测控技术与仪器专业是信息科学技术的源头

1、测控技术与仪器专业是信息科 学技术的源头测控技术与仪器专业动态院（系、部）： 电气与控制工程学院班级：测控08-1姓名：林琳学号：0805070111测控技术与仪器专业动态测控技术与仪器专业是信息科学技术的源头，是光学、精密机械、电子、 计算机与信息技术多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科。她 的专业面广，小到制造车间的检测，大到卫星火箭发射的监控。本专业最令人 感兴趣的方向恐怕要数光盘生产了，很多同学认为这属于制造业，实际上由于 对精度的严格要求，使她归于测控技术与仪器专业。一、专业重要性测控技术自古以来就是人类生活和生产的重要组成部分。最初的测控尝试 都是来自于生产生活的需要，

2、对时间的测控要求使人类有了日晷这一原始的时 钟，对空间的测控要求使人类有了点线面的认识。现代社会对测控的要求当然 不会停留在这些初级阶段，随着科技的发展，测控技术进入了全新的时代。随着科学技术的飞速发展，光机电一体化系统的开发研制与应用越来越 受到重视。现有的电脑硬件和软件，可以让我轻松地模拟实地环境，不仅学起 来轻松省事，更提出了各式各样的问题，可以发挥自己的想像，设计更复杂完 备的系统。可见，一个真正的测控专业学生，需要掌握更多电学方面的知识， 我们要掌握基本的电路知识，具有新颖设计思路，并且能运用多种新技术、手 段进行工作。中国工业以前很长时间里在国际市场上没有地位，一个重要的原因是 大

3、路货太多，质量太差，没有高质量的产品，无法与其他工业强国相争，这又 与我国测控专业人才非常缺乏有关。与世界接轨，中国企业要想提高国际竞争 力，产品质量是关键，因此，测控专业的人才变得越来越重要。二、专业特点本专业以光、机、电、计算机一体化为特色，具有现代科学创新性，本专 业与计算机应用、电子信息、智能仪器、虚拟仪器、测量与控制等多领域结合， 设计制造、科技开发、应用研究。同时本专业具有很强的适应性和广泛的发展 空间，可以应用到计量、测试、控制工程、智能仪器仪表、计算机软件和硬件 等咼新技术领域的设计、制造、开发和应用等。三、测控技术与仪器的技术发展自从迅猛发展的计算机技术及微电子技术渗透到测控

4、和仪器仪表技术领 域，便使该领域的面貌不断更新。相继出现的智能仪器、总线仪器和虚拟仪器 等微机化仪器，都无一例外地利用计算机的软件和硬件优势，从而既增加了测 量功能，又提高了技术性能。由于信号被采集变换成数字形式后，更多的分析 和处理工作都由计算机来完成，故很自然使人们不再去关注仪器与计算机之间 的界限。近年来，新型微处理器的速度不断提高，采用流水线、RISC结构和cachE 等先进技术，又极大提高了计算机的数值处理能力和速度。在数据采集方面， 数据采集卡、仪器放大器、数字信号处理芯片等技术的不断升级和更新，也有 效地加快了数据采集的速率和效率。与计算机技术紧密结合，已是当今仪器与 测控技术发

5、展的主潮流。对微机化仪器作一具体分析后，配以相应软件和硬件 的计算机将能够完成许多仪器、仪表的功能，实质上相当于一台多功能的通用 测量仪器。这样的现代仪器设备的功能已不再由按钮和开关的数量来限定，而 是取决于其中存储器内装有软件的多少。从这个意义上可认为，计算机与现代 仪器设备日渐趋同，两者间已表现出全局意义上的相通性。 据此，有人提出了 计 算机就是仪器”软件就是仪器”的概念。1. 计算机就是测控系统的中坚总线式仪器、虚拟仪器等微机化仪器技术的应用，使组建集中和分布式测 控系统变得更为容易。但集中测控越来越满足不了复杂、远程（异地）和范围 较大的测控任务的需求，对此，组建网络化的测控系统就显

6、得非常必要，而计 算机软、硬件技术的不断升级与进步、给组建测控网络提供了越来越优异的技 术条件。Unix、WindowsNT、Windows2000 Netware 等网络化计算机操作系统， 为组建网络化测试系统带来了方便。标准的计算机网络协议，如OSI的开放系统互连参考模型 RM、Internet上使用的TCP/IP协议，在开放性、稳定性、 可靠性方面均有很大优势，采用它们很容易实现测控网络的体系结构。在开发 软件方面，比如 NI公司的Labview和LabWindows/CVI，HP公司的VEE， 微软公司的的VB、VC等，都有开发网络应用项目的工具包。软件是虚拟仪器 开发的关键，如 La

