佳和試劑-網(wǎng)絡(luò)化儀器——測量發(fā)展的新趨勢

20世紀(jì)70年代以來，計算機(jī)、微電子等技術(shù)迅猛發(fā)展。在它們的推動下，同時也是為適應(yīng)現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)甚至戰(zhàn)爭的新需求，測量技術(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算機(jī)化儀器及其自動測試系統(tǒng)，計算機(jī)與現(xiàn)代儀器設(shè)備間的界限日漸模糊，測量領(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，測量儀器與計算機(jī)及通信的互動，使測量、測試過程、測量目的、測試結(jié)果的管理等觀念均發(fā)生了改變。今天，測量作為信息技術(shù)的源頭和基礎(chǔ)，已很難再找到其以純原始的方式出現(xiàn):人們似乎已不大關(guān)心某個測量需求是屬于電測量范疇還是屬于非電測量領(lǐng)域，因為各種傳感器的出現(xiàn)和日益完善，已使非電測量與電測量幾乎就是一回事；測試、數(shù)據(jù)采集、控制三者之間的界限已模糊不清；測量、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；對測試的現(xiàn)場化、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)估已成為評定測試系統(tǒng)性能的*指標(biāo)；測量與控制高度融合并相互滲透，測量為控制提供更準(zhǔn)確可靠的信息，控制也不斷為測量的發(fā)展注入新的活力，出現(xiàn)了狀態(tài)監(jiān)測、系統(tǒng)可控性判別、狀態(tài)預(yù)測、智能控制、模式識別、對不可直接測量對象的間接測量、對特殊預(yù)知對象的測量以及信號濾波等；與此同時，測量反映在對被測對象的描述和表示上，也根據(jù)實際的需要從傳統(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來表征，出現(xiàn)了所謂“符號化測量”的概念。

傳統(tǒng)意義上的測量門類中不包含軟件測試，如今，軟件已成為現(xiàn)代新型儀器即各種計算機(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，國外幾年前就已開始著手制定測試軟件的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，依托于這些現(xiàn)代測試與測控技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)意義上的測量的含義、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)向測量領(lǐng)域的注入和滲透，也必將導(dǎo)致測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)將向計算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)范靠攏。依托于智能化、計算機(jī)化儀器儀表的日益普及，聯(lián)網(wǎng)測量技術(shù)已在現(xiàn)場維護(hù)和某些產(chǎn)品的生產(chǎn)自動化方面實施應(yīng)用，還必將在儀器儀表出廠校驗、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)代測量儀器的相繼問世，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)、任意時間都能夠獲取到測量信息(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)的單個式獨(dú)立儀器的范疇，且也不是傳統(tǒng)單個式獨(dú)立儀器的簡單組合，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，在任意時間、從任何地點(diǎn)獲取測量信息就根本不可能實現(xiàn)。信息的載體越來越電子化，以及測量結(jié)果需要通過電纜、光纖、Internet、移動通信、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)代測量技術(shù)——網(wǎng)絡(luò)化測量技術(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)化測量技術(shù)的特點(diǎn)，我們試將服務(wù)于人們從任何地點(diǎn)、在任意時間都能夠獲取到測量信息(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)測試(測量)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)營商今天已能進(jìn)行遠(yuǎn)程測試一樣，就可以做到從地球上的任何地點(diǎn)、在任意時間，能獲取任何地方的他所需的測量信息。

儀器儀表及現(xiàn)代化測量技術(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)實廣泛的測量與測控領(lǐng)域初見端倪。以下是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)化儀器的幾個典型例子。

1.網(wǎng)絡(luò)化流量計

流量計是用來檢測流量的儀表，它能記錄各個時段的流量，并在流量過大或過小時報警?，F(xiàn)在已有商品化的、具有聯(lián)網(wǎng)能力的流量計。按照上述定義，它也可稱為網(wǎng)絡(luò)化流量計。使用它，用戶可以在安裝過程中通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器對其若干參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程配置。在嵌入FTP服務(wù)器后，網(wǎng)絡(luò)化流量計就可將流量數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)的文件里；STMP(簡短消息傳輸協(xié)議)電子郵件服務(wù)器可將報警信息發(fā)送給收信人(的信箱或?qū)ず魴C(jī))。技術(shù)人員收到報警信息后，可利用該網(wǎng)絡(luò)化流量計的互聯(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。

