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文獻測控技術與儀器專業介紹及其發展方向
測控技術與儀器專業介紹及其發展方向 摘要：測控技術與儀器專業是儀器儀表一級學科下的二級學科專業,是測控領域唯一的本科專業。21世紀的儀器儀表學科將是集機、光、電、自動控制技術、計算機技術與信息技術多學科相互融合、相互滲透而形成的一門高新技術密集型綜合學科
關鍵詞：測控 介紹 發展
一． 概述
測控技術與儀器專業是國內近年來發展最快的專業之一,是一個集光、機、電、算一體化的實踐性、技術性、工程性和綜合性很強的專業，培養具有現代科學創新意識、知識面寬、基礎理論扎實、計算機和外語能力強，可從事計算機應用、電子信息、智能儀器、虛擬儀器、測量與控制等多領域的產品設計制造、科技開發、應用研究、企業管理等多方面的高級工程技術及經營管理人才。同時因為他們專業知識面寬廣，具有很強的適應能力和廣泛的發展空間，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領域的設計、制造、開發和應用等工作，轉行比較容易。
二.測控的幾個重要過程及其新技術
1.信號采集
在信號采集環節，主要是采集對象發出的各種信號，再將這種信號轉換成電信號，以便于后續的處理。對象發出的信號大多數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。而開關量信號（帶有數字信號的特征）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，是自動檢測系統和自動控制系統中不可缺少的元件。光導纖維的應用是傳感器材料的重大突破，其最早用于光通信技術。光纖傳感器與傳統傳感器相比，靈敏度高，結構簡單，體積小，耐腐蝕，電絕緣性好，光路可彎曲，便于實現遙測等。光纖傳感器與集成光路技術相結合，加速光纖傳感器技術的發展。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。
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、模數轉換等，轉換成便于處理的數字信號。上述三種信號類型在整理階段的內容有所不同，比如對傳感器傳來的信號主要是進行信號放大、平整、濾波和模數轉換的過程；而對于開關量信號通過無紙記錄儀的采集之后一般都能夠轉換成所需要的數字信
號以待輸出到下一個處理環節；對于圖像信號，經采集之后主要是用于顯示，若還需對圖像進行處理，再顯示，或者發出控制信號，那么也必須將圖像信號轉換成數字信號，進行處理，這就是一個復雜的問題。
我們通常使用的模數轉換器大多為積分型和逐次逼近型，積分型轉換效果不夠好，轉換過程中帶來的誤差較大，逐次逼近型轉換效果好但是制作成本較高，尤其是高位數轉換，轉換位數越多，精度越高，制作成本就越高。
3.信號處理
在信號的處理階段，主要是對數字信號進行處理以便顯示，或者發出控制信號。我們通過顯示出來的信號來判斷自動化系統上對象的運轉是否正常，如果信號顯示不正常，就需要對信號進行計算與處理，得到控制信號發送給對象，使對象調整運轉的狀態以復歸正常。
單片機是進行數據處理的芯片。單片機在目前的發展形勢下，有以下幾大趨勢：可靠性及應用越來越高和互聯網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，原因是其內部已集成上各種應用電路了。功耗越來越低，和模擬電路結合越來越多，隨著半導體工藝技術的發展及系統設計水平的提高，單片機還會不斷產生新的變化和進步，最終人們可能發現，單片機與微機系統之間的距離越來越小，甚至難以辨認。
4.數據顯示控制
在顯示與控制環節，顯示主要是指將數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。上面的四個環節就構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，即信號從對象開始，經過采集、整理、處理，最后又將控制信號作用于對象的閉環。
三．發展方向與學科前沿
1配合數控設備的技術創新
數控設備的主要誤差來源可分為幾何誤差（共有21項）和熱誤差。對于重復出現的系統誤差，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。中國機床行業市場萎縮同時又大量進口國外設備的原因之一就是因為這方面的技術沒有得到推廣應用。
2配合信息產業和生產科學的技術創新
為了在開放環境下求得生存空間，沒有自主創新技術是沒有出路的。因此應該根據有專利權、有技術含量、有市場等原則選擇一些項目予以支持。根據當前發展現狀，信息、生命醫學、環保、農業等領域需要的產品應給予優先支持。如醫學中介入治療的精密儀器設備、電子工業中的超分辨光刻和清潔方法和機理研究等。
四．優先領域
在基礎研究的初期，對于能否有突破性進展是很難預測的。但是，當已經取得突破性進展時，則需要有一個轉化機制以進入市場。
1介入安裝和制造的坐標跟蹤測量系統。
關鍵理論和技術：超半球反射器(n=2或在機構上創新)，快速、多路干涉儀(頻差3～5兆)，二維精密跟蹤測角系統(0.2″～0.5″)，通用信號處理系統(工作頻率5兆)，無導軌半導體激光測量系統(分辨率1μm)，熱變形仿真，力變形仿真。
這些內容不局限于一種技術方案，而是幾種不同技術方案中概括出來的共同點。在現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，現在的技術還有相當大的差距，所以這些進展是關鍵性的。
應用范圍：新型并行機構機床的鑒定，飛機裝配型架的鑒定，大型設備安裝，用于生物芯片精密機器人校準等。
2非接觸測頭以及各種掃描探針顯微鏡
航空航天行業對此已經提出迫切要求，這是今后坐標測量機發展的關鍵技術。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，忽視材料和器件的趨向。新的突破點可能出現在新光源、新型高頻探測器。目前探測器的響應頻率只有10的9次方，而光頻高達10的14次方，目前干涉儀實際上是起著混頻器的作用，適應探測器的不足(如果探測器的響應果真能超過光頻，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半導體激光器計量特性的研究和創新
隨著科學技術的飛速發展，光機電一體化系統的開發研制與應用越來越受到重視。但是由于傳統觀念的影響，很多考生對本專業存在一個明顯的認識誤區，以為測控技術就是用三角板、直尺之類的儀器進行吃力勞苦的測量，其實這只是很淺顯的認識，也是很淺薄的錯誤。我們可以聽聽清華大學測控技術與儀器專業一位同學的話，他說：“進入大學以前，我認為我將來的工作就是拿著大三角板，到處量量，呵呵，誰知開始上專業課了，才知道原來我們的專業是多么尖端，什么激光啦，納米啊，都是我們測試的手段。現有的電腦硬件和軟件，可以讓我輕松地模擬實地環境，不僅學起來輕松省事，更提出了各式各樣的問題，可以發揮自己的想像，設計更復雜完備的系統。”可見，一個真正的測控專業學生，需要掌握更多電學方面的知識，他們要掌握基本的電路知識，具有新穎設計思路，并且能運用多種新技術、手段進行工作。
參考文獻：[1]劉紅波等 測控技術與儀器專業現狀分析 期刊2007-07-15 [2]劉志剛 現代測控技術的發展及其應用探析 期刊
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