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智能稱重儀表是計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量?jī)x表相結(jié)合的產(chǎn)物,是含有微計(jì)算機(jī)或微處理器的測(cè)量?jī)x表。由于它擁有對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、運(yùn)算、邏輯判斷及自動(dòng)化操作等功能,具有一定智能的作用(表現(xiàn)為智能的延伸或加強(qiáng)等),因而被稱之為智能稱重儀表。fi0J將微機(jī)引入測(cè)量和控制儀表中,不僅能解決傳統(tǒng)儀表不能解決或不易解決的問(wèn)題,而且能簡(jiǎn)化電路、增加功能、提高精度和可靠性。同時(shí)這類儀表已能實(shí)現(xiàn)人腦的一部分功能,例如四則運(yùn)算、邏輯判斷、命令識(shí)別等,有的還能夠進(jìn)行自校正、自診斷,并具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的能力。
自從1971年世界上岀現(xiàn)了第一種微處理器以來(lái),微計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。測(cè)量?jī)x表在它的影響下有了新的活力,取得了新的進(jìn)步e電子計(jì)算機(jī)從過(guò)去的龐然大物已經(jīng)可以縮小到可以置于測(cè)量?jī)x表之中,作為儀表的控制器存儲(chǔ)器及運(yùn)算器,并使其具有智能的作用。概括起來(lái)說(shuō),智能稱重儀表在測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化、測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理及一機(jī)多用(多功能化)等方面已取得巨大的進(jìn)展。到了90年代,可以說(shuō),在高準(zhǔn)確度、高性能、多功能的測(cè)量?jī)x表中已經(jīng)很少有不釆用微計(jì)算機(jī)技術(shù)的了??偟膩?lái)說(shuō),可以從對(duì)傳統(tǒng)儀表的改進(jìn)和新型儀表的出現(xiàn)兩個(gè)方面來(lái)歸納智能稱重儀表的發(fā)展概況。傳統(tǒng)的手持式萬(wàn)用表,在釆用了單片微機(jī)控制之后,功能更加多樣,使用更加方便、可靠,而且準(zhǔn)確度大為提高。在磁測(cè)量?jī)x表方面,釆用微機(jī)的精密測(cè)磁裝置已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)磁性材料的智能化測(cè)量。這種裝置為一機(jī)多用,可實(shí)現(xiàn)對(duì)硬磁、軟磁及交流磁性的測(cè)量,在一個(gè)裝置上可以滿足大多數(shù)磁性參數(shù)及品種的要求,智能稱重儀表除了在傳統(tǒng)儀表的改進(jìn)方面取得了巨大的成就而外,還開辟了許多新的應(yīng)用領(lǐng)域,出現(xiàn)了許多新型的儀表,同時(shí),由于微計(jì)算機(jī)的內(nèi)存容量的不斷增加*工作速度的不斷增高,因而使其數(shù)據(jù)處理的能力有了極大的改善,這樣就可把動(dòng)態(tài)信號(hào)分析技術(shù)引入智能稱重儀表之中。這些信號(hào)分析往往以數(shù)字濾波或FFT(快速傅立葉變換)為主體,配之以各種不同的分
析軟件,如智能化的醫(yī)學(xué)診斷儀及機(jī)器故障診斷儀等。這類儀表的進(jìn)一步發(fā)揮就是專家系統(tǒng),其社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益將是十分巨大的。⑵
智能稱重儀表的特點(diǎn)
一個(gè)內(nèi)藏微計(jì)算機(jī)的智能稱重儀表意味著計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量?jī)x表的結(jié)合,它所具有的軟件功能已使儀表呈現(xiàn)出某種智能的作用負(fù)它相對(duì)于過(guò)去傳統(tǒng)的、純硬件的儀表來(lái)說(shuō)是一種新的突破,其發(fā)展?jié)摿κ志薮?,這已為多年來(lái)智能稱重儀表發(fā)展的歷史所證實(shí)。概括起來(lái),智能稱重儀表具有以下特點(diǎn);
測(cè)量過(guò)程的軟件控制
測(cè)量過(guò)程的軟件控制源于數(shù)字化儀表測(cè)量過(guò)程的時(shí)序控制.60年代末,數(shù)
字化儀表的自動(dòng)化程度已經(jīng)很高,如可實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)零放大、自動(dòng)極性判斷、自動(dòng)量程切換、自動(dòng)報(bào)警、過(guò)載保護(hù)、非線性補(bǔ)償、多功能測(cè)試和數(shù)百點(diǎn)巡回檢測(cè)等等,但隨著上述功能的增加,其硬件結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜,從而導(dǎo)致體積及重量增大、成本上升、可靠性降低,給其進(jìn)一步的發(fā)展造成很大困難。但當(dāng)引入微計(jì)算機(jī)技術(shù),使測(cè)量過(guò)程改用軟件控制之后,上述困難即得到很好的解決,它不僅簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)、縮小了體積及功耗、提高了可靠性、增加了靈活性,而且使儀表的自動(dòng)化程度更高,如實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單人機(jī)對(duì)話、自檢、自診斷、自校準(zhǔn)以及CRT顯示及輸岀打印和制圖等等。
