现代仪器的概念.ppt

现代仪器概论第一讲 现代仪器的概念,仪器科学与工程系专业必修课 主讲： 宋开臣 教授 关于本课程教学,课程号： 15120270 课程名称：现代仪器概论 周学时： 6.0-0.0 学分：3.0 课程类别： 专业必修课 预修课程： 概率论与数理统计，模拟电路，数字电路 面向对象： 电子信息技术及仪器专业（本科生） 教学方式： 多媒体讲座,关于本课程教学,教学目的与基本要求： 本课程是仪器科学与技术学科本科学生的专业基础课。通过本课程学习使学生能较全面地掌握现代仪器科学与技术的基本概念，全面了解仪器科学领域的最基本核心技术及其发展趋势。为后续专业课程的学习打下良好基础。本课程以教师讲座的形式授课，要求学生结合教学内容广泛阅读相关参考书籍，完成现代仪器概论大作业。,关于本课程教学,现代仪器概论的内容主要包括： 现代仪器的基本概念 传感器与信号调理技术 数字信号处理技术与嵌入式系统 仪器精度理论及软件设计 仪器总线及通讯接口 仪器电源设计 仪器可靠性与抗干扰技术 人机工程学及仪器结构 现代仪器新技术 仪器仪表的综合案例分析 汽车组合仪表 信号分析仪 惯性测量与导航系统,关于本课程教学,课堂讲授 教师以讲座形式做全面介绍 大作业 提出一种仪器的设计思想（最高100分） 改进一种仪器的设计方案（最高95分） 了解一类仪器的发展历程及趋势（最高90分） 考试 基本概念 (名词 50分) 仪器设计中的基本原理应用（简答 30分） 一种仪器的概念性设计 （综合 20分） 联系方式 宋开臣 生仪新楼420室 Email： Tel：87953234,(1) 仪器科学与技术学科,关于 仪器科学与技术 一级学科,仪器科学与技术学科前言,门捷列夫：科学是从测量开始的。 钱学森： 发展高新技术，信息技术是关键。信息技术包括测量技术、计算机技术和通讯技术。测量技术是基础。 王大珩：在当今以信息技术带动工业化发展的时代，仪器仪表与测试技术是信息科学技术最根本的组成部分。,仪器科学与技术学科的定位,仪器科学与技术学科作为工程性学科，有关仪器运行、应用的理论研究，新技术、新器件、新材料、新工艺的研究和应用集中体现在新型仪器仪表及相关传感器、元器件和材料等领域的研究和产业化中，科学研究和产业化密切结合。,现代仪器科学与技术学科,最初作为测量器具的仪器在促进科技和生产发展的同时，在现代科学技术和生产力的推动下，已成为完整的仪器科学与技术学科。几乎涉及全社会所有领域。,仪器科学与技术学科的组成,仪器仪表学会的权威描述： 工业自动化测控技术及工业自动化仪表与系统； 科学测试、分析技术及科学仪器； 人体诊疗技术及医疗仪器； 信息计测技术及电测仪器； 专用检测技术及各类专用测量仪器； 相关传感器、元器件、材料及技术。,仪器科学的关键技术,传感技术 精密机械 光学 电子技术 计算机技术 信息处理技术 生物技术 微机电技术 纳米技术,有仪器科学与技术学科的国内大学,0804 仪器科学与技术（2007年2009年）,仪器科学与技术学科,0804 仪器科学与技术（2007年）,(2) 电子信息技术及仪器,关于 电子信息技术及仪器 专业,仪器科学与技术内涵的演变,仪器的机械时代 精密机械，经典光学 仪器的电子时代 电子技术，现代光学技术 仪器的信息时代 微处理机技术，信息数字化，数字信号处理 仪器的生物时代 生物技术，微机电技术,万能工具显微镜,双频激光干涉仪,GPS全球定位,生物芯片技术,现代仪器的构成 信息获取：信息量到电量的转化 信息处理：从获取的信息中求取可利用的信息 