1.1仪器仪表的发展
仪器仪表是在人们认识客观世界、探索自然规律和进行工业化生产中必需的工具和物质手段。仪器仪表技术既是现代科技的前沿技术，也是信息产业的关键技术、基础和源头。
在现代科学领域中，离不开先进仪器仪表的应用。
19世纪以来，出现了许多描述物理现象的定律，它们都需要相应的电测仪器、仪表来定量地加以验证，因此发明了基于物理定理的模拟式仪表。这些仪表中最典型的有伏特表、安培表、功率表和测温表等磁电式模拟仪器仪表。20世纪初至50年代，出现了电子管等新的电子器件，同时，随着电子技术与控制技术的发展，又出现了电子仪器仪表，产生了以记录仪、电子示波器、信号发生器等为代表的电子式模拟仪器。这些磁电式和电子式模拟仪器仪表统称为第一代仪器仪表——模拟式仪器仪表。
随着集成电路的出现，数字技术在测量中获得了成功的应用。20世纪60年代出现了以集成电路芯片为基础的第二代仪器仪表——数字式仪器仪表，如数字电压表、数字电流表、数字频率计、记忆示波器等。这类仪器仪表的特点是将模拟信号的测量转变为数字信号的测量，并以数字方式显示和输出测量结果，适用于快速响应和高精度的要求，还可以将数据通过接口输入计算机处理。
随着单片机的问世，20世纪70年代出现了内含微处理器的第三代仪器仪表——智能仪器仪表。智能仪器仪表不仅能完成某些测量任务，还能进行各种复杂的数据运算处理，且能适应被测参数的变化，进行自动补偿、自动选择量程、自动校准、自寻故障、自动进行指标判断与分选以及进行逻辑操作、定量控制与程序控制等工作。
随着新型单片机和大规模可编程集成器件的出现，新研制生产的智能仪器仪表不断产生，并且正在逐渐取代传统的仪器仪表。
随着微电子技术与计算机技术的飞速发展，测试技术与计算机深层次的结合正引起仪器仪表领域里一场新的革命，一种全新的仪器结构概念导致第四代仪器仪表——虚拟仪器仪表和网络化仪器仪表的出现。
20世纪80年代，美国国家仪器公司(NI)首先提出了“虚拟仪器”(Virtual Instrument，VI)的概念。虚拟仪器就是以通用计算机为基础，加上特定的硬件接口设备和为实现特定功能而编制的软件而形成的一种新型仪器。其中，硬件接口模块包括数据采集卡(DAQ)、串/并口、IEEE488接口(GPIB)卡、VXI控制器以及其他接口卡。它们主要完成被测输入信号的采集、放大、模数转换以及输出信号的数模转换等功能。当硬件确定以后，用户可以通过不同测试功能的软件模块(如用于数据分析、过程通讯及图形用户界面的软件)的组合来实现不同的功能。软件是虚拟仪器的关键，因此从某种意义上可以说：“软件就是仪器”。
1978年，通用仪器总线GPIB问世，实现了将14台仪器用GPIB总线连接成为一个系统，这可以说是网络化仪器系统的雏形。以后又出现了VXI总线、现场控制总线等，可以将更多的仪器连成一个测控系统。但是这些都还不是现代意义上的网络化仪器测试系统。
随着Internet的出现及其十分迅速地渗透到社会生活的各个领域，对各种传统产业产生了巨大冲击。在测量测试领域，可以将仪器、昂贵的外围设备、测试对象以及数据库等资源纳入网络，实现资源共享，共同完成测试任务。网络时代测量仪器的特点之一就是，人们可以把信息系统与测量系统通过Internet连接起来，做到资源共享，高效完成复杂艰巨的测量控制任务。
测量系统一般由数据采集、数据分析和数据表示三个部分组成，当将这三个位于不同地理位置的部分由网络连起来完成测试任务的时候，就可以形成网络化仪器。在网络化仪器中，被测对象可通过测试现场的数据采集设备，将测得的数据或信息通过网络传输给异地的微机化仪器去分析处理，分析后的结果又可被执行机构查询使用，使数据采集、传输、处理分析成为一体，甚至实现实时采集、实时监测。这里，测试网络的总功能将远远大于系统中各独立个体的功能之和。
