造紙（zhǐ）儀器及其（qí）設計的（de）發展趨勢

造紙工業是與國民經濟息息相關的行業，其發展直接反映了（le）一個地區或國家經濟發展的水平。造紙檢測儀器作（zuò）為質量控製的基礎在其中占有重要位（wèi）置。在過去的一個世紀裏（lǐ），隨著傳感器技術、機械加工技術、信息技術的發展，傳統造紙檢測儀器的發展大致經曆了純機械儀器、模擬儀（yí）器、數字化儀器和智能儀器等幾個階段。 
　　機械儀器：我國第一代造紙檢測儀器，如早期的紙板撕裂度儀就（jiù）是（shì）由（yóu）純機（jī）械機構組成的；模擬儀器：測量技術主要是模擬測量，此（cǐ）類儀器（qì）的基本（běn）結構是在機械機構基礎上，采用機（jī）電一體化控製，用指針來（lái）顯（xiǎn）示（shì）測量結果；數字化儀器：大規模集成（chéng）電路的發展，使電測部（bù）分（fèn）由模擬技術（shù）逐步（bù）演（yǎn）化為數字技術，如數顯耐折（shé）度儀；智能儀器：隨著微電子技術、微計算機技術的迅速發展，嵌入式微機的運用，使儀（yí）器具有控製、存儲、運算、邏輯判斷以及自動操作等智能特征（zhēng），並在測量的準確度、靈敏度、可（kě）靠性、自動化程（chéng）度、運用能力及解（jiě）決測量技術（shù）問（wèn）題的深度和廣度等方（fāng）麵均取得重大（dà）進步。 
　　儀器（qì）的智能化

　　隨著生產和科學技術的發展，檢測、數據處理的工作量越來（lái）越（yuè）大，因此對檢測儀器（qì）的檢測速度、準確度、測量功能等方麵提（tí）出了更高（gāo）的要求。計算機技術、自動控製技術及器（qì）件、設備的發展，標準接口的普及和應用，推動了智能化檢測（cè）儀器的發展。目前，基於嵌入式計算機的（de）檢測儀器已經應用於（yú）造紙工業產品的質量檢測，其中傳統測（cè）量（liàng）部分完成對化學、物理等參數的檢測，嵌入式計算機進行測量過程的控製和（hé）對參數的智能（néng）處理（lǐ），兩者相（xiàng）互交叉，相輔相成。智（zhì）能測試儀器應具備如下特點：

　　(1) 實現檢測的自動化 包括自動檢測、自動校準、自動故障診斷、自動數（shù）據（jù）運算和處理。 
　　(2) 顯著提高信（xìn）息的準確度 測試係統實現了自動校準（zhǔn）零點（diǎn）、自動非線性校準（zhǔn）、儀器的內外校準。高速多次采樣後的數字濾波處理，減少了（le）噪聲幹擾。 
　　(3) 實現多（duō）功能、多參數測量 智（zhì）能儀器的發展使多功能、多參數同時測量成為可能，達到對測量對（duì）象的全麵分析和評價。 
　　(4) 提高了（le）儀器的（de）可靠性 由於計算（suàn）機的運用，許多工作由軟（ruǎn）件代替了硬件，減少了儀器成本、體積和功耗，同時大大提高（gāo）了儀（yí）器的可靠性。 
　　(5) 簡化操（cāo）作，提高測量速度 可以預先編程控製整（zhěng）個（gè）測量過程，提高測量速度和工作效（xiào）率。可進行動態測量，對測量對象進行（háng）實時監（jiān）測。 
　　(6) 縮短儀器的設計研製周期 智能儀器不再（zài）是各種硬件的組合，而變成了由微處理器和微控製器控製的多（duō）功能係統。 
　　儀器的智能化反映了傳統儀器設計技術的革新。輕工業自動化研究所研製的（de）智能（néng）紙張拉力儀就（jiù）是儀器智能（néng）化的（de）一例設計，比較（jiào）傳統機械式拉力儀，它的（de）優點是不言而喻的。

　　計算技術、通信技術（shù）和自動化技術在各自發展了幾十年之後，正在走向集成並綜合應用於檢測設備，使之能夠處理規（guī）模更大，要求更高、更（gèng）複雜的（de）係統（tǒng）。測量儀器及檢測（cè）技術正日益向（xiàng）數字（zì）化、智能化（huà）、模塊化、軟件（jiàn）化和自動測試係統的方向發展。目前，國內先進的造紙儀器正是這種集成技術反映的（de）結果（guǒ）。造紙儀器往往（wǎng）是采用光、機、電、計算機技術綜合運用設計的。例如，以往測試設備采用異步電機定（dìng）速或（huò）多級變速驅動，現在應用變（biàn）頻調速、微步（bù）進驅動技術實現無級精確變（biàn）速驅動；傳統鹵鎢（wū）燈作為光源的色度檢測探頭也逐漸被脈（mò）衝氙燈所代替。微（wēi）電子技（jì）術、計（jì）算技術、自（zì）動化技術和多媒體技術的融（róng）合，極大的豐富了智能儀（yí）器的內涵。 
　　虛擬儀（yí）器（qì）

