佳和試劑-網(wǎng)絡(luò)化儀器——測(cè)量發(fā)展的新趨勢(shì)
20世紀(jì)70年代以來,計(jì)算機(jī)、微電子等技術(shù)迅猛發(fā)展。在它們的推動(dòng)下,同時(shí)也是為適應(yīng)現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)甚至戰(zhàn)爭(zhēng)的新需求,測(cè)量技術(shù)與儀器不斷進(jìn)步,相繼誕生了智能儀器、PC儀器、VXI儀器、虛擬儀器及互換性虛擬儀器等計(jì)算機(jī)化儀器及其自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代儀器設(shè)備間的界限日漸模糊,測(cè)量領(lǐng)域和范圍不斷拓寬。近10年來,以Internet為代表的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)以及它與其他*的相互結(jié)合,不僅開始將智能互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品帶入現(xiàn)代生活,還為測(cè)量與儀器技術(shù)帶來了的發(fā)展空間和機(jī)遇,網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量技術(shù)與具備網(wǎng)絡(luò)功能的新型儀器應(yīng)運(yùn)而生。
一、測(cè)量與儀器定義的新拓展——網(wǎng)絡(luò)化儀器的初步定義
1.以測(cè)量觀念的拓展為基礎(chǔ)
現(xiàn)代自然科學(xué)的發(fā)展,多學(xué)科技術(shù)的創(chuàng)新與融合,測(cè)量?jī)x器與計(jì)算機(jī)及通信的互動(dòng),使測(cè)量、測(cè)試過程、測(cè)量目的、測(cè)試結(jié)果的管理等觀念均發(fā)生了改變。今天,測(cè)量作為信息技術(shù)的源頭和基礎(chǔ),已很難再找到其以純?cè)嫉姆绞匠霈F(xiàn):人們似乎已不大關(guān)心某個(gè)測(cè)量需求是屬于電測(cè)量范疇還是屬于非電測(cè)量領(lǐng)域,因?yàn)楦鞣N傳感器的出現(xiàn)和日益完善,已使非電測(cè)量與電測(cè)量幾乎就是一回事;測(cè)試、數(shù)據(jù)采集、控制三者之間的界限已模糊不清;測(cè)量、維護(hù)、診斷、修理、數(shù)據(jù)處理/管理一體化的需求日趨迫切;對(duì)測(cè)試的現(xiàn)場(chǎng)化、遠(yuǎn)地化、網(wǎng)絡(luò)化要求不斷升溫;自校準(zhǔn)、自診斷和自預(yù)估已成為評(píng)定測(cè)試系統(tǒng)性能的*指標(biāo);測(cè)量與控制高度融合并相互滲透,測(cè)量為控制提供更準(zhǔn)確可靠的信息,控制也不斷為測(cè)量的發(fā)展注入新的活力,出現(xiàn)了狀態(tài)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)可控性判別、狀態(tài)預(yù)測(cè)、智能控制、模式識(shí)別、對(duì)不可直接測(cè)量對(duì)象的間接測(cè)量、對(duì)特殊預(yù)知對(duì)象的測(cè)量以及信號(hào)濾波等;與此同時(shí),測(cè)量反映在對(duì)被測(cè)對(duì)象的描述和表示上,也根據(jù)實(shí)際的需要從傳統(tǒng)的數(shù)值加帶方向的誤差值,擴(kuò)展為還可以由自然語言以及高度抽象的文字或符號(hào)來表征,出現(xiàn)了所謂“符號(hào)化測(cè)量”的概念。
傳統(tǒng)意義上的測(cè)量門類中不包含軟件測(cè)試,如今,軟件已成為現(xiàn)代新型儀器即各種計(jì)算機(jī)化儀器設(shè)備中的重要組成部分。因此,為了保證軟件的安全性能和質(zhì)量,國(guó)外幾年前就已開始著手制定測(cè)試軟件的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。由此可見,依托于這些現(xiàn)代測(cè)試與測(cè)控技術(shù)的飛速發(fā)展,傳統(tǒng)意義上的測(cè)量的含義、目的和作用等均得到了豐富和拓展。這種豐富和拓展自然而然地預(yù)示著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向測(cè)量領(lǐng)域的注入和滲透,也必將導(dǎo)致測(cè)量觀念上新的思想和概念的產(chǎn)生。
2.以不斷拓寬的儀器概念為借鑒
現(xiàn)代*的迅速發(fā)展,有力地推動(dòng)了儀器儀表技術(shù)的不斷進(jìn)步。儀器儀表的發(fā)展將遵循“跟著通用計(jì)算機(jī)走、跟著通用軟件走和跟著標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)走”的指導(dǎo)思想;儀器標(biāo)準(zhǔn)將向計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)范靠攏。依托于智能化、計(jì)算機(jī)化儀器儀表的日益普及,聯(lián)網(wǎng)測(cè)量技術(shù)已在現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和某些產(chǎn)品的生產(chǎn)自動(dòng)化方面實(shí)施應(yīng)用,還必將在儀器儀表出廠校驗(yàn)、現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)等越來越多的領(lǐng)域中大顯身手。繼“計(jì)算機(jī)就是儀器”和“軟件就是儀器”概念之后,“網(wǎng)絡(luò)就是儀器”的提法也已出現(xiàn)。具備網(wǎng)絡(luò)功能的多種型現(xiàn)代測(cè)量?jī)x器的相繼問世,正急切地期待著人們給“網(wǎng)絡(luò)就是儀器”的提法賦予更科學(xué)的描述。
