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測控技術(shù)與儀器專業(yè)介紹
測控技術(shù)與儀器專業(yè)介紹1
業(yè)務(wù)培養(yǎng)目標 : 本專業(yè)培養(yǎng)具備精密儀器設(shè)計制造以及測量與控制方面基礎(chǔ)知識與應(yīng)用能力 , 能在國民經(jīng)濟各部門從事測量與控制領(lǐng)域內(nèi)有關(guān)技術(shù)、儀器與系統(tǒng)的設(shè)計制造、科技開發(fā)、應(yīng)用研究、運行管理等方面的高級工程技術(shù)人才
業(yè)務(wù)培養(yǎng)要求 : 本專業(yè)學生主要學習精密儀器的光學、機械與電子學基礎(chǔ)理論 ,測量與控制 理論和有關(guān)測控儀器的設(shè)計方法 ,受到現(xiàn)代測控技術(shù)和儀器應(yīng)用的訓練 ,具有本專業(yè)測控技術(shù)及儀器系統(tǒng)的應(yīng)用及設(shè)計開發(fā)能力
畢業(yè)生應(yīng)獲得以下幾方面的知識和能力 :
1. 具有較扎實的'自然科學基礎(chǔ) , 較好的人文、藝術(shù)和社會科學基礎(chǔ)及正確運用本國語言、文字的表達能力 ;
2. 較系統(tǒng)地掌握本專業(yè)領(lǐng)域?qū)拸V的技術(shù)理論基礎(chǔ)知識 ,主要包括機械學、電子學、光學、測量與控制、市場經(jīng)濟及企業(yè)管理等基礎(chǔ)知識 ;
3. 掌握光、機、電、計算機相結(jié)合的當代測控技術(shù)和實驗研究能力 ,具有本專業(yè)測控技術(shù)、儀器與系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)能力 ;
4. 具有較強的外語應(yīng)用能力 ;
5. 具有較強的自學能力、創(chuàng)新意識和較高的綜合素質(zhì)。
主干學科 : 光學工程、儀器科學與技術(shù)
主要課程 : 精密機械與儀器設(shè)計、精密機械制造工程、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、微型計算機原理與應(yīng)用、控制工程基礎(chǔ)、信號分析與處理、精密測控與系統(tǒng)、工程光學。
主要實踐性教學環(huán)節(jié) : 包括軍訓, 金工、電工、電子實習 , 認識實習 , 生產(chǎn)實習 , 社會實踐 , 課程設(shè)計 , 畢業(yè)設(shè)計 ( 論文 ) 等 , 一般應(yīng)安排40周以上。
主要專業(yè)實驗 : 測試與檢測、微型計算機與接口、控制、光學光電等專業(yè)實驗。
修業(yè)年限 : 四年。
授予學位 : 工學學士
業(yè)務(wù)培養(yǎng)目標 : 本專業(yè)培養(yǎng)具備精密儀器設(shè)計制造以及測量與控制方面基礎(chǔ)知識與應(yīng)用能力 , 能在國民經(jīng)濟各部門從事測量與控制領(lǐng)域內(nèi)有關(guān)技術(shù)、儀器與系統(tǒng)的設(shè)計制造、科技開發(fā)、應(yīng)用研究、運行管理等方面的高級工程技術(shù)人才
業(yè)務(wù)培養(yǎng)要求 : 本專業(yè)學生主要學習精密儀器的光學、機械與電子學基礎(chǔ)理論 ,測量與控制 理論和有關(guān)測控儀器的設(shè)計方法 ...
