測控技術與儀器是精密機械、電子、光學、計算機、電路及自動控制技術等多學科互相滲透而形成的一門高新技術密集型綜合學科。

1採集

在訊號採集環節，主要是採集物件發出的各種訊號，再將這種訊號轉換成電訊號，以便於後續的處理。物件發出的訊號大多數是透過感測器來採集的，包括物理訊號（如溫度、流量、壓力等）和化學訊號（如溼度、氣味等）兩大類，當然還包括不能歸為這兩類的一些訊號，如可靠性、價格等。而開關量訊號（帶有數字訊號的特徵）則主要是靠帶有微控制器電路的儀器，如無紙記錄儀，進行採集。此外，影象訊號自然是由攝像裝置來進行採集。

2整理

在訊號的整理階段，主要是對採集到的電訊號進行平整、濾波、模數轉換等，轉換成便於處理的數字訊號。上述三種訊號型別在整理階段的內容有所不同，比如對感測器傳來的訊號主要是進行訊號放大、平整、濾波和模數轉換的過程；而對於開關量訊號透過無紙記錄儀的採集之後一般都能夠轉換成所需要的數字訊號以待輸出到下一個處理環節；對於影象訊號，經採集之後主要是用於顯示，若還需對影象進行處理，再顯示，或者發出控制訊號，那麼也必須將影象訊號轉換成數字訊號，進行處理，這就是一個複雜的問題。

3處理

在訊號的處理階段，主要是對數字訊號進行處理以便顯示，或者發出控制訊號。我們透過顯示出來的訊號來判斷自動化系統上物件的運轉是否正常，如果訊號顯示不正常，就需要對訊號進行計算與處理，得到控制訊號傳送給物件，使物件調整運轉的狀態以復歸正常。

4顯示控制

在顯示與控制環節，顯示主要是指將數字訊號透過便於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訊號傳送給並作用於物件的過程。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，即訊號從物件開始，經過採集、整理、處理，最後又將控制訊號作用於物件的閉環。



目錄

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詳情



測控技術與儀器

測控技術與儀器是精密機械、電子、光學、計算機、電路及自動控制技術等多學科互相滲透而形成的一門高新技術密集型綜合學科。是中國儀器儀表行業唯一的本科專業，本專業培養具備精密儀器設計製造以及測量與控制方面基礎知識與應用能力，能在國民經濟各部門從事精密機械設計製造、儀器與系統的設計製造、測量與自動控制領域等工作的高階工程技術人才。

中文名

測控技術與儀器

外文名

The measurement and control technology and instrument

專業方向

機械類、電子類、自動化控制類

就業領域

儀器與系統的設計製造、精密機械設計、測量與控制領域

主要課程

精密機械與儀器設計、精密機械製造工程、電子技術基礎

專業介紹

測控技術及儀器專業是中國儀器儀表行業唯一的本科專業。一級學科為儀器科學與技術；二級學科為精密儀器及機械、測試計量技術及儀器。屬於高新技術密集型綜合學科。測控技術及儀器是1998年教育部將10個本科專業合併而來（精密儀器、光學技術與光電儀器、檢測技術及儀器儀表、電子儀器及測量技術、幾何量計量測試、熱工計量測試、力學計量測試、無線電計量測試、檢測技術與精密儀器、測控技術與儀器）。

主要課程：精密機械與儀器設計、精密機械製造工程、類比電子技術基礎、數位電子技術基礎、微型計算機原理與應用、控制工程基礎、訊號分析與處理、精密測控與系統、感測器技術、檢測技術、工程光學等。

專業方向一以機械—電子—光學—儀器—計算機技術一體化為特色，以感測器技術、資訊獲取與處理技術、自動化精密機械以及智慧儀器儀表為主要研究物件。本方向旨在培養基礎理論紮實、實踐能力強、知識面廣，外語綜合能力和計算機應用能力較強，人文社會科學綜合素質較高，具有開拓創新意識，能夠從事測控儀器、資訊科技以及測試計量技術等方面的研究開發、設計製造和執行管理方面的複合型高階工程技術人才。

專業方向二以集電子技術、先進控制理論、計算機控制技術、自動檢測技術、光電技術以及網路技術於一體為特色，以生產過程的機電裝備執行狀態及其資訊為研究物件。本方向旨在培養基礎理論紮實、實踐能力強、知識面廣，外語綜合能力和計算機應用能力較強，人文社會科學綜合素質較高，具有開拓創新意識，能夠從事工業過程控制理論與裝備、計算機輔助測試系統、資訊處理與狀態識別等領域的研究開發、設計製造和執行管理的複合型高階工程技術人才。