3.網(wǎng)絡(luò)化儀器的初步定義
服務(wù)于人們?nèi)魏蔚攸c(diǎn)、任意時(shí)間都能夠獲取到測(cè)量信息(或數(shù)據(jù))的所有硬、軟件條件的有機(jī)集合,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)的單個(gè)式獨(dú)立儀器的范疇,且也不是傳統(tǒng)單個(gè)式獨(dú)立儀器的簡(jiǎn)單組合,而一定少不了電子化的信息傳輸媒介,即電子化的信息載體。沒有電子化信息載體的介入,在任意時(shí)間、從任何地點(diǎn)獲取測(cè)量信息就根本不可能實(shí)現(xiàn)。信息的載體越來越電子化,以及測(cè)量結(jié)果需要通過電纜、光纖、Internet、移動(dòng)通信、電視等媒介傳輸和顯示(輸出)的發(fā)展變化過程,正是一種涵蓋范圍更寬、應(yīng)用領(lǐng)域更廣的全新現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)——網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量技術(shù)逐步形成并日漸清晰的過程。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已逐漸開始成為儀器控制與測(cè)量的主要工具。從進(jìn)一步拓展儀器設(shè)備定義的角度出發(fā),并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn),我們?cè)噷⒎?wù)于人們從任何地點(diǎn)、在任意時(shí)間都能夠獲取到測(cè)量信息(或數(shù)據(jù))的所有硬、軟件條件的有機(jī)集合稱為“網(wǎng)絡(luò)化儀器”。
傳統(tǒng)測(cè)試(測(cè)量)儀器或系統(tǒng)一旦聯(lián)網(wǎng),即一旦與某種合適的電子化信息載體結(jié)合在一起組成網(wǎng)絡(luò)化儀器,便正像電信服務(wù)運(yùn)營(yíng)商今天已能進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)試一樣,就可以做到從地球上的任何地點(diǎn)、在任意時(shí)間,能獲取任何地方的他所需的測(cè)量信息。
儀器儀表及現(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)的發(fā)展及其相應(yīng)傳統(tǒng)概念的突破和延拓,是網(wǎng)絡(luò)化儀器概念產(chǎn)生的必然和前提。網(wǎng)絡(luò)化儀器概念的確立,可能更有助于人們盡早明確今后儀器儀表的研發(fā)戰(zhàn)略,促進(jìn)并加速現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)手段的更快、更廣泛普及和發(fā)展。
二、網(wǎng)絡(luò)化儀器初見端倪
網(wǎng)絡(luò)化儀器的概念并非建立在虛幻之上,而已經(jīng)在現(xiàn)實(shí)廣泛的測(cè)量與測(cè)控領(lǐng)域初見端倪。以下是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)化儀器的幾個(gè)典型例子。
1.網(wǎng)絡(luò)化流量計(jì)
流量計(jì)是用來檢測(cè)流量的儀表,它能記錄各個(gè)時(shí)段的流量,并在流量過大或過小時(shí)報(bào)警?,F(xiàn)在已有商品化的、具有聯(lián)網(wǎng)能力的流量計(jì)。按照上述定義,它也可稱為網(wǎng)絡(luò)化流量計(jì)。使用它,用戶可以在安裝過程中通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器對(duì)其若干參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程配置。在嵌入FTP服務(wù)器后,網(wǎng)絡(luò)化流量計(jì)就可將流量數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)的文件里;STMP(簡(jiǎn)短消息傳輸協(xié)議)電子郵件服務(wù)器可將報(bào)警信息發(fā)送給收信人(的信箱或?qū)ず魴C(jī))。技術(shù)人員收到報(bào)警信息后,可利用該網(wǎng)絡(luò)化流量計(jì)的互聯(lián)網(wǎng)地址進(jìn)行遠(yuǎn)程登錄,運(yùn)行適當(dāng)?shù)脑\斷程序、重新進(jìn)行配置或下載新的固件,以排除障礙,而無需離開辦公室趕赴現(xiàn)場(chǎng)。
2.網(wǎng)絡(luò)化傳感器
