测控技术与仪器(课程介绍)

nullnull 主 要 内 容 一. 测控专业简介 二. 专业教学内容和知识体系 三. 主要课程简介 四. 课程与就业的关系 五. 考研的相关学校简介null 一、测控专业简介 测控技术与仪器隶属于仪器科学与技术一级学科。 1998年教育部颁布新的本科专业目录，把仪器仪表类11个专业（精密仪器、光学技术与光电仪器、检测技术与仪器仪表、电子仪器及测量技术、几何量计量测试、热工计量测试、力学计量测量、光学计量测量、无线电计量测试、检测技术与精密仪器、测控技术与仪器）归并为一个大专业——测控技术及仪器。 我校测控专业成立于2001年，2002年9月开始招生。已毕业两百多人，2010年就业率在机电学院排名第三，前两名分别是机械、电气。 null 1. 主干学科介绍 仪器科学、光学工程、机械工程、电子信息工程、 计算机 仪器科学与技术学科是该专业的理论和应用基础，主要研究测量理论和测量方法，探讨和研究各种类型测量仪器仪表的工作原理和应用技术，以及智能化仪器仪表的设计方法。 光学工程学科是该专业的应用基础，主要研究光学测量仪器以及光电测试信息获取与传输的基础理论和应用技术等内容。 机械工程学科是仪器仪表结构设计的基础，主要研究机械测量仪器、光学测量仪器、电子测量仪器的系统构架、运动传递、量值传感、结果指示等内容。 null 电子信息工程学科是该专业的理论和技术基础，主要研究信息获取技术以及与信息处理有关的基础理论和应用技术，实现信号的获取、转换、调理、传输、处理以及设备的控制、驱动和执行功能。 计算机科学与技术学科是该专业的技术基础，主要研究智能化仪器仪表中的计算机软硬件设计与应用方法以及数字信息的传送与处理技术，推动仪器仪表向着数字化、智能化、虚拟化、网络化方向快速发展。 2. 本专业的相关学科 2. 本专业的相关学科 控制科学与工程学科、信息与通讯工程学科。 考研和就业有交叉 控制科学与工程学科是该专业的理论基础，主要研究自动控制理论和相关算法，为今后在测控技术理论研究和工程实际中提供必要的系统控制概念和方法。 信息与通讯工程学科是该专业的应用基础，主要研究信息通讯的基础理论和相关技术，为测量与控制信息的传输提供必要的理论和技术支持。 null 二．专业教学内容和知识体系 仪器仪表学科是一个综合性、边缘性的交叉学科，它从系统工程的角度出发，以检测理论和误差分析理论为指导，合理应用机械、电子、光学、计算机、自动化、通信等各专业领域的知识，构建精确、稳定、可靠、经济，并具有小型化、集成化、智能化、网络化、自动化特征的测试、计量和控制系统，成为信息链中必不可少的环节，组成一个完整的仪器科学与技术学科。 1.本专业人才培养的教育内容及知识结构的总体框架 1.本专业人才培养的教育内容及知识结构的总体框架 信息流 学科公共 基础课 特色专业 课程 计算机技术类课程 电工电子技术类课程 处理 获取 控制传输 传感器技术 电子测量技术 等课程 数字信号处理 信号与系统、 虚拟仪器等课程 计算机网 络等课程 机电传动控制、计算机控制、 可编程控制器、单片机原理 及应用、检测仪表与过程控制 等课程机械设计基础、工程光学、测控电路、测控仪器设计、智能仪表设计与虚拟仪器技术、流体传动与控制、机电传动控制、互换性与技术测量、微机原理与接口、单片机及应用、嵌入式系统、DSP原理及应用、无损检测、冶金过程检测与控制等课程电路、模电、数电、电子EDA、测控电路等课程C语言、Matlab语言、数据库技术、计算机文化基础等课程测控仪器设计、智能仪表设计等课程综合应用课程强调综合应用能力，实践能力和创新设计能力的培养null 2. 课程设置 第5学期： 专必：传感器技术、机械设计基础、微机原理与接口技术、测控电路 专选： matlab语言、信号与系统 第6学期： 专必：自动控制原理 专选：机电传动控制、可编程控制器原理及应用、单片机原理与应用、互换性与测量技术基础、工程光学null第7学期： 专选： DSP原理及应用、 电子EDA技术、冶金过程检测与控制、计算机测控技术、测控仪器设计、嵌入式系统设计、虚拟仪器与虚拟测试技术、流体传动与控制、检测仪表与过程控制 第8学期： 公益劳动、毕业实习、毕业设计、毕业教育 null课程介绍 传感器技术 微机原理与接口 测控电路 自动控制原理 机电传动控制 PLC 单片机 虚拟仪器 检测仪表与过程控制null 模拟电子技术 模拟电子技术是研究各种电子器件、电子电路及其在各领域中的应用技术。是电类专业学生的必修课之一和考研复试课程之一。 它以半导体二极管、半导体三极管和场效应管为关键电子器件，包括功率放大电路、运算放大电路、反馈放大电路、信号运算与处理电路、信号产生电路、电源稳压电路等为研究方向。null 数字电子技术 　 数字电子技术的先修课程为《高等数学》、《电路分析》、《模拟电子技术》，后续课程为《微机原理与接口技术》、《单片机原理与应用》，它实际上是计算机课程的“基础篇”， 主要学习逻辑代数基础，集成逻辑门电路，组合逻辑电路，触发器，时序逻辑电路，半导体存储器和可编程逻辑器件，脉冲波形的产生与变换等。 null 1. 传感器技术 （1）课程特点 是测控技术与仪器专业的一门专业基础课程。它以各类传感器的工作机理为线索，详细介绍了各类传感器的工作原理、基本结构、相应的测量电路和在各个领域中的应用，使学生掌握传感器的使用方法和设计要点的基本技能。 null（2）主要内容 了解在各个领域中的传感器的作用，掌握传感器的定义、组成、分类和技术指标。 