实施技术等。在操作人员为多种不同岗位的操作群体情况下，还包括各级操作人员需求分析技术。3）智能控制技术智能控制技术是人类以接近最佳方式，通过测控系统以接近最佳方式监控智能化工具、装备、系统达到既定目标的技术，是直接涉及测控系统的效益发挥的技术，是从信息技术向知识经济技术发展的关键。智能控制技术可以说是测控系统中最重要和最关键的软件资源。从目前发展趋势看，在企业信息化ERP/MES/PCS三级结构的计算机测控系统中，软件的价格已超过硬件的3倍。而有关石化、冶金、电力、制药行业中自动化测控系统的先进控制软件价格就超过系统硬件价格。智能控制技术包括仿人的特征提取技术，目标自动辨识技术，知识的自学习技术，环境的自适应技术，最佳决策技术等。4）人机界面技术人机界面技术主要为方便仪器仪表操作人员或配有仪器仪表的主设备、主系统的操作员操作仪器仪表或主设备、主系统服务。它使仪器仪表成为人类认识世界、改造世界的直接操作工具。仪器仪表、甚至配有仪器仪表的主设备、主系统的可操作性、可维护性主要由人机界面技术完成。仪器仪表具有一个美观、精致、操作简单、维护方便的人机界面，常成为人们选用仪器仪表及配有仪器仪表的主设备、主系统的一个重要条件。人机友好界面技术包括显示技术、硬拷贝技术、人机对话技术、故障人工干预技术等。考虑到操作人员从单机单人向系统化、网络化情况下的许多不同岗位的操作人员群体发展、人机友好界面技术正向人机大系统技术发展。此外，随着仪器仪表的系统化、网络化发展，识别特定操作人员、防止非操作人员的介入技术也日益受到重视。5）可靠性技术随着仪器仪表和测控系统应用领域的日益扩大，可靠性技术特别是在一些军事、航空航天、电力、核工业设施，大型工程和工业生产中起到提高战斗力和维护正常工作的重要作用。这些部门一旦出现故障，将导致灾难性的后果。因此装置的可靠性、安全性、可维性、特别是包括受测控系统在内的整个系统的可靠性、安全性、可维性显得特别重要。像2003年8月15日美国、加拿大大面积停电的事故，是决不应由部分设备故障而扩展造成！仪器仪表和测控系统的可靠性技术除了测控装置和测控系统自身的可靠性技术外，同时还要包括受测控装置和系统出现故障时的故障处理技术。测控装置和系统可靠性包括故障的自诊断、自隔离技术，故障自修复技术，容错技术，可靠性设计技术，可靠性制造技术等。十：现代仪器与传统仪器的区别与比较1、传统仪器与现代仪器的比较传统的仪器一般采用简单的电子电路来转换测量数据，用直观的直读的模式显示或读出测试数据，没有数据存储和处理功能，要通过人工来进行计算、比对，得出测量结果。只能用于一般测量精度不太高的数据测量，由于它的成本比较低，目前还拥有一定市场。智能仪器是带有微型处理系统，或可接入微型计算机智能化仪器。它通过电子电路来转换测量数据，并对数据进行存储运算逻辑判断，通过全自动化的操作过程得到准确无误的测量结果，并可通过打印机输出文字结果。智能仪器现在已广泛用于电子，化工，机械，轻工，航空等行业的精密测量，对我国制造业提升产品质量的检测手段，起到了重要的作用。2、传统仪器的缺陷传统的测量仪器是一个自封闭的系统，它作为独立的设备拥有自己的机箱包括各种开关旋钮的操作面板，信号输入输出端，指针式或LED显示表，CRT或LCD波形显示窗口，打印输出端口。仪器内部包括有传感器、信号处理器、A/D转换器、微处理器、存储器和内部总线等专门化的电路。通过这些电路来转换、测量、分析实际信号，并将结果以各种方式显示。但是由于仪器所包含的功能均由仪器厂家定义，所有的功能块全部都是以硬件(或固化了的软件)的形式存在于测量仪器中，单台仪器的功能单一、固定，用户无法根据实际需要改变或扩展仪器功能。而在实际应用中，电子工程师往往需要用到多种不同的测量功能，在进行野外实地测量的情况下，在测量的信号种类较多的情况下，在需要对被测信号进行存储、离线分析的情况下，传统测量仪器就体现出了诸多的不便和功能上的局限。虽然电子计算机技术的发展给传统的仪器注入了强大的活力。特别是微电子技术和大规模集成电路的发展，促进了数字化仪器，智能仪器的快速发展，使其功能越来越强，精度越来越高，性能越来越好。但是，传统的测量仪器的固有局限性并没有根本改变3、现代仪器的优势极大地扩充了常规仪器的应用范围。由于现代智能仪器一开始就显示它强大的生命力，目前已成为仪器仪表发展的一个主导方向。它的不断发展对自动控制、电子技术、国防工程、航天技术与科学实验等将产生极其深远的影响。现代智能仪器是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器，拥有对数据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能。现代智能仪器的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。现代智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。十一：现代仪器仪表在当今社会中的重要作业与地位1、工业生产方面美国商务部国家标准局20世纪90年代中发布的调查数据表明，美国仪器仪表产业的产值约占工业总产值4%，而它拉动的相关经济的产值却达到社会总产值66%，仪器仪表发挥出“四两拨千斤”的巨大的“倍增”作用。事实上，现代化大生产，如发电、炼油、化工、冶金、飞机和汽车制造等，离开了只占企业固定资产大约10%的各种测量与控制仪器仪表装置就不能正常安全生产，更难以创造巨额的产值和利润。专家们形象地把仪器仪表比喻为国民经济中的“卡脖子”产业。2、科学研究方面离开了科学仪器，一切科学研究都无法进行。在重大科技攻关项目中，几乎一半的人力财力都是用于购置、研究和制作测量与控制的仪器设备。诺贝尔奖设立至今，众多获奖者都是借助于先进仪器的诞生才获得重要的科学发现；甚至许多科学家直接因为发明科学仪器而获奖。据统计，近80年来获诺贝尔奖同科学仪器有关的达到38人。诺贝尔奖获得者R.R.Ernst说过：“现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展。”基因测量仪器的问世，使世界基因研究计划提前6年完成就是最好的证明。从神州2号至神州5号上，共有185台（套）科学仪器装置，为神州5号飞船的成功发射并获取大量宝贵的飞行试验数据和科学资料。要加快科学研究和高技术的发展，仪器仪表必须先行。