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1、第2章 专业概述,2.1测控技术与仪器专业概况,测控技术与仪器专业是在精密机械基础上将光学、电学和计算机、信息（网络）、测量和控制技术融为一体的专业，研究信息获取、存储、传输、处理和控制的理论与技术。 同时要兼顾各种测量与计量标准及产品质量管理。,2.1.1 测控技术与仪器专业发展史,新中国成立后，百废待兴，急需仪器仪表技术人才。 1952年由天津大学、浙江大学率先筹建了“精密机械仪器”和“光学仪器”专业，以便满足工业企业发展的需要。 随后，其他高校也相继筹建仪器专业，并借鉴苏联的办学模式，适应于各种仪器、仪表类别的专业不断涌现，计量仪器、光学仪器、计时仪器、分析仪器等十多个仪器、仪表类专业相
2、继产生，形成专业群。,1978年，随着改革开放的进展，过细的产品分类式的专业教育已不能适应新时代技术交叉融合发展的需要。 至1998年教育部颁布本科专业目录，把仪器仪表类原有的11个专业归并为一个大专业，称为“测控技术及仪器”专业。 进入新世纪以来，仪器仪表企业发展速度空前高涨，对测控技术与仪器专业人才的需求急速增加，学生规模也快速膨胀。 为促进仪器仪表学科的发展，教育部批准成立“20062010届仪器仪表学科教学指导委员会”由天津大学的胡小唐教授任主任委员。 在本届教指委总结五年期间工作时指出：“开设仪器科学与技术本科专业的院校从2005年的199所增加到2010年的263所（包括新增加的4
3、1所独立学院），增长32。 本专业在校生人数由2005年的59800人增加到2010年的86500人，增长44。,测控技术与仪器专业呈现招生、就业两头热的局面，2006-2009年全国测控专业就业率大于85%，高于全国平均水平。 2007年，全国普通高校226个规模以上专业就业情况排名，测控专业列第34位。”办学规模大幅度提升，专业发展形势一派大好。 根据2012年9月教育部出台“普通高等学校本科专业目录和专业介绍”的精神，凡是开设目录中所列专业的学校不必再进行“申报”而可以直接根据高教20129号文件规定进行登记、备案。 为此，测控技术与仪器专业将以更大的幅度增长。,2.1.2 专业定位,“
4、测控技术与仪器”专业是由多个仪器仪表类专业合并而成的大型专业，涵盖机械加工、设备制造、石油化工、冶金轧制、航天航空、远洋运输、地质地理、材料分析、生物工程、医药工程、天文地理、农产品深加工等等行业领域的测量、控制领域都无法分离的测量控制技术及其仪器设备。 “测控技术与仪器”专业指对信息进行采集（传感）、测量、存贮、传输、处理与控制的手段和设备的综合技术。 它包含信息的采集技术、测量技术、控制技术、网络传输技术和用来支持这些技术的仪器、仪表及系统，内容极其丰富。 如图2.1-1所示，它涵盖信息采集、测量、控制三要素，是缺一不可的三要素。,信息采集技术好比人的眼睛与大脑，它将外界信息收入眼中，送入
5、大脑形成各种指令，指令形成的过程需要“比对”、“经验”和“思索”，既测量“测量技术”，包括测量方法、测量仪器与测量系统，产生的测量结果为指令提供“依据”，指令形成后发给肢体形成动作，肢体的动作相当于“控制”。 例如人在驾驶汽车行驶的 过程中，人眼在不断的采集路面前方的路况信息，测量前方的障碍物的大小、性质、距离、运动方向与速度，属于信息采集与测量。 测量结果还要通过神经系统传送给“控制系统”，是用手操控方向盘躲避还是减速慢行，是用“脚踩油门”还是“脚踩煞车”都是操作控制。 三者缺一不可，整体运行才能完成预定目标。,测控技术与仪器服务于国民经济各个部门，是各个部门正常运转的保障。 涉及的知识面很
6、宽，是将各个行业的测控技术与仪器的核心内容抽取出来集中研讨。 测控技术涉及电子学、光学、精密机械、计算机、网络、信息与控制理论与技术等多项学科，主要研究各种高速度、高精密度的测量和控制技术的新原理、新方法和新工艺。 它具有一定的深度与广度，因此，含有本科、硕士与博士等学位，根据不同行业和层次的需要培养人才。 学校处于不同的地域，地域的差异面对的服务目标也要有所差异。专业定位要根据本校的特点和所处的环境确定服务的面向，有所侧重，不可面面俱到。,2.1.3 专业的学科定位,我国高等教育本科专业按学科门类设置，博士、硕士研究生专业按学科大类（一级学科、二级学科）两个层次设置。 按照2012年国家教育
7、部公布的普通高等学校本科专业目录和专业介绍规定“测控技术与仪器”专业工学范畴中的仪器类，俗称工科专业，本科毕业获得工学学士学位。 专业介绍明确指出了培养目标和培养要求。并对主干学科、核心知识领域和核心课程做出明确的规定。 培养目标：本专业培养专业知识、实践能力、综合素质全面发展，掌握测量、控制和仪器领域的基础理论、专门知识和专业技能，掌握信息获取、传输、处理和应用的技术方法，具有测量控制领域技术集成和仪器综合设计应用能力的复合型工程技术人才，能在国民经济各部门从事测量控制与仪器领域的科学研究、设计制造、技术开发、应用研究、质量控制和生产管理等工作。,培养要求：本专业学生主要学习测量理论、仪器设