7、bview和LabWindows/CVI的功能都十分强大，不仅使虚 拟仪器的开发变得简单方便，而且为把虚拟仪器做到网络上，提供了可靠，便 利的技术支持。LabWindows/CVI中封装了 TCP类库，可以开发基于 TCP/ Ip的网络应用。Labview的TCP/IP和UDP网络VI能够与远程应用程序建立 通信，其具有的Internet工具箱还为应用系统增加了 E-mail、FTP和Web能力； 利用远程自动化VI，还可对控制其他设备的分散的 VI进行控制。Labview8. 1 中还特别增加有网络功能，提高了开发网络应用程序的能力。将计算机、高档外设和通信线路等硬件资源以及大型数据库、程序

8、、数据、 文件等软件资源纳入网络，可实现资源的共享。其次，通过组建网络化测控系 统增加系统冗余度的方法能提高系统的可靠性，便于系统的扩展和变动。由计 算机和工作站作为结点的网络也就相当于现代仪器的网络。计算机已成为现代 测控系统的中坚。2. 网络技术已越来越成为测控技术满足实际需求的关键支撑当今时代，以Internet为代表的计算机网络的迅速发展及相关技术的日益 完善，突破了传统通信方式的时空限制和地域障碍，使更大范围内的通信变得 十分容易Internet拥有的硬件和软件资源正在越来越多的领域中得到应用，比 如电子商务、网上教学、远程医疗、远程数据采集与控制、高档测量仪器设备 资源的远程实时调

9、用，远程设备故障诊断，等等。与此同时，高性能、高可靠 性、低成本的网关、路由器、中继器及网络接口芯片等网络互联设备的不断进 步，又方便了 Internet不同类型测控网络、企业网络间的互联。利用现有Internet 资源而不需建立专门的拓扑网络，使组建测控网络、企业内部网络以及它们与 Internet的互联都十分方便，这就为测控网络的普遍建立和广泛应用铺平了道 路。把TCP/IP协议作为一种嵌入式的应用，嵌入现场智能仪器（主要是传感 器）的ROM中，使信号的收、发都以TCP /IP方式进行，如此，测控系统在 数据采集、信息发布、系统集成等方面都以企业内部网络（Intranet ）为依托， 将测

10、控网和企业内部网及Internet互联，便于实现测控网和信息网的统一。在 这样构成的测控网络中，传统仪器设备充当着网络中独立节点的角色，信息可 跨越网络传输至所及的任何领域，实时、动态(包括远程)的在线测控成为现 实，将这样的测量技术与过去的测控、测试技术相比不难发现，今天，测控能 节约大量现场布线、扩大测控系统所及地域范围。使系统扩充和维护都极大便 利的原因，就是因为在这种现代测量任务的执行和完成过程中，网络发挥了不 可替代的关键作用，即网络实实在在地介入了现代测量与测控的全过程。基于Web的信息网络Intranet，是目前企业内部信息网的主流。应用Internet 的具有开放性的互联通信标

11、准，使Intranet成为基丁 TCP /IP协议的开放系统， 能方便地与外界连接，尤其是与Internet连接。借助Internet的相关技术，Intranet给企业的经营和管理能带来极大便利，已被广泛应用于各个行业。 Internet也已开始对传统的测控系统产生越来越大的影响。目前，测控系统的设计思想明显受到计算机网络技术的影响，基于网络化、模块化、开放性等原则， 测控网络由传统的集中模式转变为分布模式，成为具有开放性、可互操作性、 分散性、网络化。智能化的测控系统。网络的节点上不仅有计算机、工作站， 还有智能测控仪器仪表，测控网络将有与信息网络相似的体系结构和通信模型。 比如目前测控系统

12、中迅猛发展的现场总线，它的通信模型和OSI模型对应，将现场的智能仪表和装置作为节点，通过网络将节点连同控制室内的仪器仪表和 控制装置联成有机的测控系统。测控网络的功能将远远大于系统中各独立个体 功能的总和。结果是测控系统的功能显著增强，应用领域及范围明显扩大。Jini软件技术旨在使各种电器设备、测量仪器及采用JAVA芯片的各种装置 能连接上网，Jini软件连同以Java语言编写的简单程序，可使联网的任何仪器 设备实现其自身功能的同时，还能为其他仪器设备加以利用。网络技术的出现，正在并将极大地改变人们生活的各个方面。具体到计量 测试、测控技术及仪器仪表领域，微机化仪器的联网，高档测量仪器设备以及

