• 第四代智能仪器。随着微电子技术的发展 和微处理器的普及，20世纪80年代出现了 在数字化的基础上，以微处理器为核心的 第四代测控仪器。 • 1)高精度、高可靠性 • 2)通用化、标准化与高效率 • 3)应用新原理、新技术 • 4)多维化、多功能化 • 5)高智能化
• • • •
6)网络化 1.3.2 虚拟仪器 1)概念 随着微电子技术、计算机软、硬件技术和 网络技术的迅速发展及其在现代仪器中的 广泛应用，新的测试领域和需求不断产生， 新的测试理论、测试方法、测试技术以及 仪器结构也不断涌现，这在许多方面已经 并将继续改变传统仪器的概念。
第1章 概论
• 1.1 概述 • 1.1.1 测控仪器的概念 • 仪器是人们认识世界、改造世界的手段和 工具，是用来对客观物质实体及其本质属 性进行观察、监视、测量、记录、传输、 转换、显示、分析、处理以及控制的各种 器具、设备与系统的总称，是信息技术的 源头。
• 测量是为确定被测对象的量值而进行的实 验过程，也是通过实验（试验）对客观事 物取得定量意义(或叫信息)的过程。 • 测量仪器：将被测量取出并与测量标准进 行比较，准确地表示被测量的真实数值， 其主要测量对象是各种物理量。 • 测量仪器可分为： • (1)几何量测量仪器 • (2)热工量测量仪器
• 第一代模拟指针式仪器是以电磁感应定律为 基础的，起源于20世纪40年代，主要是针对 某种测试目的而专门设计制造的专用仪器。 • 第二代分立元件仪器。当20世纪50年代出现 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控仪器。
• 第三代数字化仪器。20世纪70年代集成电路 出现，随之诞生了以集成电路芯片为基础的 第三代测控仪器——数字化仪器。
示器等各种输出设备、数模转换器和信号 驱动器等构成，其作用是将输出数据以数 据、曲线、图形甚至多维测试结果模型来 显示、打印、存储或再转换成模拟信号输 出。 • 联网是虚拟仪器通信接口中重要的选件， 经过它可以使本仪器与其他计算机系统或 仪器相联，进行广泛的信息交换。 • 2)特点
• 基于上述情况，可以看出，虚拟仪器具有 下列特点： • (1)增强和延伸了传统测控仪器的功能 • (2)性价比高 • (3)使用灵活，应用范围广泛 • (4)模块化设计，互换性强，制造方便 • 1.4 本课程的目的与要求 • 本书的学习强调理论联系实际，学习的目 的要求是：
• • • • • • •
(3)机械量测量仪器 (4)时间频率测量仪器 (5)电磁测量仪器 (6)无线电参数测量仪器 (7)光学与声学参数测量仪器 (8)电离辐射测量仪器 以上8大类测量仪器在基本技术上是融会贯 通的，其研究、设计和使用存在许多共性
• •
ห้องสมุดไป่ตู้
• •
的东西，这就是计量测试仪器的设计理论 和测试理论。 1.1.2 测控仪器和系统的地位与作用 仪器是一个国家高科技发展水平的重要标志 之一，是信息时代的源头技术，发展至今已 经成为一门独立的学科，具有多学科交叉融 合的特点。 测控仪器是仪器仪表学科的重要组成部分。 测量是揭示客观世界规律的手段，是人类认 识客观世界最基本的方法。
• (2)微处理器的引入使现代测控仪器的功能较传 统仪器有了极大的提高。 • (3)有较强的数据处理能力，即运算和判断的能 力。 • (4)具有很高的自动化水平和自动测量的能力。 • (5)具有可程控操作能力和人-机对话的能力。 • (6)由于采用了微处理器，越来越多的硬件被软 件所代替，重量、体积和功耗减小，结构简化， 成本降低，仪器的可靠性和可维修性得以提高。
• 测量部件由传感器、信号测量电路或测量 仪器（部件）组成。 • 传感器是测量系统中的第一个环节，用于 从被测对象获取信息或能量，并将其转换 为适合测量的变量或信号。 • 1.2.2 测控仪器的功能特点 • (1)由于现代电子技术的应用，测控仪器能 进行连续测量、记录和实时控制，并能根 据测量的结果自行判断、运算与分析。
• (7)具有存贮大量测量信息、标准量值和各 种历史数据以及备用参数的功能。 • (8)各种控制算法在测控仪器中得到广泛应 用，仪器性能得到很好完善和提高。 • 1.3 测控仪器的发展状况与前景 • 1.3.1 测控仪器的发展状况 • 测控仪器发展至今，大体经历了4代：模拟 仪器、分立元件仪器、数字化仪器、智能 仪器和虚拟仪器。
• 与传统测控仪器一样，虚拟仪器同样划分 为数据采集、数据分析处理、数据输出三 大功能模块。 • 数据采集模块主要由信号输入处理单元与 模数转换单元组成，其主要作用是对输入 模拟信号进行调理后，转换成数字信号， 以便于计算机分析处理； • 数据分析处理模块主要由计算机中的微处 理器为核心构成，用来完成测量数据的运 算、分析与处理；数据输出模块主要由显
• 广义地说，任何(实验科学)的结论，都是对 实验数据统计推断的结果，而数据的取得， 只有靠测量来完成。 • 测量技术是人类科学技术和改造客观世界 能力的重要标志之一。 • 1.2 测控仪器的基本构成 • 1.2.1 测控仪器的基本构成 • 一个典型的测控仪器主要由实验装置、测 量部件、数据处理、分析和输出设备以及 针对具体对象的控制设备等几部分构成。
• ①掌握与机、光、电、计算机技术相结合 的测控仪器总体设计有关的基础理论知识。 • ②初步掌握如何从设计任务出发，进行仪 器总体设计和系统设计的方法。 • ③初步具有正确的估算和分析仪器误差， 进行仪器精度设计的能力。
第2章 测控仪器总体设计
• 所谓虚拟仪器，即以计算机为核心，充分 利用计算机的软件和硬件资源，将各种仪 器功能卡应用于微型计算机，使之成为计 算机及仪器兼容的微型计算机仪器。 • 一台以PC机为基础的仪器，不同功能的仪 器仅体现于测量模块及其软件的不同，由 于不同的软件可以作成不同功能的测量仪 器，因而其控制面板已不可能像传统仪器 那样仅采用一种固定的硬件模式，而只能 用软面板去适应不同仪器的要求。