2.網(wǎng)絡(luò)化傳感器

傳感器是一種以一定的度將被測對象轉(zhuǎn)化為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的飛速發(fā)展和測控系統(tǒng)自動化、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)場模擬信號通信方式轉(zhuǎn)為現(xiàn)場級的全數(shù)字通信方式成為現(xiàn)實，即產(chǎn)生了傳感器現(xiàn)場級的數(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)場智能傳感器的ROM中，從而使信號的收、發(fā)都以TCP/IP方式進(jìn)行，如此，網(wǎng)絡(luò)化傳感器像計算機(jī)一樣成為測控網(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)，處在測控點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)傳感器將測控參數(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)測中，對江河從源頭到入?？?，在關(guān)鍵測控點(diǎn)用傳感器對水位乃至流量、雨量進(jìn)行實時在線監(jiān)測，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)，可對全流域及其動向進(jìn)行在線監(jiān)控。在對全國耕地進(jìn)行的質(zhì)量監(jiān)測中，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)化邏輯分析儀可實現(xiàn)任意時間、任何地點(diǎn)對系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問，實時地獲得儀器的工作狀態(tài)；通過友好的用戶界面，可對遠(yuǎn)程儀器的功能加以控制，并進(jìn)行狀態(tài)檢測；還能將遠(yuǎn)程儀器測得的數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)迅速傳遞給本地計算機(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)，電能自動抄表系統(tǒng)在一定意義上相當(dāng)于一種用于測量電能數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化儀器——網(wǎng)絡(luò)化電能表。因為利用電能自動抄表系統(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異地用電信息的測取和監(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)含量相對較低。

三、使用網(wǎng)絡(luò)化儀器的優(yōu)勢

使用網(wǎng)絡(luò)化儀器，人們從任何地點(diǎn)、在任意時間獲取到測量信息(或數(shù)據(jù))的愿望將成為現(xiàn)實。與傳統(tǒng)的儀器、測量、測試相比，這的確是一個質(zhì)的飛躍!

在網(wǎng)絡(luò)化儀器環(huán)境條件下，被測對象可通過測試現(xiàn)場的普通儀器設(shè)備，將測得數(shù)據(jù)(信息)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給異地的精密測量設(shè)備或次的計算機(jī)化儀器去分析、處理；能實現(xiàn)測量信息的共享；可掌握網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處信息的實時變化趨勢；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。

采用自動抄表系統(tǒng)，可提高抄表的準(zhǔn)確性；能減少因估計或謄寫而可能出現(xiàn)的賬單錯誤；(供用電、水、燃?xì)?、熱能?管理部門因此能及時獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息；用戶也不再需要與抄表員預(yù)約上門抄表時間，還能迅速查詢賬單。

在帶來上述諸多好處的同時，采用網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)、使用網(wǎng)絡(luò)化儀器，無疑能顯著提高測量功效，有效降低監(jiān)測、測控工作的人力和財力投入，縮短完成一些類型計量測試工作的周期，并將增強(qiáng)測量需求客戶的滿意程度。

四、測量技術(shù)與儀器發(fā)展趨勢展望

隨著計算機(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))成實用的測控系統(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，計算機(jī)和現(xiàn)代儀器儀表已相互包容，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也就是通用的儀器網(wǎng)絡(luò)，如果在測控系統(tǒng)中有更多不同類型的智能設(shè)備也像計算機(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。 

有專家預(yù)計，在不久的將來，地球?qū)⑴弦粚佑纱罅扛鞣N各樣電子測量儀器設(shè)備組成的“通信外殼”，它們將負(fù)責(zé)監(jiān)控城市、公路甚至整個環(huán)境，并會隨時將測得的數(shù)據(jù)信息直接輸入網(wǎng)絡(luò)。與各行各業(yè)一樣，測量技術(shù)與儀器也必將在網(wǎng)絡(luò)時代發(fā)生革命性變化。