13、 测量信息的地区性、全国性乃至全球性资源共享，各等级计量标准跨地域实施 直接的数字化溯源比对，远程数据采集与测控，远程设备故障诊断，电、水、 燃气、热能等的自动抄表，等等，都是网络技术进步并全面介入其中发挥关键 作用的必然结果。四、测控技术与仪器的目前发展以自然基准溯源和传递，同时在不同量程实现国际比对。如果自己没有能 力比对就要依靠其它国家。(2) 高精度。目前半导体工艺的典型线宽为0.25 um并正向0.18 过渡，2010年的预测线宽是0.07如果定位要求占线宽的 1/3,那么就要求10nm量级的精度，而且晶片尺寸还在增大，达到300mm。这就意味着测量定位系统的精度要优于3X10的-8

14、次方，相应的激光稳频精度应该是10的-9次方数量级。(3) 高速度。目前加工机械的速度已经提高到1m/sec以上，上世纪80年代以前开发研制的仪器已不适应市场的需求。例如惠普公司的干涉仪市场大部分 被英国Renishaw所占领，其原因是后者的速度达到了1m/sec(4) 高灵敏，高分辨，小型化。如将光谱仪集成到一块电路板上。(5) 标准化。通讯接口过去常用 GPIB，RS232，目前有可能成为替代物的高 性能标准是USB、IEEE1394和VXI。现在，技术领先者设法控制技术标准，参 与标准制订是仪器开发的基础研究工作之一。五、测控技术与仪器的未来趋势1 发展方向与学科前沿(1) 配合数控设备

15、的技术创新数控设备的主要误差来源可分为几何误差和热误差。对于重复出现的系统 误差，可采用软件修正；对于随机误差较大的情况，要采用实时修正方法。对 于热误差，一般要通过温度测量进行修正。中国机床行业市场萎缩同时又大量 进口国外设备的原因之一就是因为这方面的技术没有得到推广应用。为此，需 要高速多通道激光干涉仪：其测量速度达60m/min以上，采样速度达5000次/sec 以上，以适应热误差和几何误差测量的需要。空气折射率实时测量应达到2X10的-7次方水平，其测量结果和长度测量结果可同步输入计算机。(2) 运行和制造过程的监控和在线检测技术综合运用图像、频谱、光谱、光纤以及其它光与物质相互作用原

16、理的传感 器具有非接触、高灵敏度、高柔性、应用范围广的优点。在这个领域综合创新 的天地十分广阔，如振动、粗糙度、污染物、含水量、加工尺寸及相互位置等。(3) 配合信息产业和生产科学的技术创新为了在开放环境下求得生存空间，没有自主创新技术是没有出路的。因此 应该根据有专利权、有技术含量、有市场等原则选择一些项目予以支持。根据 当前发展现状，信息、生命医学、环保、农业等领域需要的产品应给予优先支 持。如医学中介入治疗的精密仪器设备、电子工业中的超分辨光刻和清洁方法 和机理研究等。2.优先领域在基础研究的初期，对于能否有突破性进展是很难预测的。但是，当已经 取得突破性进展时，则需要有一个转化机制以进

17、入市场。(1) 纳米溯源技术和系统。(2) 介入安装和制造的坐标跟踪测量系统。关键理论和技术：超半球反射器(n=2或在机构上创新)，快速、多路干涉仪 (频差35兆)，二维精密跟踪测角系统(0.20.5 ，)通用信号处理系统(工作频 率5兆)，无导轨半导体激光测量系统(分辨率1卩m)热变形仿真，力变形仿真。 这些内容不局限于一种技术方案，而是几种不同技术方案中概括出来的共同点。如采用无导轨干涉仪，对跟踪系统的要求可以降低；采用二维精密跟踪测 角系统在1M3测量范围内可以得到高精度；有了超半球反射镜可以提高4路跟踪方案的精度。在现场进行介入制造和装配不能等待很长时间，力和热变形的 补偿是必须的而且

18、需要足够快，现在的技术还有相当大的差距，所以这些进展 是关键性的。应用范围：新型并行机构机床的鉴定，飞机装配型架的鉴定，大型设备安 装，用于生物芯片精密机器人校准等。(3 )非接触测头以及各种扫描探针显微镜航空航天行业对此已经提出迫切要求，这是今后坐标测量机发展的关键技 术。目前接触式测头已完全被国外所垄断，非接触测头还没有发展成熟，我们 有参与竞争的机遇。以前较多采用的激光三角法原理受到很多限制，难以有突 破性进展，但可在原理创新上下功夫。应该突破 0.10.5 ym分辨率。(4) 计算机辅助测量理论信号处理系统的标准化、模块化、兼容和集成。例如，目前多数采用ISA总线、IEEE488 口，今后