信息表现：处理所得信息的存储、显示、传输、控制,信息时代仪器科学的技术内涵,信息获取,信息处理,信息表现,创建仪器专业的历史背景,1951年，我国第一个五年计划急需仪器方面专门人才，中央决定在高校建立仪器类专业 1952年，全国高校院系调整，教育部委托天津大学筹建“精密机械仪器专业”，浙江大学筹建“光学仪器专业” 1956年后，随着国民经济发展和国防建设需要，各地高校开始陆续成立仪器专业，主要围绕精密机械、精密光学展开 1972年，北京大学、浙江大学准备成立医学仪器专业 1977年，浙江大学成立科学实验仪器与工程学系 1998年，专业名称为测试控制技术及仪器（测控） 2003年，浙江大学成立电子信息技术及仪器专业 目前，全国设置同类专业（测控）的有 200 余所高校,专业名称的变化,自动化仪表（自仪）- 1980 以前 测试技术与自动化仪器（测试）- 1985 以前 动态测试技术与仪器（动仪）- 1988 以前 检测技术及仪器（检测）- 1998 以前 测试控制技术及仪器（测控）- 2003 以前 电子信息技术及仪器（电仪）- 2003 至今 内涵的变化： 机械 电子 信息 生物,国务院学位办公布一、二级学科目录,2007年公布 一级学科： 0804 仪器科学与技术 二级学科： 080401 精密仪器及机械 080402 测试计量技术及仪器,建立电子信息技术及仪器专业的原因,一级学科：仪器科学与技术 0804 二级学科：精密仪器及机械 080401 测试控制技术及仪器 080402 电子信息技术及仪器 080402S ，080403，080420 原因 电子技术与信息技术已成为当今仪器科学与技术的核心 学生在有限的学习时间阶段可以学到的知识量 学生今后发展所需要的知识基础 社会需求？时尚潮流？ 目前，全国有两所高校设立电子信息技术及仪器专业 （杭州电子科技大学？）,我们专业的特色,培养： 信息获取与处理的综合研究能力 软件与硬件的协同设计能力 电子信息与仪器系统的集成创新能力 毕业后： 国内外电子信息领域高级研究人才 高新技术的工程技术人才,本科4年制培养计划,基础类课程： 数学、物理、外语 专业类课程： 电子技术 计算机技术 信息技术 仪器设计与集成 实践环节： 短学期 SRTP 毕业设计,电子技术课程,电路原理 理论基础 数字电子技术 组合逻辑，时序逻辑，时间竞争 模拟电子技术 运算放大器的反馈网络设计 电子电路设计 EDA 技术，板级设计 微电子设计基础 HDL 语言，芯片级设计 电子系统工程设计 系统级设计概念,信息技术课程,信号与系统 信息系统基本原理 自动控制原理 自动控制理论基础 数字信号处理 数字化信息处理的理论及方法 DSP技术应用 数字信号处理的系统实现 图像检测技术 图像成像技术，图像处理基础,计算机技术课程,C 程序设计 程序设计入门 微机原理 单片机及嵌入式系统入门 数据结构 计算机软件基础 软件工程 编程技术基础 数据库原理 数据管理技术 网络技术基础 网络协议原理，网络实现 嵌入式系统结构 32位嵌入式系统硬件设计 嵌入式操作系统 32位嵌入式系统软件平台,仪器设计与集成课程,传感器原理 传感器原理及应用 微弱信号检测 微弱模拟信号的提取和处理方法 虚拟仪器与可视化 现代仪器新概念 电子信息系统 对仪器系统的综合性讨论课程,实践环节,短学期 教师指定实践课题 将同学们2年来学到的知识用到具体的实践中。初步掌握电路设计的方法。通过实践了解电路设计的一般过程。训练动手能力。3人一组，互助合作。 