网络仪器的最大特点就是可以实现资源共享，使一台仪器为更多的用户所使用，降低了测试系统的成本。对于环境恶劣的数据采集工作可实行远程采集，将采集的数据放在服务器中供用户使用。重要的数据实行多机备份，能够提高系统的可靠性。另外，网络可以使测试人员不受时间和空间的限制，随时随地获取所需的信息。同时网络化测试系统还可以实现测试设备的远距离测试与诊断，提高测试效率，减少测试人员的工作量。而且，网络化仪器进行修改、扩展十分方便。
1.2智能仪器的基本组成
智能仪器由硬件和软件两大部分组成。
硬件部分包括微机系统、输入通道、输出通道、人机对话通道及通信接口。现对主要部分分别表述如下。
(1)微机系统
单片机芯片配以必要的外部器件就能构成最小微机系统。对于较复杂的智能仪器，需较大的存储器容量和较多的I/O接口，单片机能提供很强的扩展能力，可以直接与外部存储器和I/O接口电路相连接，构成功能较强、规模较大的微机系统。
(2)输入通道
输入通道是微机系统与采集对象相连接的部分。由于所采集的对象不同，有开关量信号、频率量信号、模拟量信号。而这些信号都是安放在测量现场的传感器或变换装置产生的，许多参量信号不能满足微机系统输入的要求，需要形式多样的信号变换和调节电路，如放大电路、整形电路、A/D转换电路等。
(3)输出通道
根据输出控制的不同要求，输出通道电路是多种多样的，有D/A转换电路、放大隔离电路等，其输出信号有模拟量信号、开关量信号和频率量信号。
(4)人机对话通道
智能仪器中的人机对话是用户为了对智能仪器进行干预及了解智能仪器运行状态所设置的通道。人机对话通道所配置的设备主要有：键盘、显示器和打印机等。
(5)通信接口
通信接口的作用是实现智能仪器与外部系统相联系，需符合通信总线规定的标准。通常采用RS232标准、RS485标准和IEEE488标准。具有远距离数据通信功能，便于组成测控网络。
智能仪器的软件部分包括监控程序和接口管理程序两部分。监控程序是面向仪器面板键盘和显示器的管理程序，其内容包括：通过键盘输入命令和数据，以对仪器的功能、操作方式与工作参数进行设置；根据仪器设置的功能和工作方式，控制I/O接口电路进行数据采集、存储；按照仪器设置的参数，对采集的数据进行相关处理；以数字、字符等形式显示测量结果、数据处理结果及仪器的状态信息。接口管理程序是面向通信接口的管理程序，其内容是接收并分析来自通信接口总线的远控命令，包括描述有关功能、操作方式与工作参数的代码；进行有关的数据采集与数据处理；通过通信接口送出仪器的测量结果、数据处理结果及仪器的现行工作状态信息。
1.3智能仪器的特点
智能仪器将人工智能的理论、方法和技术应用于仪器，使其成为具有类似人的智能特性或功能的仪器。为了实现这种特性或功能，智能仪器中一般都使用嵌入微处理器的系统芯片(SOC)、数字信号处理器(DSP)或专用电路(ASIC)，仪器内部带有处理能力很强的智能软件。仪器仪表已不再是简单的硬件实体，而是硬件、软件相结合的新型仪器，软件在仪器智能高低方面起重要作用。
仪器与微处理器相结合，取代了许多笨重的硬件，内部结构和前面板大为改观，节省许多开关和调节旋钮。微处理器通过键盘或遥控接口接受命令和信号，并用来控制仪器的运行，执行常规测量，对数据进行智能分析和处理、数字显示或传送，这是传统的模拟方法很难做到的。智能仪器具有如下特点。
(1)采集信息：借助于传感器和变送器，按处理器的要求采集电量和非电量。
(2)与外界对话：使用智能接口进行人机对话及与外部仪器设备对话，接入自动测试系统，甚至接入Internet。另一方面，使用者借助面板上的键盘和显示屏，可用对话方式选择测量功能、设置参数。当然，通过显示器等也可获得测量结果。
(3)记忆信息：智能仪器的存储器既用来存储测量程序、相关的数学模型以及操作人员输入的信息，又用来存储以前和现在测得的各种数据。
(4)处理信息：按设置的程序对测得的数据进行算术运算，求均值、对数、方差、标准偏差等数学运算FFT变换，求解代数方程，进行比较、判断、推理等。
(5)控制：以分析、比较和推理的结果输出相应的控制信息。
(6)自检自诊断：自检(自测试)程序对仪器自身各部分进行检测，验证能否正常工作。