就業方向

適合從事儀器與系統的設計製造、精密機械設計、測量與控制領域、測控儀器、計算機輔助測試、資訊處理以及工業過程控制等領域研究、開發、設計和製造的高階工程技術領域。

本專業招收理工類學生，學制4年。[1]

專業就業方向介紹：

就業方向一

精密機械設計製造、儀器與系統的設計製造。

就業方向二

測試計量技術及儀器。

就業方向三

工業自動化控制及過程控制。

就業方向四

檢測技術與自動化裝置。

主要環節

採集

在訊號採集環節，主要是採集物件發出的各種訊號，再將這種訊號轉換成電訊號，以便於後續的處理。物件發出的訊號大多數是透過感測器來採集的，包括物理訊號（如溫度、流量、壓力等）和化學訊號（如溼度、氣味等）兩大類，當然還包括不能歸為這兩類的一些訊號，如可靠性、價格等。而開關量訊號（帶有數字訊號的特徵）則主要是靠帶有微控制器電路的儀器，如無紙記錄儀，進行採集。此外，影象訊號自然是由攝像裝置來進行採集。

整理

在訊號的整理階段，主要是對採集到的電訊號進行平整、濾波、模數轉換等，轉換成便於處理的數字訊號。上述三種訊號型別在整理階段的內容有所不同，比如對感測器傳來的訊號主要是進行訊號放大、平整、濾波和模數轉換的過程；而對於開關量訊號透過無紙記錄儀的採集之後一般都能夠轉換成所需要的數字訊號以待輸出到下一個處理環節；對於影象訊號，經採集之後主要是用於顯示，若還需對影象進行處理，再顯示，或者發出控制訊號，那麼也必須將影象訊號轉換成數字訊號，進行處理，這就是一個複雜的問題。

處理

在訊號的處理階段，主要是對數字訊號進行處理以便顯示，或者發出控制訊號。我們透過顯示出來的訊號來判斷自動化系統上物件的運轉是否正常，如果訊號顯示不正常，就需要對訊號進行計算與處理，得到控制訊號傳送給物件，使物件調整運轉的狀態以復歸正常。

顯示控制

在顯示與控制環節，顯示主要是指將數字訊號透過便於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訊號傳送給並作用於物件的過程。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，即訊號從物件開始，經過採集、整理、處理，最後又將控制訊號作用於物件的閉環。

技術發展

自從迅猛發展的計算機技術及微電子技術滲透到測控和儀器儀表技術領域，便使該領域的面貌不斷更新。相繼出現的智慧儀器、匯流排儀器和虛擬儀器等微機化儀器，都無一例外地利用計算機的軟體和硬體優勢，從而既增加了測量功能，又提高了技術性能。由於訊號被採集變換成數字形式後，更多的分析和處理工作都由計算機來完成，故很自然使人們不再去關注儀器與計算機之間的界限。近年來，新型微處理器的速度不斷提高，採用流水線、RISC結構和cachE等先進技術，又極大提高了計算機的數值處理能力和速度。在資料採集方面，資料採集卡、儀器放大器、數字訊號處理晶片等技術的不斷升級和更新，也有效地加快了資料採集的速率和效率。與計算機技術緊密結合，已是當今儀器與測控技術發展的主潮流。對微機化儀器作一具體分析後，不難見，配以相應軟體和硬體的計算機將能夠完成許多儀器、儀表的功能，實質上相當於一臺多功能的通用測量儀器。這樣的現代儀器裝置的功能已不再由按鈕和開關的數量來限定，而是取決於其中儲存器內裝有軟體的多少。從這個意義上可認為，計算機與現代儀器裝置日漸趨同，兩者間已表現出全域性意義上的相通性。據此，有人提出了“計算機就是儀器”/軟體就是儀器”的概念。

