測控技術(shù)與儀器專業(yè)介紹

形成的一門高技術(shù)密集型綜合學(xué)科。過程步驟顯示或者發(fā)出掌握信號(hào)的過程。英文名稱：MeasuringandControlTechnologyandInstrumentations。采集物理信號(hào)〔如溫度、流量、壓力等〕和化學(xué)信號(hào)〔如濕度、氣味等〕兩大類，固然還包括不能歸為這兩類的一些信號(hào)，如牢靠性、價(jià)格等。而開關(guān)量信號(hào)〔帶有此外，圖像信號(hào)自然是由攝像裝置來進(jìn)展采集。整理對(duì)于開關(guān)量信號(hào)通過無紙記錄儀的采集之后一般都能夠轉(zhuǎn)換成所需要的數(shù)字信成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)展處理，這就是一個(gè)簡單的問題。處理象調(diào)整運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)以復(fù)歸正常。顯示掌握于對(duì)象的閉環(huán)。編輯本段技術(shù)進(jìn)展來，型微處理器的速度不斷提高，承受流水線、RISCcachE又極大提高了計(jì)算機(jī)的數(shù)值處理力量和速度在數(shù)據(jù)采集方面數(shù)據(jù)采集卡、儀器放大器數(shù)字信號(hào)處理芯片等技術(shù)的不斷升級(jí)和更也有效地加快了數(shù)據(jù)采集的速率和效率與計(jì)算機(jī)技術(shù)嚴(yán)密結(jié)合已是當(dāng)今儀器與測控技術(shù)進(jìn)展的主難見，配以相應(yīng)軟件和硬件的計(jì)算機(jī)將相當(dāng)于一臺(tái)多功能的通用測量儀器。這樣的現(xiàn)代儀器設(shè)備的功能已不再由按鈕和開關(guān)的數(shù)量來限定而是取決于其中存內(nèi)裝有軟件的多少從這個(gè)意義上可認(rèn)為計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代儀器設(shè)備日漸趨同，兩者間已表現(xiàn)出全局意義上的相通性。據(jù)此，有人提出了“計(jì)算機(jī)就是儀器”/軟件就是儀器”的概念。 計(jì)算機(jī)就是測控系統(tǒng)的中堅(jiān) 總線式儀器虛擬儀器等微機(jī)化儀器技術(shù)的應(yīng)用，使組建集中和分布式測控系統(tǒng)變得更為簡潔。但集中測控越來越滿足不了簡單、遠(yuǎn)程〔異地〕和范圍較大的測控任務(wù)的需求，必要，而計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的不斷升級(jí)與進(jìn)步、給組建測控網(wǎng)絡(luò)供給了越來越優(yōu)異的技術(shù)條件。Unix、WindowsNT、、Netware等網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，為組建網(wǎng)絡(luò)化測試系統(tǒng)帶來了便利標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議如OSI的開放系統(tǒng)互連參考模型RMInternet上使用的TCP/IP協(xié)議，在開放性、穩(wěn)定性、牢靠性方面均有很大優(yōu)勢，承受它們很簡潔實(shí)現(xiàn)測控網(wǎng)絡(luò)的體系構(gòu)造。在開發(fā)軟件方面，比方NI公司的Labview和LabWindows/CVI，HP公司的VEE，微軟公司的的VB、VC等，都有開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用工程的工具包。軟件是虛擬儀器開發(fā)的關(guān)鍵，如Labview和LabWindows/CVI的功能都格外強(qiáng)大不僅使虛擬儀器的開發(fā)變得簡潔便利而且為把虛擬儀器做LabWindows/CVI中封裝了TCP類庫，可以開發(fā)基于TCP/Ip的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。Labview的TCP/IP和UDP網(wǎng)絡(luò)VI能夠與遠(yuǎn)程應(yīng)用程序建立通信，其具有的Internet工具箱還為應(yīng)用系統(tǒng)增加了E-mail、FTP和Web力量；利用遠(yuǎn)程自動(dòng)化VI，還可對(duì)掌握其他設(shè)備的分散的VI進(jìn)展控。Labview5．1中還特別增加有網(wǎng)絡(luò)功能，提高了開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的力量。