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)出掌握信號的過程。英文名稱：MeasuringandControlTechnologyandInstrumentations。采集物理信號〔如溫度、流量、壓力等〕和化學(xué)信號〔如濕度、氣味等〕兩大類，固然還包括不能歸為這兩類的一些信號，如牢靠性、價格等。而開關(guān)量信號〔帶有此外，圖像信號自然是由攝像裝置來進(jìn)展采集。整理對于開關(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)字信成數(shù)字信號，進(jìn)展處理，這就是一個簡單的問題。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)字信號處理芯片等技術(shù)的不斷升級和更也有效地加快了數(shù)據(jù)采集的速率和效率與計算機(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)軟件和硬件的計算機(jī)將相當(dāng)于一臺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意義上可認(rèn)為計算機(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“計算機(jī)就是儀器”/軟件就是儀器”的概念。 計算機(jī)就是測控系統(tǒng)的中堅 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，而計算機(jī)軟、硬件技術(shù)的不斷升級與進(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)程自動化VI，還可對掌握其他設(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)展和變動由計算機(jī)和工作站作為結(jié)點的網(wǎng)絡(luò)也就相當(dāng)于現(xiàn)代儀器的網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)已成為現(xiàn)代測控系統(tǒng)的中堅。 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已越來越成為測控技術(shù)滿足實際需求的關(guān)鍵支撐 當(dāng)今時代，以Internet為代表的計算機(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)程實時調(diào)用，遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷，等等。與此同時，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，將這樣的測量技實實在在地介入了現(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)點上不僅有計算機(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)備實現(xiàn)其自身功能的同時，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€方面。具體到計量測試、化溯源比對，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)?、熱能等編輯本段目前進(jìn)展力量比對就要依靠其它國家。(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。 (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項和熱差。對于重復(fù)消滅的系統(tǒng)誤差，可承受軟件修正；對于隨機(jī)誤差較大的狀況，業(yè)市場萎縮同時又大量進(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。空氣折射率實時測量應(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。在這個領(lǐng)域綜合創(chuàng)的天地格外寬闊，如振動、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)計算機(jī)關(guān)心測量理論 信號處理系統(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)量級對于干預(yù)信號處理顯得太低可以實行聯(lián)合互補(bǔ)的方法形成模塊系列，同時降低本錢，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，科研評價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于通訊也是很大的突破。 (6)半導(dǎo)體激光器計量特性的爭論和創(chuàng) 體激光器用于計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相近的頻率掃描，就會成為一種的無導(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．具有較扎實的自然科學(xué)根底，較好的人文、藝術(shù)和社會科學(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、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)意識和較高的綜合素養(yǎng)。