儀器科學與技術講座-

儀器科學與技術

InstrumentationScienceandTechnology

施文康wkshi@2009.11精選ppt儀器科學與技術的學科分布一級學科：儀器科學與技術二級學科：精密儀器測試計量技術與儀器導航、制導與控制本科專業(yè)：測控技術與儀器特點：適應性強、就業(yè)形勢好、承辦學?？焖僭黾印⒄猩蝿莶蝗輼酚^2008年，對260個專業(yè)就業(yè)排名，本專業(yè)排名為34

1997年70多所至今200多所精選ppt

測控技術與儀器

習慣上指：儀器儀表檢測系統(tǒng)測控系統(tǒng)測試系統(tǒng)精選ppt定義：被測信息：傳感器、檢測儀器、檢測裝置、檢測系統(tǒng)全部操作：檢測過程：確定被測對象的屬性和量值為目的的全部操作測控的基本概念信號采集、信號處理、信號顯示、信號輸出物理量（光、電、力、熱、磁、聲、…）被測對象：宇宙萬物（固液氣體、動物、植物、天體……）檢測器具：化學量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……精選ppt例：空調(diào)機測量控制室溫測控的基本概念空氣被測對象：被測信息：檢測器具：操作過程：室內(nèi)空氣溫度溫度傳感器---熱電阻、熱電偶熱敏電阻電信號處理顯示空調(diào)機精選ppt測控系統(tǒng)的構成接口總線存儲顯示分析監(jiān)控判斷決策一般構成：信號檢出┇信號檢出信號檢出信號轉換信號轉換信號轉換處理顯示處理顯示處理顯示信號檢出：功能---將被測信號的轉換為電信號的變化（detection）器件---傳感器（sensor,transducer）信號轉換：功能---將傳感器的輸出信號轉換為便于處理的形式（conversion）器件---信號調(diào)理電路（signalconditioningcircuit）處理顯示：功能---分析（analysis）、處理（processing）、顯示（display）通訊接口/總線接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、······)其它環(huán)節(jié)：存儲、監(jiān)控、決策精選ppt測控系統(tǒng)概述組成力位移速度加速度壓力流量溫度電阻式電容式電感式壓電式熱電式光電式磁電式電橋放大器濾波器調(diào)制器解調(diào)器運算器阻抗變換器A/D轉換

筆式記錄儀光線示波器磁帶記錄儀電子示波器半導體存儲器顯示器磁卡數(shù)據(jù)處理器頻譜分析儀FFT實時信號分析儀電子計算機

被測對象

傳感器

中間變換測量裝置

顯示及記錄裝置

實驗結果處理裝置

激發(fā)裝置

精選ppt測控系統(tǒng)概述分類

按技術范圍及應用領域分:1.工業(yè)自動化儀表、控制系統(tǒng)及相關測控技術2.科學儀器及相關測控技術3.醫(yī)療儀器及相關測控技術4.信息技術電測、計量儀器及相關測控技術5.各類專用儀器儀表及相關測控技術6.相關傳感器、元器件、制造工藝、材料及其基礎科學技術

精選ppt測控技術與儀器概述(分類)按行業(yè)分類:工業(yè)自動化儀表、電工儀器儀表、光學儀器、計時儀器、導航制導儀器、分析儀器、實驗室儀器、地質儀器、醫(yī)療儀器、船用儀表、航空儀表…20多個專業(yè)

精選ppt測控系統(tǒng)概述特點1.多學科交叉綜合知識面寬2.儀器門類繁多一專多能3.對新技術敏感知識更新快4.信息源頭技術信息技術5.共同基礎適于通材教育

精選ppt測控系統(tǒng)概述內(nèi)涵

基礎寬闊的數(shù)、理、化、生基礎學科門類繁多的技術學科(儀器、電子、自動化、計算機、光學、機械…)精選ppt測控系統(tǒng)概述

(地位與作用)

精選ppt歷史時代：手工化機械化自動化信息化生產(chǎn)方式：人與簡單工具動力機與機械自動測量控制智能機械裝置

測控系統(tǒng)概述

(地位作用)

1.