　　智能儀器最初的設計是基於嵌入式微處理器，往往是一機專用，智能化的造紙儀器也（yě）是如此。由於儀器類型的不斷推陳出新，研製過程中要（yào）投入大量的（de）人力物（wù）力，而其中的信號處理（lǐ）有相當一部分是（shì）雷同的，顯示界麵的單調不能充分（fèn）體現（xiàn）儀（yí）器的性（xìng）能（néng）。近年提出的測試平（píng）台和插件儀器的新概念，打破了一機一用的傳統觀念，把智能測試儀器帶入一個全新的領域（yù）。美國國家儀器公司（sī）（NI公（gōng）司）提出了虛擬儀器的概念（niàn），它是（shì）應（yīng）用計算機技術在儀器領域形成（chéng）的一種新型的儀器種（zhǒng）類（lèi）(又稱為第四代儀器)，是計算機（jī）硬件資源、儀器測控硬件和用於數據分析、過程通信及（jí）圖形用戶界麵的軟件之間的有效結合。其核心是以計算機（jī）作為儀器的硬件平台，充分利（lì）用其計算、存儲、回放、調用、顯示及文件管理等功能（néng），將傳統儀器的專業化功能和麵板控件軟件化（huà），使之（zhī）與計算（suàn）機（jī）融為一體。 
　　目前（qián），較為常見的虛擬儀（yí）器係統是（shì）數據（jù）采集係統、GPIB儀器（qì）係統（tǒng）、VXI儀器（qì）係統、計算機視覺係統和運動控製係統，以及它們之間的組合。 
　　由基本（běn）硬件構成（chéng）虛擬儀器係統後，可通過不同軟件實現不（bú）同（tóng）功能。虛擬儀器的開發（fā）平（píng）台是基於LabVIEW，它（tā）采用直觀的前麵板與流程圖式的編程方法。基於圖形化的編程語言（yán）G的開發環境（jìng）。 
　　虛擬儀（yí）器具有以（yǐ）下特點： 
　　① 基於計算機開放式（shì）標準（zhǔn）結構，可方便同外設網絡及其它應用連接。 
　　② 軟硬件具有模塊化，可重複使用（yòng）和互換性（xìng）等特點，功能升級成本低。 
　　③ 儀器具有友好人機界麵，可編輯、存儲、打印（yìn）數據。 
　　虛擬儀器以其（qí）強大的（de）功能和靈活的構架將成為儀器發展的方向和（hé）趨勢。 
　　儀器（qì）的網絡化

　　近幾年來，以Internet為代（dài）表的網絡技術的出現，為測量與（yǔ）儀器技術帶來了（le）新的發展天地，網絡化的（de）新型儀（yí）器逐步（bù）出現（xiàn）了。總線式儀器、虛擬（nǐ）儀器等微（wēi）機化（huà）儀器技術的應用，使組建（jiàn）集中和分布式（shì）係統變得更加（jiā）容（róng）易。但集中測（cè）控滿足不（bú）了複雜、遠程的測控（kòng）任務的需求，對此組（zǔ）建網絡化的測控係統顯得非常必（bì）要。而計算機軟、硬件技術的（de）不（bú）斷進步，給組建測控網絡提供了更加優異的技術條件。 
　　Unix、Windows NT、Windows 2000、Windows XP、Netware 等網絡化計（jì）算機操作係統，為組建網絡化測試係統帶來了方便。標準的（de）計算機網（wǎng）絡協議，如OSI的開放係統互（hù）連參考模型RM、Internet上使用的（de）TCP/IP協議，在開放性、穩定性、可靠性（xìng）方麵均具（jù）有很（hěn）大優勢，采用他們很容易實現測控網（wǎng）絡的體（tǐ）係結構。在開發軟件方麵，如NI公司的LabVIEW和（hé）LabWindows/CVI的功能都十分（fèn）強大，使虛擬儀器的開發及其網絡化的開發變得簡便、可靠。LabWindows/CVI中封裝了TCP類庫，可以（yǐ）實現基於TCP/IP的網（wǎng）絡開發（fā）。LabVIEW的TCP/IP和UDP網絡VI能夠與遠程應用程序建立通信，其具有的Internet工具箱為應用（yòng）係統增加了E-mail、FTP和（hé）Web能力；利用遠程自動化（huà）VI，還可以對其他設備分散的VI進行控製。 
　　把TCP/IP協議作為一種嵌入式的應用，嵌入到現場智能儀器中，使信號（hào）的收、發都以TCP/IP方式進行，使測控係統在數據采集、信息發布、係統集成等方麵在企業內部網絡(Intranet)依托下，進行測控網和企業內（nèi）部網及Internet互聯，實現測控網和（hé）信息網的統一。測量信息通過網絡傳輸，使實時、遠程的測控（kòng）成為現實。與過去的測（cè）試技術相比，顯然網絡化的檢測係統（tǒng）滿足了現代（dài）工業生產的要求。 
　　基於Web的信（xìn）息網絡Intranet已成為企業內部信息網的主流。借助Internet技術，方便了企業的經營和管理。測控係統的設計思想受網絡技術的（de）影響，由傳統的集中（zhōng）模式轉變為分布模式，成為具有開放性、可互操作性、分散性、網絡化、智能化的測控係統。測控網絡的（de）功能遠遠（yuǎn）大於係統中單個功能的總和。造紙工業的現代化，必將要求造（zào）紙儀器檢測係統的網絡化發展。 
　　當今，計算機技術飛速（sù）發展，網絡技（jì）術不斷延伸，儀器將成為更加開放的係統（tǒng）。以PC計（jì）算機和工作站為基礎，以（yǐ）網絡為橋（qiáo）梁構成的測控係統，實現高效率的測量及信息資源共享，越來越成（chéng）為儀器的發展方向。在測控係統中，各種檢測設備（bèi），如各種傳統儀器、智能儀器等，利用網絡資源，可以實現信（xìn）息共享，提高檢測效率。美國NI公司在虛擬儀（yí）器係（xì）統中提出“軟（ruǎn）件即儀（yí）器”的觀點，那麽現在正是“網絡就是儀器”提出的時候了。隨著測控網絡的（de）發展，測控網絡和（hé）信息網絡（luò）的互聯技術將推動著造紙測試儀（yí）器的（de）革命。