8、计与测控系统集成技术基础，学习测量、控制和仪器相关的光学、机械工程、电子与计算机科学、自动控制等理论与技术基础，通过多种教学环节和工程实践，接受现代测控技术等基础训练，具有测控系统和仪器设计、开发及集成应用能力。 毕业生应获得以下几方面的知识和能力： 1掌握测量理论、测量控制技术、测控系统和仪器分析、设计与集成应用的基本理论和专业知识； 2掌握分析和解决测量、控制和仪器领域实际问题的基本技能和方法，具有综合应用光学、机械电子、计算机技术、控制等领域知识的能力； 3具有判断性思维、创新意识和科学研究的基本能力；,4熟悉国内外产品质量控制和安全生产的政策、法规，对目前国内外本专业常用的技术规范和标
9、准有一定的了解，熟悉市场经济、企业管理等基本知识； 5至少掌握一门外语，能熟练阅读本专业外文资料，具有国际视野和跨文化环境下的沟通与交流的初步能力； 6具有良好的职业道德，敬业精神和社会责任感。 7. 具有较扎实的自然科学基础，较好的人文素养，较强的语言文字表达、交流沟通和团队合作的能力； 8. 具有终身学习意识和获取新知识的能力。 主干学科：仪器科学与技术、控制科学与工程、光学工程、信息与通信工程。 核心知识领域：数理基础、传感与信息获取、测量理论与测试技术、测试信号处理、计算机技术、测控总线及数据通信、控制理论与控制技术、仪器设计与制造、仪器性能测试与评价、控制系统分析、设计及集成等。,普
10、通高等学校本科专业目录和专业介绍中对核心课程是以示例的方式给出，意在各个高校可以根据自己的特点和服务对象进行选择。 3个示例，教材上均有详细描述。供各类院校选择、参考。 主要实践性教学环节：金工实习、电子实习、生产企业实习、课程实验、课程设计、创新实验、毕业设计（论文）、社会实践调查等。 主要专业实验：传感器技术实验、测试理论与检测技术实验、仪器设计实验、测量系统建模与数据处理实验、智能化仪器与网络化实验、测控系统综合设计实验、仪器性能测试与评价等。,2.1.4 测控技术的核心概念,测控技术研究的是如何运用各种技术与工具延伸人对信息捡取、处理、控制和操纵的能力，使动态生产的产品质量稳定、可靠，
11、成品率高，过程控制要求做到准确、效率高、能耗低并且稳定可靠。 测控技术的核心是信息、控制与系统集成，尤其是在高度复杂系统中获取核心与关键信息，发出各种控制指令，并准确执行各种动作，使整个系统能够长期稳定的工作。 用一个相对简单，易于理解的实例说明测控系统，如图2.1-2所示为浮球式水箱液位自动控制系统示意图。它由进水管、进水阀门、水池、出水管、出水阀门、和浮球等部件构成。,依据上述分析，提取出水箱水位控制系统的原理方框图如图2.1-3所示，浮球是水池水位的“测量部件”； 放大器输出电压控制电动机，通过减速器控制进水管阀门，构成“执行部件”； 连杆、电位器与放大器属于“反馈系统” ； 水池水位是
12、“被控对象”； 人们调整电位器的初始值，可以调整水池水位的高低，因此可以将电位器作为“给定量”。,归纳出简单控制系统的基本构成： 1、被控对象，是控制系统所要控制的过程、设备或工艺中的某一参数或多个参数，本例控制对象是水箱，参数是水位，也将其称为“被控变量”。 2、设定值，本例是通过电位器与连杆实现水位的设定。称为设定值，在控制理论中也称为“给定值”。它可以是设定的固定值，也可以是一个输入变量值。本例水箱水位为固定值。 3、测量变送器，本例是通过浮球、连杆、电位器和放大器等构成，将水位信息转变为电压信号，因此也被称为反馈系统，在控制理论中称其为“测量变送器”。 4、比较环节，本例是由连杆、电位
13、器和放大器等构成，图2.1-3所示原理框图中的左侧部分，它起到设定值（图2.1-2所示放大器的另一输入电压量）与检测量之比较作用，并将“偏差”放大。,5、控制器，本例由放大器及功率驱动器（图2.1-2省略）构成，将偏差量放大驱动电机对进水阀门进行控制，实现对水箱水位的控制。 6、执行器，本例是由电动机经减速器带动进水阀承担的，它能够控制进水量的流速，直至关闭。进水阀在控制系统中起执行器的作用。 上述几部分是实现简单控制系统的主要部分与功能，自动控制原理课中将详细讨论控制系统的相关理论，对系统的稳定性、可靠性和系统性质等进行详细讨论。,2.1.5测控技术与仪器基本概念,测控技术与仪器涵盖测量技术
14、、控制技术和仪器仪表三个基本内容。 测量技术 控制技术 仪器与仪表 仪器仪表是实现测控技术重要手段，测控技术的基础，承担着测量数据的采集、处理、结果分析与数据存储、传输等任务。 在控制系统中为了掌握控制系统的执行情况必须引入随时检测关键参数的数据才能确保控制系统的可靠性，由它来完成。 1）仪器仪表定义 仪器仪表（instrumentation）是以测量、检测、观察和计算各种物理量、物质成分、物性参数等专用器具或设备的总称。,据不完全的统计，我国仪器仪表产品归属于工业自动化仪表系统的测量仪器仪表已发展到13大类，145小类，800多个系列，16000多个产品品种； 归属于信息产业部的有关信息技术电测仪器有20大类，2000多个产品品种； 归属于卫生系统的医疗仪器也有23大类，2000多个产品品种；可见仪器仪表种类之多。 2）仪器仪表分类 电工与电子测量仪器, 光学测量仪器,科学测量仪器, 医疗仪器, 专用仪器仪表, 工业仪器仪表,