測控技術(shù)與儀器專業(yè)介紹2
專業(yè)前景：計算機化的測試與控制技術(shù)以及智能化的精密測控儀器與系統(tǒng)，是現(xiàn)代化的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學技術(shù)研究、管理檢測監(jiān)控等領(lǐng)域的重要標志和手段。本專業(yè)培養(yǎng)掌握相關(guān)領(lǐng)域的知識與技能，適應(yīng)高新技術(shù)、信息化生產(chǎn)與社會發(fā)展的人才，以適應(yīng)不斷崛起的'高新產(chǎn)業(yè)、技術(shù)園區(qū)，以及技術(shù)監(jiān)督檢測部門的需要。
培養(yǎng)目標：本專業(yè)針對現(xiàn)代化的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學技術(shù)研究、管理檢測監(jiān)控等領(lǐng)域發(fā)展需求，培養(yǎng)學生掌握計算機化的測試與控制技術(shù)以及智能化的精密儀器技術(shù)與系統(tǒng)，造就學生勇于思維創(chuàng)新和實踐動手能力，為高技術(shù)、信息化的生產(chǎn)與社會發(fā)展服務(wù)。
培養(yǎng)特色：本專業(yè)遵循測控一體、光機電融合、計算機信息化特征的專業(yè)定位，以機械學、電子學、光科學為基礎(chǔ)，以計算機技術(shù)、檢測技術(shù)、控制技術(shù)、光電技術(shù)以及儀器設(shè)計與運用為主要技術(shù)手段，強調(diào)學生堅實的多學科理論基礎(chǔ)的獲得，著重學生創(chuàng)新思維意識的造就，突出學生專業(yè)實踐能力的培養(yǎng)，強化學生工程技術(shù)應(yīng)用方面的訓練。
主干課程：機械設(shè)計、機械制造基礎(chǔ)、電子技術(shù)、微機原理及接口技術(shù)、傳感器原理與應(yīng)用、自動控制原理、測試技術(shù)、精密測控與系統(tǒng)、計算機測控技術(shù)、光電技術(shù)與儀器、現(xiàn)代成像技術(shù)、紅外技術(shù)與應(yīng)用、測控儀器設(shè)計等。
所授學位：工學學士
就業(yè)方向：畢業(yè)后可到技術(shù)學校、研究單位、生產(chǎn)企業(yè)、管理部門，從事相關(guān)領(lǐng)域的教學、科研、設(shè)計、生產(chǎn)、應(yīng)用、經(jīng)營、管理以及質(zhì)量檢測與技術(shù)監(jiān)督等工作。
深造情況：可在機械電子工程專業(yè)或精密儀器與機械、測試計量技術(shù)與儀器、計算機應(yīng)用技術(shù)、機械制造及其自動化、農(nóng)業(yè)機械化工程、農(nóng)業(yè)電氣化與自動化、控制理論與控制工程、檢測技術(shù)與自動化裝置等相關(guān)專業(yè)繼續(xù)深造。
測控技術(shù)與儀器專業(yè)介紹3
本專業(yè)以光、機、電、計算機一體化為特色，培養(yǎng)具有現(xiàn)代科學創(chuàng)新意識、知識面寬、基礎(chǔ)理論扎實、計算機和外語能力強，可從事計算機應(yīng)用、電子信息、智能儀器、虛擬儀器、測量與控制等多領(lǐng)域的產(chǎn)品設(shè)計制造、科技開發(fā)、應(yīng)用研究、企業(yè)管理等多方面的高級工程技術(shù)及經(jīng)營管理人才。同時因為他們專業(yè)知識面寬廣，具有很強的適應(yīng)能力和廣泛的發(fā)展空間，也可從事計量、測試、控制工程、智能儀器儀表、計算機軟件和硬件等高新技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)計、制造、開發(fā)和應(yīng)用等工作，轉(zhuǎn)行比較容易。測控技術(shù)自古以來就是人類生活和生產(chǎn)的重要組成部分。最初的測控嘗試都是來自于生產(chǎn)生活的需要，對時間的測控要求使人類有了日晷這一原始的時鐘，對空間的測控要求使人類有了點線面的認識�，F(xiàn)代社會對測控的要求當然不會停留在這些初級階段，隨著科技的發(fā)展，測控技術(shù)進入了全新的時代。
一、測控的幾個重要過程及其新技術(shù)
1.信號采集
在信號采集環(huán)節(jié)，主要是采集對象發(fā)出的各種信號，再將這種信號轉(zhuǎn)換成電信號，以便于后續(xù)的處理。對象發(fā)出的信號大多數(shù)是通過傳感器來采集的，包括物理信號（如溫度、流量、壓力等）和化學信號（如濕度、氣味等）兩大類，當然還包括不能歸為這兩類的一些信號，如可靠性、價格等。而開關(guān)量信號（帶有數(shù)字信號的特征）則主要是靠帶有單片機電路的儀器，如無紙記錄儀，進行采集。此外，圖像信號自然是由攝像裝置來進行采集。
傳感器是一種將物理量，化學量，生物量等轉(zhuǎn)換成電信號的器件。輸出信號有不同形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等，能滿足信息傳輸、處理、記錄、顯示、控制要求，是自動檢測系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)中不可缺少的元件。光導纖維的應(yīng)用是傳感器材料的重大突破，其最早用于光通信技術(shù)。光纖傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，耐腐蝕，電絕緣性好，光路可彎曲，便于實現(xiàn)遙測等。光纖傳感器與集成光路技術(shù)相結(jié)合，加速光纖傳感器技術(shù)的發(fā)展。將集成光路器件代替原有光學元件和無源光器件，使光纖傳感器有高的帶寬低的
