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文獻(xiàn)測控技術(shù)與儀器專業(yè)介紹及其發(fā)展方向
測控技術(shù)與儀器專業(yè)介紹及其發(fā)展方向 摘要：測控技術(shù)與儀器專業(yè)是儀器儀表一級學(xué)科下的二級學(xué)科專業(yè),是測控領(lǐng)域唯一的本科專業(yè)。21世紀(jì)的儀器儀表學(xué)科將是集機、光、電、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)與信息技術(shù)多學(xué)科相互融合、相互滲透而形成的一門高新技術(shù)密集型綜合學(xué)科
關(guān)鍵詞：測控 介紹 發(fā)展
一． 概述
測控技術(shù)與儀器專業(yè)是國內(nèi)近年來發(fā)展最快的專業(yè)之一,是一個集光、機、電、算一體化的實踐性、技術(shù)性、工程性和綜合性很強的專業(yè)，培養(yǎng)具有現(xiàn)代科學(xué)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。
二.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(xué)信號（如濕度、氣味等）兩大類，當(dāng)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(jìn)行采集。此外，圖像信號自然是由攝像裝置來進(jìn)行采集。
傳感器是一種將物理量，化學(xué)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(dǎo)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(xué)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。
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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行處理，這就是一個復(fù)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。
3.信號處理
在信號的處理階段，主要是對數(shù)字信號進(jìn)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(jìn)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(fù)歸正常。
單片機是進(jìn)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(dǎo)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(jìn)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(rèn)。
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(jìn)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)。
三．發(fā)展方向與學(xué)科前沿
1配合數(shù)控設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新
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(fù)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(jìn)行修正。中國機床行業(yè)市場萎縮同時又大量進(jìn)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。
2配合信息產(chǎn)業(yè)和生產(chǎn)科學(xué)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(dāng)前發(fā)展現(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)給予優(yōu)先支持。如醫(yī)學(xué)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。
四．優(yōu)先領(lǐng)域
在基礎(chǔ)研究的初期，對于能否有突破性進(jìn)展是很難預(yù)測的。但是，當(dāng)已經(jīng)取得突破性進(jìn)展時，則需要有一個轉(zhuǎn)化機制以進(jìn)入市場。
1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(dǎo)軌半導(dǎo)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。在現(xiàn)場進(jìn)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(dāng)大的差距，所以這些進(jìn)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(zhǔn)等。
2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(biāo)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(jìn)展，但可在原理創(chuàng)新上下功夫。
3新器件，新材料
過去，科研評價體系存在偏重于整機和系統(tǒng)，忽視材料和器件的趨向。新的突破點可能出現(xiàn)在新光源、新型高頻探測器。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，目前干涉儀實際上是起著混頻器的作用，適應(yīng)探測器的不足(如果探測器的響應(yīng)果真能超過光頻，干涉儀也就沒有用了)。如果探測器的性能得到顯著提高，對于通訊也是很大的突破。
4半導(dǎo)體激光器計量特性的研究和創(chuàng)新
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，光機電一體化系統(tǒng)的開發(fā)研制與應(yīng)用越來越受到重視。但是由于傳統(tǒng)觀念的影響，很多考生對本專業(yè)存在一個明顯的認(rèn)識誤區(qū)，以為測控技術(shù)就是用三角板、直尺之類的儀器進(jìn)行吃力勞苦的測量，其實這只是很淺顯的認(rèn)識，也是很淺薄的錯誤。我們可以聽聽清華大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)一位同學(xué)的話，他說：“進(jìn)入大學(xué)以前，我認(rèn)為我將來的工作就是拿著大三角板，到處量量，呵呵，誰知開始上專業(yè)課了，才知道原來我們的專業(yè)是多么尖端，什么激光啦，納米啊，都是我們測試的手段�，F(xiàn)有的電腦硬件和軟件，可以讓我輕松地模擬實地環(huán)境，不僅學(xué)起來輕松省事，更提出了各式各樣的問題，可以發(fā)揮自己的想像，設(shè)計更復(fù)雜完備的系統(tǒng)。”可見，一個真正的測控專業(yè)學(xué)生，需要掌握更多電學(xué)方面的知識，他們要掌握基本的電路知識，具有新穎設(shè)計思路，并且能運用多種新技術(shù)、手段進(jìn)行工作。
參考文獻(xiàn)：[1]劉紅波等 測控技術(shù)與儀器專業(yè)現(xiàn)狀分析 期刊2007-07-15 [2]劉志剛 現(xiàn)代測控技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用探析 期刊
【文獻(xiàn)測控技術(shù)與儀器專業(yè)介紹及其發(fā)展方向】相關(guān)文章：
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