信息化是科學技術發(fā)展的必然……精選ppt

人與機器的機能對應關系：

測控系統(tǒng)概述

(地位作用)

精選ppt2.信息流是客觀世界的一個主流物料流能流信息流客觀世界測控系統(tǒng)概述

(地位作用)精選ppt

著名科學家錢學森指出:

發(fā)展高新技術,信息技術是關鍵,信息技術包括測量技術、計算機技術和通信技術。測量技術是關鍵和基礎。精選ppt測控系統(tǒng)概述

(地位與作用)信息流信息技術測量儀器儀表計算機通信（錢學森語）

（王大衍等語）信息工業(yè)重要組成部分信息工業(yè)的源頭精選ppt信息流組成信息流獲取傳輸處理控制…3.信息獲取是信息流的一環(huán),是儀器儀表的主要任務測控系統(tǒng)概述

(地位與作用)

精選ppt

獲取信息是儀器科學的基本任務儀器儀表是信息工業(yè)的源頭儀器儀表是信息產(chǎn)業(yè)重要組成部分測控系統(tǒng)概述

(地位與作用)

精選ppt地位與作用

測控系統(tǒng)概述

工業(yè)生產(chǎn)倍增器科學研究先行官社會物化法官軍事戰(zhàn)斗力精選ppt測控系統(tǒng)概述

(地位與作用)

工業(yè)生產(chǎn)倍增器儀器儀表技術是帶動國民經(jīng)濟增長的關鍵領域在美國：儀器儀表占4%，拉動經(jīng)濟占總量的66%精選ppt測控系統(tǒng)概述

(地位作用)工業(yè)生產(chǎn)倍增器檢測技術是帶動國民經(jīng)濟增長的一個關鍵領域在美國：檢測技術占4%，拉動經(jīng)濟增長66%精選ppt檢測技術在工業(yè)生產(chǎn)領域的應用測控系統(tǒng)概述

(地位與作用)

在線檢測（自動化生產(chǎn)線）：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷檢測、裝配定位….精選ppt精選ppt測控系統(tǒng)概述

(地位與作用)

檢測技術在工業(yè)生產(chǎn)領域的應用離線檢測（對已加工對象進行質量檢驗）：

零件參數(shù)、尺寸與形位公差、品質參數(shù)作用：現(xiàn)代工程裝備中，檢測環(huán)節(jié)的成本約占8~12%

運載火箭試制費有一半用于儀器儀表精選ppt檢測技術在汽車中的應用日新月異精選ppt檢測技術在日常生活中的應用與日俱增測控系統(tǒng)概述

(地位與作用)

家用電器：數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機：自動對焦---紅外測距傳感器數(shù)字體溫計：接觸式---熱敏電阻，非接觸式---紅外傳感器自動感應燈：亮度檢測---光敏電阻空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測---熱敏電阻、熱電偶電話、麥克風：話音轉換---駐極電容傳感器遙控接收：紅外檢測---光敏二極管、光敏三極管辦公商務：可視對講、可視電話：圖像獲取---面陣CCD掃描儀：文檔掃描---線陣CCD紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測---光敏二極管、光敏三極管醫(yī)療衛(wèi)生：電子血壓計：血壓檢測---壓力傳感器血糖測試儀、膽固醇檢測儀---離子傳感器精選ppt測控系統(tǒng)概述

(地位與作用)

科學研究的先行官工欲善其事必先利其器

諾貝爾獎獲得者R.R.Ernst說“現(xiàn)代科學的進步越來越依靠尖端儀器的發(fā)展”俄國化學家門捷列夫指出“科學是從測量開始的”近80年來，與科學儀器密切相關的諾貝爾獎獲得者達38人精選ppt

測控系統(tǒng)概述

(地位與作用)

軍事戰(zhàn)斗力快速精確

1991年海灣戰(zhàn)爭精確制導炸彈和導彈占8%

2003年伊拉克戰(zhàn)爭90%

1994年美國防部建立自動測試系統(tǒng)執(zhí)行局立體作戰(zhàn)精選ppt測控系統(tǒng)概述

(地位與作用)

檢測技術在軍事上的應用美軍研制的未來單兵作戰(zhàn)武器---OICW夜視瞄準機系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術激光測距儀：可精確的定位目標。在發(fā)射20毫米高爆彈時，激光測距儀可將目標的距離信息自動傳輸至高爆彈的爆炸引信，以便精確的設定引爆時間。精選ppt美國國家導彈防御計劃---NMD測控系統(tǒng)概述

(地位與作用)

檢測技術在國防領域的應用1.地基攔截器2.早期預警系統(tǒng)3.前沿部署(如雷達）4.管理與控制系統(tǒng)5.衛(wèi)星紅外線監(jiān)測系統(tǒng)

監(jiān)測系統(tǒng):探測和發(fā)現(xiàn)敵人導彈的發(fā)射并追蹤導彈的飛行軌道；

攔截器：能識別真假彈頭，敵友方精選ppt檢測技術在航天領域舉足輕重測控系統(tǒng)概述

(地位與作用)