信號處理電壓，可靠性高，成本低。半導體技術(shù)中的加工方法有氯化，光刻，擴散，沉積和平面電子工藝。各向?qū)愿g及蒸鍍，濺射薄膜等，這些都已引進到傳感器制造。因而產(chǎn)生了各種新型傳感器，如利用半導體技術(shù)制造出硅微傳感器，利用薄膜工藝制造出快速響應(yīng)的氣敏濕敏傳感器，利用濺射薄膜工藝制壓力傳感器等。
集成傳感器的優(yōu)勢是傳統(tǒng)傳感器無法達到的，它不僅僅是一個簡單的傳感器，其將輔助電路中的元件與傳感元件同時集成再一塊芯片上，使之具有校準，補償，自診斷和網(wǎng)絡(luò)通信的能力，它可降低成本，增加產(chǎn)量。
智能化傳感器是一種帶微處理器的傳感器，是微型計算機和傳感器相結(jié)合的成果，它兼有檢測，判斷和信息處理功能，與傳統(tǒng)傳感器相比有很多特點：具有判斷和信息處理能力，能對測量值進行修正，誤差補償，因而提高測量精度，可實現(xiàn)多傳感器多參數(shù)測量，有自診斷和自校準功能，提高可靠性。
2.信號整理
在信號的整理階段，主要是對采集到的電信號進行平整、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換等，轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號。上述三種信號類型在整理階段的內(nèi)容有所不同，比如對傳感器傳來的信號主要是進行信號放大、平整、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程；而對于開關(guān)量信號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)字信號以待輸出到下一個處理環(huán)節(jié)；對于圖像信號，經(jīng)采集之后主要是用于顯示，若還需對圖像進行處理，再顯示，或者發(fā)出控制信號，那么也必須將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，進行處理，這就是一個復雜的問題。
我們通常使用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器大多為積分型和逐次逼近型，積分型轉(zhuǎn)換效果不夠好，轉(zhuǎn)換過程中帶來的誤差較大，逐次逼近型轉(zhuǎn)換效果好但是制作成本較高，尤其是高位數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換位數(shù)越多，精度越高，制作成本就越高。而∑-△ADC可以以相對逐次逼近型簡單的電路結(jié)構(gòu)，而得到低成本，高位數(shù)及高精度的轉(zhuǎn)換效果∑-△ADC大多設(shè)計為16或24bit轉(zhuǎn)換精度，近幾年來，在相關(guān)的高精度儀器制作領(lǐng)域該轉(zhuǎn)換器得到了越來越廣泛的應(yīng)用�！�-△模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理簡單的講，就是將模數(shù)轉(zhuǎn)換過后的數(shù)字量再做一次窄帶低通濾波處理。當模擬量進入轉(zhuǎn)換器后，先在調(diào)制器中做求積處理，并將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，在這個過程中會產(chǎn)生一定的量化噪聲，這種噪聲將影響到輸出結(jié)果，因此，采用將轉(zhuǎn)換過的
數(shù)字量以較低的頻率一位一位地傳送到輸出端，同時在這之間加一級低通濾波器的方法，就可將量化噪聲過濾掉，從而得到一組精確的數(shù)字量。AD7708和AD7718就是∑-△的典型應(yīng)用。
3.信號處理
在信號的處理階段，主要是對數(shù)字信號進行處理以便顯示，或者發(fā)出控制信號。我們通過顯示出來的信號來判斷自動化系統(tǒng)上對象的運轉(zhuǎn)是否正常，如果信號顯示不正常，就需要對信號進行計算與處理，得到控制信號發(fā)送給對象，使對象調(diào)整運轉(zhuǎn)的狀態(tài)以復歸正常。
單片機是進行數(shù)據(jù)處理的芯片。單片機在目前的發(fā)展形勢下，有以下幾大趨勢：可靠性及應(yīng)用越來越高和互聯(lián)網(wǎng)連接已是一種明顯的走向，所集成的部件越來越多，NS公司的單片機已經(jīng)把語音圖像部件也集成到了單片機中，也就是說，單片機的意義只是在于單片集成電路，而不在于其功能了，如果從功能上講，它可以是萬用機，原因是其內(nèi)部已集成上各種應(yīng)用電路了。功耗越來越低，和模擬電路結(jié)合越來越多，隨著半導體工藝技術(shù)的發(fā)展及系統(tǒng)設(shè)計水平的提高，單片機還會不斷產(chǎn)生新的變化和進步，最終人們可能發(fā)現(xiàn)，單片機與微機系統(tǒng)之間的距離越來越小，甚至難以辨認。
單片機比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠超過PC機和其他計算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。