計算機就是測控系統的中堅

匯流排式儀器、虛擬儀器等微機化儀器技術的應用，使組建集中和分散式測控系統變得更為容易。但集中測控越來越滿足不了複雜、遠端（異地）和範圍較大的測控任務的需求，對此，組建網路化的測控系統就顯得非常必要，而計算機軟、硬體技術的不斷升級與進步、給組建測控網路提供了越來越優異的技術條件。 Unix、WindowsNT、Windows2000、Netware等網路化計算機作業系統，為組建網路化測試系統帶來了方便。標準的計算機網路協議，如OSI的開放系統互連參考模型RM、Internet上使用的TCP/IP協議，在開放性、穩定性、可靠性方面均有很大優勢，採用它們很容易實現測控網路的體系結構。在開發軟體方面，比如NI公司的Labview和LabWindows/CVI，HP公司的VEE，微軟公司的的VB、VC等，都有開發網路應用專案的工具包。軟體是虛擬儀器開發的關鍵，如Labview和LabWindows/CVI的功能都十分強大，不僅使虛擬儀器的開發變得簡單方便，而且為把虛擬儀器做到網路上，提供了可靠，便利的技術支援。LabWindows/CVI中封裝了TCP類庫，可以開發基於TCP/Ip的網路應用。Labview的TCP/IP和UDP網路VI能夠與遠端應用程式建立通訊，其具有的Internet工具箱還為應用系統增加了E-mail、FTP和Web能力；利用遠端自動化VI，還可對控制其他裝置的分散的VI進行控制。Labview5．1中還特別增加有網路功能，提高了開發網路應用程式的能力。

將計算機、高檔外設和通訊線路等硬體資源以及大型資料庫、程式、資料、檔案等軟體資源納入網路，可實現資源的共享。其次，透過組建網路化測控系統增加系統冗餘度的方法能提高系統的可靠性，便於系統的擴充套件和變動。由計算機和工作站作為結點的網路也就相當於現代儀器的網路。計算機已成為現代測控系統的中堅。

網路技術已越來越成為測控技術滿足實際需求的關鍵支撐

當今時代，以Internet為代表的計算機網路的迅速發展及相關技術的日益完善，突破了傳統通訊方式的時空限制和地域障礙，使更大範圍內的通訊變得十分容易，Internet擁有的硬體和軟體資源正在越來越多的領域中得到應用，比如電子商務、網上教學、遠端醫療、遠端資料採集與控制、高檔測量儀器裝置資源的遠端實時呼叫，遠端裝置故障診斷，等等。與此同時，高效能、高可靠性、低成本的閘道器、路由器、中繼器及網路介面晶片等網路互聯裝置的不斷進步，又方便了Internet、不同型別測控網路、企業網路間的互聯。利用現有Internet資源而不需建立專門的拓撲網路，使組建測控網路、企業內部網路以及它們與Internet的互聯都十分方便，這就為測控網路的普遍建立和廣泛應用鋪平了道路。 把TCP/IP協議作為一種嵌入式的應用，嵌入現場智慧儀器（主要是感測器）的ROM中，使訊號的收、發都以TCP/IP方式進行，如此，測控系統在資料採集、資訊釋出、系統整合等方面都以企業內部網路（Intranet）為依託，將測控網和企業內部網及Internet互聯，便於實現測控網和資訊網的統一。在這樣構成的測控網路中，傳統儀器裝置充當著網路中獨立節點的角色，資訊可跨越網路傳輸至所及的任何領域，實時、動態（包括遠端）的線上測控成為現實，將這樣的測量技術與過去的測控、測試技術相比不難發現，今天，測控能節約大量現場佈線、擴大測控系統所及地域範圍。使系統擴充和維護都極大便利的原因，就是因為在這種現代測量任務的執行和完成過程中，網路發揮了不可替代的關鍵作用，即網路實實在在地介入了現代測量與測控的全過程。基於Web的資訊網路Intranet，是目前企業內部資訊網的主流。應用Internet的具有開放性的互聯通訊標準，使Intranet成為基丁TCP/IP協議的開放系統，能方便地與外界連線，尤其是與Internet連線。藉助Internet的相關技術，Intranet給企業的經營和管理能帶來極大便利，已被廣泛應用於各個行業。Internet也已開始對傳統的測控系統產生越來越大的影響。目前，測控系統的設計思想明顯受到計算機網路技術的影響，基於網路化、模組化、開放性等原則，測控網路由傳統的集中模式轉變為分佈模式，成為具有開放性、可互操作性、分散性、網路化。智慧化的測控系統。網路的節點上不僅有計算機、工作站，還有智慧測控儀器儀表，測控網路將有與資訊網路相似的體系結構和通訊模型。比如目前測控系統中迅猛發展的現場匯流排，它的通訊模型和OSI模型對應，將現場的智慧儀表和裝置作為節點，透過網路將節點連同控制室內的儀器儀表和控制裝置聯成有機的測控系統。測控網路的功能將遠遠大於系統中各獨立個體功能的總和。結果是測控系統的功能顯著增強，應用領域及範圍明顯擴大。Jini軟體技術問世。Jini軟體技術旨在使各種電器裝置、測量儀器及採用JAVA晶片的各種裝置能連線上網，Jini軟體連同以Java語言編寫的簡單程式，可使聯網的任何儀器裝置實現其自身功能的同時，還能為其他儀器裝置加以利用。