將計(jì)算機(jī)、高檔外設(shè)和通信線路等硬件資源以及大型數(shù)據(jù)庫、程序、數(shù)據(jù)、文件。其次，通過組建網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)增加系統(tǒng)冗余度的方法能提高系統(tǒng)的牢靠性便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和變動(dòng)由計(jì)算機(jī)和工作站作為結(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)也就相當(dāng)于現(xiàn)代儀器的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)已成為現(xiàn)代測控系統(tǒng)的中堅(jiān)。 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已越來越成為測控技術(shù)滿足實(shí)際需求的關(guān)鍵支撐 當(dāng)今時(shí)代，以Internet為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的快速進(jìn)展及相關(guān)技術(shù)的日益完善，突破了傳統(tǒng)通信方式的時(shí)空限制和地域障礙，使更大范圍內(nèi)的通信變得格外簡潔，Internet擁有的硬件和軟件資源正在越來越多的領(lǐng)域中得到應(yīng)用，比方電子商務(wù)、網(wǎng)上教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與掌握、高檔測量儀器設(shè)備資源的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)調(diào)用，遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷，等等。與此同時(shí)，高性能、高牢靠性、低本錢的網(wǎng)關(guān)、路由器、中繼器及網(wǎng)絡(luò)接口芯片等網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備的不斷進(jìn)步，又便利了、不同類型測控網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)。利用現(xiàn)有Internet資源而不需建立特地的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)使組建測控網(wǎng)絡(luò)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)以及它們與Internet的互聯(lián)都格外便利，這就為測控網(wǎng)絡(luò)的普遍建立和廣泛應(yīng)用鋪平了道路。把TCP/IP協(xié)議作為一種嵌入式的應(yīng)用嵌入現(xiàn)場智能儀〔主要是傳感器的ROMTCP/IP為依托，將測控網(wǎng)和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)及Internet互聯(lián)，便于實(shí)現(xiàn)測控網(wǎng)和信息網(wǎng)的統(tǒng)一。在這樣構(gòu)成的測控〔包括遠(yuǎn)程〕的在線測控成為現(xiàn)實(shí)，將這樣的測量技實(shí)實(shí)在在地介入了現(xiàn)代測量與測控的全過程。測控技術(shù)與儀器基于Web的信息網(wǎng)絡(luò)Intranet，是目前企業(yè)內(nèi)部信息網(wǎng)的主流。應(yīng)用Internet的具有開放性的互聯(lián)通信標(biāo)準(zhǔn)，使Intranet成為基丁TCP/IP協(xié)議的開放系統(tǒng)，InternetInternetIntranetInternet散性、網(wǎng)絡(luò)化。智能化的測控系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)上不僅有計(jì)算機(jī)、工作站，還有OSI聯(lián)成有機(jī)的測控系統(tǒng)。測控網(wǎng)絡(luò)的功能將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)中各獨(dú)立個(gè)體功能的總和。結(jié)果是測控系統(tǒng)的功能顯著增加，應(yīng)用領(lǐng)域及范圍明顯擴(kuò)大。