4.數(shù)據(jù)顯示控制
在顯示與控制環(huán)節(jié)，顯示主要是指將數(shù)字信號通過便于我們觀察的形式顯示出來以便我們進行判斷，控制主要是指將控制信號傳送給并作用于對象的過程。上面的四個環(huán)節(jié)就構(gòu)成了整個測控的過程，如果包括控制的過程，則剛好形成了一個閉環(huán)，即信號從對象開始，經(jīng)過采集、整理、處理，最后又將控制信號作用于對象的閉環(huán)。
二、發(fā)展方向與學科前沿
1配合數(shù)控設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新(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差（共有21項）和熱誤差。對于重復出現(xiàn)的系統(tǒng)誤差，可采用軟件修正；對于隨機誤差較大的情況，要采用實時修正方法。對于熱誤差，一般要通過溫度測量進行修正。中國機床行業(yè)市場萎縮同時又大量進口國外設(shè)備的原因之一就是因為這方面的技術(shù)沒有得到推廣應(yīng)用。為此，需要高速多通道激光干涉儀：其測量速度達60m/min以上，采樣速度達5000次/sec以上，以適應(yīng)熱誤差和幾何誤差測量的需要。空氣折射率實時測量應(yīng)達到2×10的-7次方水平，其測量結(jié)果和長度測量結(jié)果可同步輸入計算機。
2運行和制造過程的.監(jiān)控和在線檢測技術(shù)
綜合運用圖像、頻譜、光譜、光纖以及其它光與物質(zhì)相互作用原理的傳感器具有非接觸、高靈敏度、高柔性、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點。在這個領(lǐng)域綜合創(chuàng)新的天地十分廣闊，如振動、粗糙度、污染物、含水量、加工尺寸及相互位置等。
3配合信息產(chǎn)業(yè)和生產(chǎn)科學的技術(shù)創(chuàng)新
為了在開放環(huán)境下求得生存空間，沒有自主創(chuàng)新技術(shù)是沒有出路的。因此應(yīng)該根據(jù)有專利權(quán)、有技術(shù)含量、有市場等原則選擇一些項目予以支持。根據(jù)當前發(fā)展現(xiàn)狀，信息、生命醫(yī)學、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域需要的產(chǎn)品應(yīng)給予優(yōu)先支持。如醫(yī)學中介入治療的精密儀器設(shè)備、電子工業(yè)中的超分辨光刻和清潔方法和機理研究等。
三、優(yōu)先領(lǐng)域
在基礎(chǔ)研究的初期，對于能否有突破性進展是很難預測的。但是，當已經(jīng)取得突破性進展時，則需要有一個轉(zhuǎn)化機制以進入市場。
1納米溯源技術(shù)和系統(tǒng)。
2介入安裝和制造的坐標跟蹤測量系統(tǒng)。
關(guān)鍵理論和技術(shù)：超半球反射器(n=2或在機構(gòu)上創(chuàng)新)，快速、多路干涉儀(頻差3～5兆)，二維精密跟蹤測角系統(tǒng)(0.2″～0.5″)，通用信號處理系統(tǒng)(工作頻率5兆)，無導軌半導體激光測量系統(tǒng)(分辨率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)方案中概括出來的共同點。如采用無導軌干涉儀，對跟蹤系統(tǒng)的要求可以降低；采用二維精密跟蹤測角系統(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)場進行介入制造和裝配不能等待很長時間，力和熱變形的補償是必須的而且需要足夠快，現(xiàn)在的技術(shù)還有相當大的差距，所以這些進展是關(guān)鍵性的。
應(yīng)用范圍：新型并行機構(gòu)機床的鑒定，飛機裝配型架的鑒定，大型設(shè)備安裝，用于生物芯片精密機器人校準等。
3非接觸測頭以及各種掃描探針顯微鏡
航空航天行業(yè)對此已經(jīng)提出迫切要求，這是今后坐標測量機發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。目前接觸式測頭已完全被國外所壟斷，非接觸測頭還沒有發(fā)展成熟，我們有參與競爭的機遇。以前較多采用的激光三角法原理受到很多限制，難以有突破性進展，但可在原理創(chuàng)新上下功夫。應(yīng)該突破0.1～0.5μm分辨率。
4計算機輔助測量理論
信號處理系統(tǒng)的標準化、模塊化、兼容和集成。例如，目前多數(shù)采用ISA總線、IEEE488口，今后計算機可能取消ISA總線，用于筆記本電腦的USB接口將廣泛應(yīng)用。過去，中國生產(chǎn)的儀器滿足于數(shù)字顯示，沒有數(shù)據(jù)交換接口，難以進入國際市場。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準是USB、IEEE1394和VXI。在此轉(zhuǎn)折期為我們提供了機遇。目前虛擬儀器的工作頻段在千赫數(shù)量級，對于干涉信號處理顯得太低，可以采取聯(lián)合互補的方法形成模塊系列，同時降低成本，從總體上提高研發(fā)工作的效率。根據(jù)已有基礎(chǔ)，發(fā)展特長，有利于克服重復研究。
5新器件，新材料
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