測控技術與儀器

網路技術的出現，正在並將極大地改變人們生活的各個方面。具體到計量測試、測控技術及儀器儀表領域，微機化儀器的聯網，高檔測量儀器裝置以及測量資訊的地區性、全國性乃至全球性資源共享，各等級計量標準跨地域實施直接的數字化溯源比對，遠端資料採集與測控，遠端裝置故障診斷，電、水、燃氣、熱能等的自動抄表，等等，都是網路技術進步並全面介入其中發揮關鍵作用的必然結果。

目前發展

(1)以自然基準溯源和傳遞，同時在不同量程實現國際比對。如果自己沒有能力比對就要依靠其它國家。

(2)高精度。目前半導體工藝的典型線寬為0.25μm，並正向0.18μm過渡，2009年的預測線寬是0.07μm。如果定位要求佔線寬的1/3，那麼就要求10nm量級的精度，而且晶片尺寸還在增大，達到300mm。這就意味著測量定位系統的精度要優於3×10的-8次方，相應的鐳射穩頻精度應該是10的-9次方數量級。

(3)高速度。目前加工機械的速度已經提高到1m/sec以上，上世紀80年代以前開發研製的儀器已不適應市場的需求。例如惠普公司的干涉儀市場大部分被英國Renishaw所佔領，其原因是後者的速度達到了1m/sec。

(4)高靈敏，高分辨，小型化。如將光譜儀整合到一塊電路板上。

(5)標準化。通訊介面過去常用GPIB，RS232，目前有可能成為替代物的高效能標準是USB、IEEE1394和VXI。現在，技術領先者設法控制技術標準，參與標準制訂是儀器開發的基礎研究工作之一。

未來趨勢

1．發展方向與學科前沿

(1)配合數控裝置的技術創新(如主軸速度，精度創成)

數控裝置的主要誤差來源可分為幾何誤差（共有21項）和熱誤差。對於重複出現的系統誤差，可採用軟體修正；對於隨機誤差較大的情況，要採用實時修正方法。對於熱誤差，一般要透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裝置的原因之一就是因為這方面的技術沒有得到推廣應用。為此，需要高速多通道鐳射干涉儀：其測量速度達60m/min以上，取樣速度達5000次/sec以上，以適應熱誤差和幾何誤差測量的需要。空氣折射率實時測量應達到2×10的-7次方水平，其測量結果和長度測量結果可同步輸入計算機。

(2)執行和製造過程的監控和線上檢測技術

綜合運用影象、頻譜、光譜、光纖以及其它光與物質相互作用原理的感測器具有非接觸、高靈敏度、高柔性、應用範圍廣的優點。在這個領域綜合創新的天地十分廣闊，如振動、粗糙度、汙染物、含水量、加工尺寸及相互位置等。

(3)配合資訊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專案予以支援。根據當前發展現狀，資訊、生命醫學、環保、農業等領域需要的產品應給予優先支援。如醫學中介入治療的精密儀器裝置、電子工業中的超分辨光刻和清潔方法和機理研究等。

測控技術的核心技術：

一是測控儀器的設計和製造，商用中高階測控儀器基本上被國外壟斷，NI、安捷倫、是德科技、泰克、橫河、福祿克等，國內廠商近年也奮起直追，代表有致遠電子等廠商；

另一項技術是測控軟體的設計和開發，當前，以軟體為中心的測控系統構建，是現代測控的發展方向，國外廠商早早就起步了，例如NI的NI-DAQmx、LabView、TestStand從驅動、測控開發到測控管理一條龍，還有是德科技的PathWave套件、橫河的IS8000等，國內的格西測控大師也是這個方向的代表。