測控技術(shù)與儀器JiniJiniJAVA聯(lián)網(wǎng)的任何儀器設(shè)備實(shí)現(xiàn)其自身功能的同時(shí)，還能為其他儀器設(shè)備加以利用。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的消滅，正在并將極大地轉(zhuǎn)變?nèi)藗兩畹母鱾€(gè)方面。具體到計(jì)量測試、化溯源比對(duì)，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與測控，遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷，電、水、燃?xì)狻崮艿染庉嫳径文壳斑M(jìn)展力量比對(duì)就要依靠其它國家。(2)高精度。目前半導(dǎo)體工藝的典型線寬為m，20230.07μm。假設(shè)定位要求占線寬的1/3那么就要求10nm量級(jí)的精度而且晶片尺寸還在增大到達(dá)300mm這就意味著測量定位系統(tǒng)的精度要優(yōu)于3×10的-8次方，相應(yīng)的激光穩(wěn)頻精度應(yīng)當(dāng)是10的-9次方數(shù)量級(jí)。 (3)高速度。目前加工機(jī)械的速度已經(jīng)提高到1m/sec以上，上世紀(jì)80年月以前開發(fā)研制的儀器已不適應(yīng)市場的需求。例如惠普公司的干預(yù)儀市場大局部被英國Renishaw所占據(jù)，其緣由是后者的速度到達(dá)了1m/sec。 (4)高靈敏，高區(qū)分，小型化。如將光譜儀集成到一塊電路板上。 (5)標(biāo)準(zhǔn)化。通訊接口過去常用GPIB，RS232，目前有可能成為替代物和VXI?，F(xiàn)在，技術(shù)領(lǐng)先者設(shè)法掌握技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，參與標(biāo)準(zhǔn)制訂是儀器開發(fā)的根底爭論工作之一。編輯本段將來趨勢1．進(jìn)展方向與學(xué)科前沿 (1)協(xié)作數(shù)控設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)(如主軸速度精度創(chuàng)成) 數(shù)控設(shè)備的主要誤差來源可分為幾何誤〔共有21項(xiàng)和熱差。對(duì)于重復(fù)消滅的系統(tǒng)誤差，可承受軟件修正；對(duì)于隨機(jī)誤差較大的狀況，業(yè)市場萎縮同時(shí)又大量進(jìn)口國外設(shè)備的緣由之一就是由于這方面的技術(shù)沒有得光干預(yù)儀：其測量速度達(dá)60m/min以上，采樣速度達(dá)5000次/sec以上，以適應(yīng)熱誤差和幾何誤差測量的需要?？諝庹凵渎蕦?shí)時(shí)測量應(yīng)到達(dá)2×10的-7次方水平，其測量結(jié)果和長度測量結(jié)果可同步輸入計(jì)算機(jī)。測控技術(shù)與儀器運(yùn)行和制造過程的監(jiān)控和在線檢測技術(shù) 廣的優(yōu)點(diǎn)。在這個(gè)領(lǐng)域綜合創(chuàng)的天地格外寬闊，如振動(dòng)、粗糙度、污染物、含水量、加工尺寸及相互位置等。 (3)協(xié)作信息產(chǎn)業(yè)和生產(chǎn)科學(xué)的技術(shù)創(chuàng) 為了在開放環(huán)境下求得生存空間，沒有自主創(chuàng)技術(shù)是沒有出路的。進(jìn)呈現(xiàn)狀，信息、生命醫(yī)學(xué)、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域需要的產(chǎn)品應(yīng)賜予優(yōu)先支持如醫(yī)學(xué)中介入治療的周密儀器設(shè)備電子工業(yè)中的超區(qū)分光刻和清潔方法和機(jī)理爭論等。 2．優(yōu)先領(lǐng)域 在根底爭論的初期，對(duì)于能否有突破性進(jìn)入市場。測控技術(shù)與儀器(1)納米溯源技術(shù)和系統(tǒng)。 (2)介入安裝和制造的坐標(biāo)跟蹤測量系統(tǒng)。關(guān)鍵理論和技術(shù)：超半球反射器(n=2或在機(jī)構(gòu)上創(chuàng))，快速、多路干預(yù)儀(頻差3～5兆)，二維周密跟蹤測角系統(tǒng)(0.2″～0.5″)，通用信號(hào)處理系統(tǒng)(工作頻率5兆)，無導(dǎo)軌半導(dǎo)體激光測量系統(tǒng)(區(qū)分率1μm)，熱變形仿真，力變形仿真。 