智能化测试仪器的特点及发展趋势研究

0 引言

测试技术与各个学科都是紧密相连的，它的发展对各个学科领域都有着重要影响。大部分科学技术的发展都离不开测试技术的支撑，也都需要采用测试技术对其进行准确测试以及补充完善。当前的测试技术已经渗透到很多领域中[1]。

世界各国都将“工业互联网”和“人工智能”相结合的智能制造作为改造提升传统工业制造、塑造未来产业竞争力的共同选择[2]，美国提出了工业互联网参考架构IIRA（Industrial Internet Reference Architecture），德国提出了“工业4.0”参考架构RAMI4.0（Reference Architecture Model Industries 4.0）[3]，日本提出了产业价值链参考架构IVRA（Industrial Value Chain Reference Architecture）……为推动工业控制领域通信的规范化和标准化，全球工业强国和组织纷纷开展了工业互联网相关参考架构的研究[4]。

随着人工智能、大数据和5G通信等技术的快速发展，测试仪器仪表和测试计量技术在开发领域正日趋智能化，智能化的测试仪器已不再是以传统的仪器仪表和测量手段来对物品进行测试计量，而是采用了以多种传感器为“智能仪表”，以智能信息处理为核心的多维度的智能检测设备。

智能化测试仪器的发展也带动着其他领域的研究与发展，比如工业控制、农业工程、化工工程、海洋工程、石油工程、航空制造等领域的很多测量检测问题，都会随着智能化仪器的发展而得到有效解决。

伴随着微电子技术、计算机技术、通信技术、智能控制技术等的快速发展，测试仪器与它们相互结合之后也获得了长足进步。很多文献对测试仪器、测试系统、测试生态等多个方面进行了研究和分析。

文献[1]介绍了虚拟仪器与传统仪器的比较分析，也对虚拟仪器在计量测试的温度试验箱检测中使用不科学和误差理论认识不足等展开分析，并给出了一些发展建议。文献[5]给出了计量测试技术在气体传感器产业的需求分析，主要从产业量值传递需求、产业中具体关键参数的测试需求、产业标准化建设的需求等三个方面进行了分析。黄兆鹏等[6]基于无线通信技术对测试技术进行了研究。谢慧等[7]设计了一种声学多普勒流速剖面仪计量测试系统。文献[8]对新能源与智能电网产业计量测试服务平台的建立及服务模式进行了研究。

上述文献从多个角度研究了测试技术，给出了很多有意义的研究结果，但是很少紧密地将人工智能、大数据和5G通信等新技术与测试技术结合起来进行研究。测试技术的智能化发展主要靠测试仪器、测试系统和测试生态的智能化，测试仪器的智能化是整个测试技术智能化的核心。

本文主要对智能测试仪器的特点进行了阐述和分析，同时基于人工智能、大数据和5G通信等新技术对测试技术展开了分析和研究，进而提出了一些对智能化测试仪器的发展及趋势的看法。

1 智能测试仪器的特点

智能测试技术是在传统测试技术的基础上发展起来的，智能测试技术是传统测试技术的升华和突破。下面从多个角度对智能测试仪器的特点进行介绍和分析。

1.1 测量精度和可靠性要求

一方面可以利用计算机强大的硬件功能提高智能测试仪器的测量精度，另一方面也可以利用各种智能控制算法来提高测量精度和稳定性。

特别是一些智能控制算法，如深度神经网络、模糊控制、遗传算法、粒子群算法等不断被引入到智能技术中后，相比于传统测试仪器，智能测试仪器具有更高的测量精度和可靠性。

1.2 数字柔性化

智能化仪器内部集成了现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA），也采用了更先进的智能化处理器，结合各种智能控制算法，大幅提高了数字的柔性化性能。在柔性化及可扩展性方面，智能化仪器远远超过传统测试仪器。

1.3 测试处理

智能测试仪器在测量采样、信号滤波、信号放大、数据补偿、信号转换、数据处理和数据输出的整个过程中都采用新一代的相关测试技术。这其中每个环节的处理速度都比之前有所提高，从而使整体智能测试仪器的测试处理速度得到了突破性的提高。

芯片产业的迅猛发展为测量测试获得更高的速度性能提供了基础条件，同时高速度数据处理的计算机或服务器也为测试仪器得到更高速的处理性能奠定了坚实的基础。

1.4 自补偿与自诊断

智能化测试仪器不但测量范围广、测量功能多、测量能力强，而且测试仪器还具备了强大的故障诊断和自我补偿能力。

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