數(shù)據(jù)處理
對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)及運(yùn)算的數(shù)據(jù)處理功能是智能稱重儀表最突出的特點(diǎn),它主要表現(xiàn)在改善測(cè)量的精確度及對(duì)測(cè)量結(jié)果的再加工兩個(gè)方面。
在提高測(cè)量精確度方面,大量的工作是對(duì)隨機(jī)誤差及系統(tǒng)誤差進(jìn)行處理。過(guò)去傳統(tǒng)的方法是用手工的方法對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行事后處理,不僅工作量大,效率低,而且往往會(huì)受到一些主觀因素的影響,使處理的結(jié)果不理想。在智能稱重儀表中釆用軟件對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行及時(shí)的、在線的處理可收到很好的效果,不僅方便、快速,而且可以避免主觀因素的影響,使測(cè)量的精確度及處理結(jié)果的質(zhì)量都大為提高。由于可以實(shí)現(xiàn)各種算法,不僅可實(shí)現(xiàn)各種誤差的計(jì)算及補(bǔ)償,而且使在線測(cè)量?jī)x表中常遇到的諸如非線性校準(zhǔn)等問(wèn)題也易于解決。
對(duì)測(cè)量結(jié)果的再加工,可使智能稱重儀表提供更多高質(zhì)量的信息量。例如,一些信號(hào)分析儀表在微計(jì)算機(jī)的控制下,不僅可以實(shí)時(shí)采集信號(hào)的實(shí)際波形,在CRT上復(fù)現(xiàn),并可在時(shí)間軸上進(jìn)行展開或壓縮,還可對(duì)所采集的樣本進(jìn)行數(shù)字濾波,將淹沒(méi)于干擾中的信號(hào)提取出來(lái);也可對(duì)樣本進(jìn)行時(shí)域的(如相關(guān)分析、卷積、反卷積,傳遞函數(shù)等L或頻域的(如幅值譜、相位譜、功率譜等)分析。這樣就可以從原有的測(cè)量結(jié)果中提取更多的信息量。這類智能稱重儀表在生物醫(yī)療、語(yǔ)音分析、模式識(shí)別和故障診斷等各個(gè)方面都有廣泛的應(yīng)用。⑵
多功能化
智能稱重儀表的測(cè)量過(guò)程、軟件控制及數(shù)據(jù)處理功能使J機(jī)多用的多功能化易于實(shí)現(xiàn),成為這類儀表的又一特點(diǎn)。例如,用于電力系統(tǒng)電能管理的一種智能化電力需求分析儀可以測(cè)量單相或三相電源的有功功率、無(wú)功功率、視在功率、電能、頻率、各相電壓、電流、功率因數(shù)等,還可測(cè)量出電能利用的峰值、峰時(shí)、谷值、谷時(shí)及各項(xiàng)超界時(shí)間,可以預(yù)置用電量需求計(jì)劃、自備時(shí)鐘及日歷,具有自動(dòng)記錄、打印、報(bào)警及控制等許多功能。這樣多的功能如果不用微機(jī)控制,在一臺(tái)儀表中是不能實(shí)現(xiàn)的。
智能稱重儀表的基本結(jié)構(gòu)
從智能稱重儀表發(fā)展的狀況來(lái)看,其結(jié)構(gòu)可有兩種基本類型,即微機(jī)內(nèi)置式及微機(jī)擴(kuò)展式。微機(jī)內(nèi)置式為將單片或多片的微機(jī)芯片與儀表有機(jī)地結(jié)合在一起形成的單機(jī)。微機(jī)在其中起控制及數(shù)據(jù)處理作用,其特點(diǎn)主要是專用或多功能;小型化、便攜或手持式干電池供電;易于密封,適應(yīng)惡劣環(huán)境,成本較低“CPU為儀表的核心,它通過(guò)總線及接口電路與輸入通道、輸出通道、儀表面板及儀表內(nèi)存相連。EPROM及RAM組成的儀表內(nèi)存可保存儀表所用的監(jiān)控程序、應(yīng)用程序及數(shù)據(jù)區(qū)。中斷申請(qǐng)可使儀表能夠靈活反應(yīng)外部事件儀表儀表的輸入信號(hào)要經(jīng)過(guò)輸入通道(預(yù)處理部分)才可以進(jìn)入微機(jī).輸入通道包括輸入放大器、抗混疊濾波器、多路轉(zhuǎn)換器、釆樣/保持器、A/D轉(zhuǎn)換器、三態(tài)緩沖器等各部分。輸入通道往往是決定儀表測(cè)量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵部位。在儀表的輸出部分,如果要求模擬輸出,則需經(jīng)過(guò)輸出通道,它包括D/A轉(zhuǎn)換器、多路分配器、釆樣/保持器、低通濾波器等部分。儀表的數(shù)字輸出可與CRT屏幕顯示器相接,也可與磁盤、光盤、X-Y繪圖儀或打印機(jī)相接,以獲得硬拷貝。外部通信接口溝通本儀表與外系統(tǒng)的聯(lián)系。微機(jī)擴(kuò)展式為以個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)為核心的應(yīng)用擴(kuò)展型測(cè)量?jī)x表。由于PC的應(yīng)用已十分普遍,其價(jià)格不斷下降,因此從80年代起就開始有人給PC機(jī)配上不同的模擬通道,讓它能夠符合測(cè)量?jī)x表的要求,并把它取名為個(gè)人計(jì)算機(jī)儀表(pci),pci的優(yōu)點(diǎn)為使用靈活、應(yīng)用范圍廣泛,可以方便地利用pca有的磁盤、打印機(jī)及繪圖儀等獲取硬拷貝。更重要的是pc的數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng),內(nèi)存容量遠(yuǎn)大于內(nèi)置式微機(jī)儀表,因而pci可以用于復(fù)雜的、高性能的信息處理。
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