這些內(nèi)容不局限于一種技術(shù)方案，而是幾種不同技術(shù)方案中概括出來系統(tǒng)的要求可以降低；承受二維周密跟蹤測角系統(tǒng)在1M3測量范圍內(nèi)可以得到高精度；有了超半球反射鏡可以提高4路跟蹤方案的精度在現(xiàn)場進(jìn)展介入制造和裝配不能等待很長時(shí)間力和熱變形的補(bǔ)償是必需的而且需要足夠快現(xiàn)在的技術(shù)還有相當(dāng)大的差距所以這些進(jìn)展是關(guān)鍵性的。 大型設(shè)備安裝，用于生物芯片周密機(jī)器人校準(zhǔn)等。測控技術(shù)與儀器(3)非接觸測頭以及各種掃描探針顯微鏡 航空航天行業(yè)對(duì)此已經(jīng)提出迫切要求這是今后坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)展的關(guān)鍵技術(shù)目前接觸式測頭已完全被國外所壟斷非接觸測頭還沒有進(jìn)展成熟我們有參與競爭的機(jī)遇以前較多承受的激三角法原理受到很多限制難以有突破性進(jìn)展但可在原理創(chuàng)上下功夫應(yīng)當(dāng)突破0.1～0.5μm區(qū)分率。 (4)計(jì)算機(jī)關(guān)心測量理論 信號(hào)處理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、兼容和集成。例如，目前多數(shù)承受ISA總線、IEEE488口，今后計(jì)算機(jī)可能取消ISA總線用于筆記本電腦的USB接口將廣泛應(yīng)用過去中接口，難以進(jìn)入國際市場。國外生產(chǎn)的儀器普遍配備IEEE488(GPIB)口。RS232：目前有可能成為替代物的高性能標(biāo)準(zhǔn)是USB、IEEE1394和VXI。在此轉(zhuǎn)折期為我們供給了機(jī)遇。目前虛擬儀器的工作頻段在千赫數(shù)量級(jí)對(duì)于干預(yù)信號(hào)處理顯得太低可以實(shí)行聯(lián)合互補(bǔ)的方法形成模塊系列，同時(shí)降低本錢，從總體上提高研發(fā)工作的效率。依據(jù)已有根底，進(jìn)展特長，有利于抑制重復(fù)爭論。 (5)器件，材料 過去，科研評(píng)價(jià)體系存在偏重于整機(jī)和系統(tǒng)無視材料和器件的趨向的突破點(diǎn)可能消滅在光源、型高頻探測器。目前探測器的響應(yīng)頻率只有10的9次方，而光頻高達(dá)10的14次方目前干預(yù)儀實(shí)際上是起著混頻器的作用適應(yīng)探測器的缺乏(假設(shè)探測器的響應(yīng)果真能超過光頻，干預(yù)儀也就沒有用了)。假設(shè)探測器的性能得到顯著提高對(duì)于通訊也是很大的突破。 (6)半導(dǎo)體激光器計(jì)量特性的爭論和創(chuàng) 體激光器用于計(jì)量需要解決很多問題(如線寬定標(biāo)變頻等)。但假設(shè)解決了諸多問題以后半導(dǎo)體激光系統(tǒng)比氣體激光系統(tǒng)更簡單就不會(huì)有競爭力有些問題在物理層面上也沒有完全解決例如半導(dǎo)體激光器假設(shè)能形成掃頻又有兩個(gè)相近的頻率掃描，就會(huì)成為一種的無導(dǎo)軌測量工具。編輯本段培育方案業(yè)務(wù)培育目標(biāo)： 本專業(yè)培育具備周密儀器設(shè)計(jì)制造以及測量與掌握方學(xué)問與應(yīng)用力量，能在國民經(jīng)濟(jì)各部門從事測量與掌握領(lǐng)域內(nèi)有關(guān)技術(shù)、人才。業(yè)務(wù)培育要求： 本專業(yè)學(xué)生主要學(xué)習(xí)周密儀器的光學(xué)、機(jī)械與電子學(xué)根底理論測量與掌握理論和有關(guān)測控儀器的設(shè)計(jì)方法受到現(xiàn)代測控技術(shù)和儀器應(yīng)用的訓(xùn)練，具有本專業(yè)測控技術(shù)及儀器系統(tǒng)的應(yīng)用及設(shè)計(jì)開發(fā)力量。畢業(yè)生應(yīng)獲得以下幾方面的學(xué)問和力量： 1．具有較扎實(shí)的自然科學(xué)根底，較好的人文、藝術(shù)和社會(huì)科學(xué)根底及正確運(yùn)用本國語言、文字的表達(dá)力量；2．較系統(tǒng)地把握本專業(yè)領(lǐng)域?qū)拸V的技術(shù)理論根底學(xué)問，主要包括機(jī)械學(xué)、電子學(xué)光學(xué)測量與掌握市場經(jīng)濟(jì)及企業(yè)治理等根底學(xué)問； 力量，具有本專業(yè)測控技術(shù)、儀器與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)力量； 4．具有較強(qiáng)的外語應(yīng)用力量； 5．具有較強(qiáng)的自學(xué)力量、創(chuàng)意識(shí)和較高的綜合素養(yǎng)。