傳感器是一種以一定的度將被測(cè)對(duì)象轉(zhuǎn)化為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝置。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的飛速發(fā)展和測(cè)控系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化技術(shù)的不斷進(jìn)步,傳統(tǒng)的傳感器已不能滿足要求。與計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合,傳感器從傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)通信方式轉(zhuǎn)為現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的全數(shù)字通信方式成為現(xiàn)實(shí),即產(chǎn)生了傳感器現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化——網(wǎng)絡(luò)化傳感器。網(wǎng)絡(luò)化傳感器是在智能傳感器基礎(chǔ)上,把TCP/IP協(xié)議作為一種嵌入式應(yīng)用,嵌入現(xiàn)場(chǎng)智能傳感器的ROM中,從而使信號(hào)的收、發(fā)都以TCP/IP方式進(jìn)行,如此,網(wǎng)絡(luò)化傳感器像計(jì)算機(jī)一樣成為測(cè)控網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)登錄網(wǎng)絡(luò),并具有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的組態(tài)性和互操作性。利用局域網(wǎng)和廣域網(wǎng),處在測(cè)控點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)傳感器將測(cè)控參數(shù)信息加以必要的處理后登錄網(wǎng)絡(luò),聯(lián)網(wǎng)的其他設(shè)備便可獲取這些參數(shù),進(jìn)而再進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理。
網(wǎng)絡(luò)化傳感器應(yīng)用范圍廣泛,比如在廣袤地域的水文監(jiān)測(cè)中,對(duì)江河從源頭到入???,在關(guān)鍵測(cè)控點(diǎn)用傳感器對(duì)水位乃至流量、雨量進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè),網(wǎng)絡(luò)化傳感器就近登錄網(wǎng)絡(luò),組成分布式流域水文監(jiān)控系統(tǒng),可對(duì)全流域及其動(dòng)向進(jìn)行在線監(jiān)控。在對(duì)全國(guó)耕地進(jìn)行的質(zhì)量監(jiān)測(cè)中,也同樣可利用網(wǎng)絡(luò)化的傳感器進(jìn)行大范圍信息的采集。隨著分布式測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的興起,網(wǎng)絡(luò)化傳感器必將得到更廣泛的應(yīng)用。
3.網(wǎng)絡(luò)化示波器和網(wǎng)絡(luò)化邏輯分析儀
安捷倫科技有限公司遵循“對(duì)網(wǎng)絡(luò)看得越清楚,問題就能越快地解決”的宗旨,幾年前就將聯(lián)網(wǎng)功能作為其Infinium系列數(shù)字存儲(chǔ)示波器的標(biāo)準(zhǔn)性能;并且在zui近又研制出了具有網(wǎng)絡(luò)功能的16700B型邏輯分析儀——網(wǎng)絡(luò)化邏輯分析儀。這種網(wǎng)絡(luò)化邏輯分析儀可實(shí)現(xiàn)任意時(shí)間、任何地點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問,實(shí)時(shí)地獲得儀器的工作狀態(tài);通過友好的用戶界面,可對(duì)遠(yuǎn)程儀器的功能加以控制,并進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè);還能將遠(yuǎn)程儀器測(cè)得的數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)迅速傳遞給本地計(jì)算機(jī)。
4.網(wǎng)絡(luò)化電能表
按上述網(wǎng)絡(luò)化儀器的定義不難發(fā)現(xiàn),電能自動(dòng)抄表系統(tǒng)在一定意義上相當(dāng)于一種用于測(cè)量電能數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化儀器——網(wǎng)絡(luò)化電能表。因?yàn)槔秒娔茏詣?dòng)抄表系統(tǒng),經(jīng)電纜、線、無線電或電力線路,用電管理部門便可完成對(duì)異地用電信息的測(cè)取和監(jiān)控。當(dāng)然,與前幾者相比,現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)化電能表的技術(shù)含量相對(duì)較低。
三、使用網(wǎng)絡(luò)化儀器的優(yōu)勢(shì)
使用網(wǎng)絡(luò)化儀器,人們從任何地點(diǎn)、在任意時(shí)間獲取到測(cè)量信息(或數(shù)據(jù))的愿望將成為現(xiàn)實(shí)。與傳統(tǒng)的儀器、測(cè)量、測(cè)試相比,這的確是一個(gè)質(zhì)的飛躍!
