1.1.3 测试发展过程和趋势

电磁测量技术包括3个主要方面：电磁量的测量方法，电磁测量仪器的设计与制造及电磁量的量值传递。其中，以仪器仪表的发展最能体现电磁测量技术的发展。仪器仪表的发展大致分为3个阶段：古典式电工仪器仪表阶段、数字式仪表阶段和自动测试系统阶段。

古典式电工仪器仪表的发展是从1743年俄国学者Γ.B. 黎赫曼制造出第一台有刻度的验电器开始的。1836年出现了可动线圈式检流计，1837年出现了可动磁针式检流计，1841年出现了电位差计原理，1843年制成了惠斯登电桥，1861年又制成了第一台直流电位差计，1895年研制成功了世界上第一台感应式电度表。在这一阶段，电工学理论也得到了很大的发展，其中，库仑定律、安培定律、毕奥⁃沙发⁃拉普拉斯定律、法拉第电磁感应定律和麦克斯韦电磁场理论也都已建立，为古典式电工仪器仪表的发展提供了理论基础。到20世纪30年代前后，古典式电工仪器仪表在理论上已经成熟，结构也已基本定型。20世纪40年代以后，由于新材料的出现，使电工仪器仪表在准确度方面有所突破。例如，1936年出现的高性能磁材料——镍铝合金，在1960年前后便生产出了0.1级的电磁系、电动系和磁电系仪表系列，直到现在，这类电磁机械仪表的准确度还保持在这一水平。

20世纪50年代，数字电子技术和微型计算机技术的出现，使电磁测量仪表的发展加快，宏观上表现为模拟式仪表开始逐渐在越来越多的应用场合被数字式仪表所取代。数字电子技术应用于电磁测量，对于直流被测量，是先量化为恒定电压值，再经电压/频率变换后进行计数；而对于随时间变化的被测量，则是经过整流、滤波，转换成相应的直流量后再进行处理和显示。这一时期出现的电压、电流波形等时间间隔采样技术，揭开了数字电子技术在电磁测量领域作用日益增大的序幕。

20世纪70年代以后，微电子技术和微型计算机技术发展迅猛。在它们的推动下，电气测试仪器仪表不断进步，相继诞生了智能仪器、P C仪器、VXI仪器、虚拟仪器及互换性虚拟仪器等微机化仪器及相应水平的自动测试系统。

大规模集成电路技术使电子计算机从庞然大物缩小到能置入传统的仪器内部，其结果使仪器具有了控制、存储、运算、逻辑判断及自动操作等智能特点，并在测量准确性、灵敏度、可靠性、自动化程度、运用能力及解决测量问题的深度和广度等方面均有明显的进步。尽管内置有微型计算机的仪器的智能水平仍较低，但人们还是称它们为智能仪器。

自从电子技术和微型计算机技术渗透到测量和仪器仪表领域，随即就产生了自动测试系统——在人工最少参与的情况下能自动进行测量、数据处理并以所需要方式输出测试结果的系统。带微处理器和微型计算机的各种仪器仪表即智能仪器均具有自动测试系统的基本特征，故它们都属于自动测试系统的范畴。

智能仪器出现不久就提出了新的课题：一台智能仪器难以胜任更复杂的多任务测量需求。为了解决这一问题，总线式智能仪器与系统应运而生。人们提出了RS⁃232C和IEEE 488等通信接口总线，用于将多台智能仪器连在一起，以形成能完成复杂任务的自动测试系统。

但是，在复杂的IEEE 488总线仪器系统中，往往有多个重复的部件功能电路单元，例如，若一个IEEE 488仪器系统中包含逻辑分析仪、数字示波器、数字多用表、频谱分析仪等多台智能仪器及微型计算机的话，显然它们都有CRT、键盘和存储器等部件。在这种背景下，1982年出现了个人计算机（PC）加配板卡式的PC仪器与系统。

将智能仪器的测量电路制成插拔式仪器板卡，而仪器所需的键盘、CRT和存储器等均借助PC的资源，就构成了PC仪器，又称模块式仪器。由若干块不同功能的仪器板卡插入外设机箱并与一台PC有机组合，便构成了PC仪器系统。与IEEE 488总线仪器系统相比，PC仪器系统的硬件大为减少。尽管PC仪器系统具有体积小、重量轻、价格低和便于携带等优点，但由于各生产厂家自己定义总线，造成不同厂家的产品间缺乏兼容性，如此一来，用户在组建测试系统时难以在不同厂家产品中进行配套选择。

1987年，第一个适用于模块化仪器标准化的接口总线标准VXIbus问世，1992年又完善为VXIbus Rev.1.4，简称为VXI总线。设计VXI总线，使微机化仪器系统的硬件和软件标准化，从而提高微机化仪器系统的互用性，更容易被集成和应用。

从表面上看，与智能仪器相比，P C仪器、VXI仪器好像只是将仪器仪表的功能电路制成板卡插入微机式的仪器，但具体到前者，微处理器或微机的作用仅限于使这一台仪器性能提高、功能增强；而后者则不然，多块仪器板卡可插入一台PC或一台PC的外设机箱，借助软件和PC的显示器很容易形成多种不同仪器的虚拟面板，从而组成一个单台形式的、但功能相当于多台传统仪器的微机化仪器（或称仪器系统）。这些以PC为核心，由测量功能软件支持，具有虚拟控制面板、必要仪器硬件和通信能力的P C仪器或VXI仪器又称为虚拟仪器。虚拟仪器一般运行于Windows环境下，因此可以同时启动多个应用，即利用一台PC可以同时组建多台虚拟仪器并实施测量。

1997年美国国家仪器公司推出一类新产品：基于P C的、适用于测量仪器的开放式接口总线标准P XI。相对于VXI仪器而言，P XI仪器的主要优点是成本低，且又具有先进的数字接口与仪器接口功能，适于组成便携式测试系统。

在VXI仪器和虚拟仪器迅速发展的同时，智能仪器并非停滞不前。近20年来，智能示波器、掌上型“三合一”（示波器、信号源、万用表）智能示波表、各种钳形智能电工仪器仪表大量涌现，以其体积小、重量轻、智能化程度高、功能多、易操作、能耗低及带通信接口等特点，不断跟踪并适应广大用户的各种现场测量使用需求，仍具有广阔的发展空间和应用市场。

电磁测量仪表的发展趋势体现在以下几个方面。

① 体积小，重量轻，耗电少，电路板的元器件安装密度高，性能稳定可靠，仪器积木化、集成化和多功能化。

② 自动化程度高，如自动检测、自动调整、自动平衡、自动置零、自动读数和打印及自动校正等。

③ 向数字化、智能化发展。测量结果、预置值都可以数字显示和存储；测量数据可以用仪器内部的计算机送到外部的计算机进行处理。通过标准接口或总线控制或调节，组成自动测试系统，提高测量准确度，扩展量程和频段范围。

电磁测量技术的发展趋势是向微观、超常态、动态方向及新的学科领域发展，主要体现在以下两个方面。

① 进一步利用物理学的新成就、新原理和新的测量方法，不断提高其测量的准确度。

② 利用数字化技术和计算技术，组成自动测试系统，快速而准确地处理复杂的测量问题。