SRTP 学生自主选题并组织实施 大学生科研训练计划（Student Research Training Program 简称SRTP）是本科实践教育教学改革的重要举措之一，通过教师或学生立项，给予一定科研经费的资助，为本科生提供科研训练的机会，使学生尽早进入各专业科研领域，接触学科前沿，了解学科发展动态；增强学生创新意识，培养学生创新和实践动手能力；加强合作交流，培养团队协作精神，提高学生综合素质。 毕业设计 本科阶段学习知识的综合检验，一人一题,(3) 仪器在国民经济中的作用,仪器仪表是： 工业生产的“倍增器” 科学研究的“先行官” 军事上的“战斗力” 国民活动中的“物化法官”,仪器在现代化建设中的作用,从仪器与四个现代化的关系谈起： 农业现代化、工业现代化、科技现代化、国防现代化 现代化经济、现代化科研、现代化国防、现代化社会 仪器是认识世界的工具，认识世界是改造世界的先导。 仪器和机器同等重要，仪器是生产的物质先导。,仪器是科学研究中的探索者,现代科学越来越依靠仪器的发展，没有仪器就没有许多科学发现,哈勃望远镜,基因测序,可控核聚变装置（托克马克）,引力探测器（GP-B 2005）,仪器是经济建设中的倍增器,美国仪器产业产值约占工业总产值 4%，而它拉动的相关经济的产值却达到社会总值的 66%。 美国商业部 1990 年的调查数据,现代仪器是重大科研项目的技术基础，项目中的测试技术和仪器设备的集成、研究、开发和试验，几乎占人力财力的一半。 现代大生产中仪器约占企业固定资产的 10%。 现代医院的仪器设备约占医院固定资产的 50%。,仪器是国防建设中的战斗力,武器控制系统的信息处理能力决定了武器的性能,1991年海湾战争精确制导武器占8%，2003年伊拉克战争占90% 巡航导弹制导技术的发展提高了战斗力 飞机上仪器技术进步提高了性能 雷达技术进步与导弹防御,仪器是社会生活中的评判者,仪器实现了社会活动管理的量化和标准化 环境监测 噪声监测、节能降耗、防灾救灾 安全监护 图像监控、防伪检验、身份识别 交通管理 流量监控、GPS 定位、事故鉴定 司法鉴定 DNA 鉴定、痕迹鉴定、文书鉴定 兴奋剂检测 检查方法、检查仪器、检查试剂,仪器科学的应用领域,科学研究 发现自然界和人类社会的固有规律。解决仪器科学的原理性问题。为技术开发和工程应用打基础。 科学研究的动力来自于技术开发与工程应用实践。 技术开发 利用科学规律去发明新方法、新原理、新材料、新结构。开发出针对应用目标的新型仪器。 技术开发的基础是科学研究，目标是实际应用。 工程应用 将新型仪器应用到各个领域，实现仪器的价值。产生经济效益和社会效益。 应用实践检验科学研究与技术开发的成败，引导前进方向。,科学仪器 科学研究过程中使用的测量仪器 过程控制仪器 实现工业过程检测及控制的仪器 电子信息测量仪器 针对电量测试的仪器 医疗仪器 医院的诊断及治疗仪器 专用仪器 各种特殊用途仪器 传感器、材料与工艺 研究传感技术、特殊材料、加工工艺 新领域 图像监控系统、家庭仪器、仪器网络化,仪器的种类（按照用途分）,精密仪器 精密机械，量仪。 实验仪器 科学实验仪器 分析仪器 物质组分检测仪器 光学仪器 以光学为关键技术的仪器 医疗仪器 诊断及治疗仪器 计时仪器 各种特殊用途仪器,仪器的种类（按照研究学科分）,现代仪器科学的研究方向,1、理论研究（新原理） 2、计量基准 3、产品制造技术 4、新器件 5、新材料 6、新工艺,现代仪器科学的发展趋势,1. 学科面对的产品种类和品种多样化； 2. 产品的稳定性、可靠性和适应性要求很高； 3. 产品的技术指标和功能不断提高； 4. 最先应用新的科学研究成果，高新技术大量采用； 5. 仪器及测控单元微小型化、智能化，可独立使用，也可嵌入式使用和联网使用； 6. 仪器测控范围向立体化、全球化扩展，测控功能向系统化、网络化发展； 7. 便携式、手持