在網(wǎng)絡(luò)化儀器環(huán)境條件下,被測(cè)對(duì)象可通過測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的普通儀器設(shè)備,將測(cè)得數(shù)據(jù)(信息)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給異地的精密測(cè)量設(shè)備或次的計(jì)算機(jī)化儀器去分析、處理;能實(shí)現(xiàn)測(cè)量信息的共享;可掌握網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處信息的實(shí)時(shí)變化趨勢(shì);此外,也可通過具有網(wǎng)絡(luò)傳輸功能的儀器將數(shù)據(jù)傳至原端即現(xiàn)場(chǎng)。
采用自動(dòng)抄表系統(tǒng),可提高抄表的準(zhǔn)確性;能減少因估計(jì)或謄寫而可能出現(xiàn)的賬單錯(cuò)誤;(供用電、水、燃?xì)狻崮艿?管理部門因此能及時(shí)獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息;用戶也不再需要與抄表員預(yù)約上門抄表時(shí)間,還能迅速查詢賬單。
在帶來上述諸多好處的同時(shí),采用網(wǎng)絡(luò)測(cè)量技術(shù)、使用網(wǎng)絡(luò)化儀器,無疑能顯著提高測(cè)量功效,有效降低監(jiān)測(cè)、測(cè)控工作的人力和財(cái)力投入,縮短完成一些類型計(jì)量測(cè)試工作的周期,并將增強(qiáng)測(cè)量需求客戶的滿意程度。
四、測(cè)量技術(shù)與儀器發(fā)展趨勢(shì)展望
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的進(jìn)步和不斷拓展,21世紀(jì)的儀器概念是一個(gè)開放的系統(tǒng)概念。以PC機(jī)和工作站為基礎(chǔ),通過組建網(wǎng)絡(luò)來形(構(gòu))成實(shí)用的測(cè)控系統(tǒng),提高生產(chǎn)效率和共享信息資源,已成為現(xiàn)代儀器儀表發(fā)展的方向。從某種意義上說,計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代儀器儀表已相互包容,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也就是通用的儀器網(wǎng)絡(luò),如果在測(cè)控系統(tǒng)中有更多不同類型的智能設(shè)備也像計(jì)算機(jī)和工作站一樣成為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)聯(lián)入網(wǎng)絡(luò),比如各種智能儀器、虛擬儀器及傳感器等,它們充分利用目前已比較成熟的Internet網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施,不僅能實(shí)現(xiàn)更多資源的共享、降低組建系統(tǒng)的費(fèi)用,還可提高測(cè)控系統(tǒng)的功能,并拓寬其應(yīng)用范圍。“網(wǎng)絡(luò)就是儀器”的概念確切地概括了儀器的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢(shì)。
有專家預(yù)計(jì),在不久的將來,地球?qū)⑴弦粚佑纱罅扛鞣N各樣電子測(cè)量?jī)x器設(shè)備組成的“通信外殼”,它們將負(fù)責(zé)監(jiān)控城市、公路甚至整個(gè)環(huán)境,并會(huì)隨時(shí)將測(cè)得的數(shù)據(jù)信息直接輸入網(wǎng)絡(luò)。與各行各業(yè)一樣,測(cè)量技術(shù)與儀器也必將在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代發(fā)生革命性變化。