飛行器測控---檢測飛行器姿態(tài)、發(fā)電機工況，控制與操縱

火箭測控---檢測火箭狀況、姿態(tài)、軌跡

精選ppt測控系統(tǒng)概述

(地位作用)“阿波羅10”：火箭部分---2077個傳感器飛船部分---1218個傳感器，檢測參數(shù)---加速度、溫度、壓力、振動、流量、應變、聲學、神州飛船：185臺（套）儀器裝置精選ppt測控系統(tǒng)概述

(地位作用)“物化法官”檢查產(chǎn)品質量

監(jiān)測環(huán)境污染識別指紋假鈔查處違禁藥物偵破刑事案件精選ppt測控系統(tǒng)概述

(地位作用)……教學實驗、氣象預報、大地測繪、災情預報、交通指揮、……涵蓋吃穿用、農(nóng)輕重、海陸空精選ppt傳感技術所基于的物理基礎1.守恒定律：包括能量、動量、電荷守恒。2.場的定律：包括運動法則、電磁場定律等。物質在某時刻的狀態(tài)與物體在空間的位置、分布、運動方式等有關，一般可用物理方程描述。精選ppt傳感技術所基于的物理基礎3.物質法則：它是表示物質某種客觀性質的法則。例如用于彈性材料的虎克定律，歐姆定律，某些材料的壓電、光電、熱電、磁電等特性。4.統(tǒng)計法則：它是把微觀系統(tǒng)和宏觀系統(tǒng)聯(lián)系起來的物理定律。精選ppt傳感技術所基于的主要效應物理效應

光電、電光、電磁、磁光、熱磁、壓磁、壓電、熱電、熱-紅外等效應、光與聲本身的效應（多普勒、喇曼效應等）半導體（吸附、表面場、隧道效應等）化學效應生物效應精選ppt(1)莫爾條紋（Moire）條紋寬度：

W-柵距，a-線寬，b-縫寬W=a+b，a=b=W/2

特例：當=0,w1=w2

→B=→光閘莫爾條紋當=0,w1≠w2

→縱向莫爾條紋均勻刻線主光柵指示光柵夾角明暗相間條紋莫爾條紋移動精選ppt長光柵---直線位移；圓光柵---角位移

構成：主光柵---標尺光柵，定光柵；指示光柵---動光柵長度---測量范圍；刻線密度---測量精度(10、25、50、100、125線/mm)精選pptKeyence激光測距傳感器精選ppt精選ppt石英晶體的壓電效應ZXY(a)(b)石英晶體(a)理想石英晶體的外形(b)坐標系ZYX精選ppt聲表面波精選ppt傳感器精選ppt我國儀器儀表業(yè)發(fā)展方向1）“六高一長二十化”高性能、高精度、高穩(wěn)定、高可靠、高環(huán)境性和長壽命；小型化、集成化、成套化、電子化、數(shù)字化、多功能化、智能化、網(wǎng)絡化、計算機化、綜合自動化、光機電一體化、服務專門化、簡捷化、家庭化、個人化、無維護化、組裝生產(chǎn)自動化、無塵化、專業(yè)化、規(guī)?；?。2）今后10——15年我國儀器儀表發(fā)展的目標、方向縮小與國際水平的差距為3～5年；

30％的產(chǎn)品達國際先進水平；產(chǎn)品在大工程中的配套能力>85%,國內(nèi)市場份額>75%.精選ppt我國儀器儀表業(yè)發(fā)展領域：1）工業(yè)自動化儀表與控制系統(tǒng)；2）科學儀器；3）電子與電工測量儀器；4）醫(yī)療儀器；5）傳感器技術、新型傳感器；6）基礎技術、應用技術開發(fā)研究。重點項目：1）新型傳感器及信息獲取、傳感技術2）過程測控系統(tǒng)、裝備及集成技術3）微系統(tǒng)測量控制儀器儀表及其制造技術4）新型計量測試儀器及計量基準研究精選ppt新型計量測試儀器及計量基準研究的重要性四流企業(yè)靠降價三流企業(yè)靠質量二流企業(yè)靠服務一流企業(yè)靠品牌超級企業(yè)靠標準精選ppt現(xiàn)代檢測技術發(fā)展趨勢智能化虛擬化網(wǎng)絡化微型化軟測量技術精選ppt精選ppt精選pptMEMS是美國的簡稱Microsystem歐洲的稱謂Micromachine日本的稱謂MEMS微傳感器微電子電路微執(zhí)行器微結構精選pptMEMS是美國的簡稱Micr