掌握应变效应、压阻效应、金属丝灵敏系数和应变片灵敏系数、电阻式传感器的工作原理及应用。 掌握电容传感器的工作原理、类型、特点、设计要点及应用。 掌握压电式传感器的压电效应、等效电路、测量电路及其应用。null 掌握编码数字式传感器的工作原理、码盘-编码器的组成及应用。 掌握热电效应、热阻效应、热电回路定律、热电偶冷端补偿的方法及热电阻测量电路原理，了解其他温度传感器原理及使用方法。 掌握固态传感器的种类、磁敏传感器、霍尔传感器的工作原理、误差和补偿方法及应用。 掌握各种光电效应、光电器件工作原理和应用、光纤传感器特点和类型及应用。null敏感元件:直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。 基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。null 5. 微机原理与接口技术 （1）课程特点 微型计算机现已应用于国民经济的各个领域，它的普及与应用使人们传统的工作、学习、生活乃至思维方式发生了巨大变化。微机原理与接口技术几乎是所有理工科大专院校学生的一门必修课。是考研的专业课之一。null（2）课程目的 要求掌握微型计算机的硬件组成及使用；学会运用指令系统和汇编语言进行程序设计；熟悉各种类型的接口及其应用，树立起微型计算机体系结构的基本概念；培养利用硬件与软件相结合的方法分析解决本专业领域问题的思维方式和初步能力。 为以后跟踪计算机技术的新发展，进一步学习和应用相关方面的新知识、新技术打下必要基础。 null（3）课程内容 课程以PC系列微机作为主要背景机，包括微机硬件组成及工作原理，微机接口技术，微机应用技术三大部分内容。主要包括微机系统概述、典型微处理器、指令系统、汇编语言程序设计、存储器系统、微机总线与输入／输出技术、中断系统、典型接口芯片及其应用等内容。 强调与工业实际应用相结合，加强汇编语言程序设计和接口电路设计等部分的理论教学及实际操作，提高系统软硬件的设计能力。nullnullnullnull 3. 测控电路 （1）课程特点 测控电路不是一般意义上电子技术课程的深化与提高，而是如何在电子技术与测量、控制之间架起一座桥梁，使学生熟悉怎样运用电子技术来解决测量与控制中的任务，实现测控的总体思想，围绕精、快、灵和测控任务的要求来选用和设计电路。结合检测、控制两方面电路进行阐述，目前正向着检测、控制电路高度融合方向发展。null（2）主要内容内容包括：信号放大电路，信号调制解调电路，信号分离电路，信号运算电路， 信号转换电路，信号细分与辨向电路，逻辑控制电路，连续信号控制电路，典型测控电路分析等。null增量码数字式测量电路的基本组成null 4.MATLAB语言 MATLAB是矩阵实验室的简称，是一款商业数学软件，MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，因此用MATLAB来解算问题要比用C语言，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，使它成为一个功能强大的数学软件。null 5. 自动控制原理 （1）课程特点 自动控制原理是一门理论性较强的课程。作为电类各专业的学科基础课，它既是基础课程向专业课程的深入，又是专业课程的理论基础，也是考研的专业课之一。 研究内容：构成自动控制系统的一般规律。 研究对象：各种自动控制系统，例如连续系统、离散系统。 研究手段：现代数学分析工具。 拉斯变换和传递函数——经典控制理论 矩阵理论等工程数学——现代控制理论null（2）主要内容 自动控制系统的基本组成和结构、自动控制系统的性能指标，自动控制系统的类型（连续、离散、线性、非线性等）及特点，系统数学模型的建立和动态结构图等效变换法则，自动控制系统的分析（时域法、频域法等）和设计方法等。 通过学习可以了解有关自动控制系统的运行机理、控制器参数对系统性能的影响以及自动控制系统的各种分析和设计方法等。null 课程覆盖的基本概念： 　　系统、反馈、方框图（方块图）、信号流图、传递函数；稳定性、稳定裕量，基本环节、时间常数、阻尼系数，脉冲响应、阶跃响应、动态性能指标、稳态误差，根轨迹，主导极点，频率特性，校正和综合，典型的非线性特性、描述函数、相平面、自持振荡，采样控制、Z变换、脉冲传递函数。null控制系统的性能和典型测试信号null（3）学习方法 抓住重点——掌握基本概念 《自动控制原理》引入了一系列互相关联的基本概念，如稳定性、准确性、快速性，输入与输出，动态与稳态，反馈与前馈等，是学习理解的重点。 认真思考——提高抽象思维能力 《自动控制原理》的理论性较强，抽象程度较高。要充分了解抽象的基础，在实际应用中反复体会。 抓住主线——建立不同方法间的联系 稳定性、准确性、快速性是对控制系统的基本要求，。稳、准、快贯穿了时域分析、根轨迹分析和频域分析方法的始终，也是系统综合设计要求。null 6. 机电传动控制 （1）课程特点 《机电传动控制》融合了电力拖动、自动控制原理、计算机技术、继电器-接触器控制、电力电子技术、交、直流调速系统等相关技术，是机电一体化技术的重要课程。即把机电一体化技术所需要的强电控制知识都集中在这一门课程中。 它的先修课程是《电路分析》、《模拟电子》、《数字电子》、《自动控制原理》等；为后续课程如《PLC》、《计算机测控技术》等打下基础。null （2）课程内容 现代生产机械一般由工作机构、传动机构、原动机极其控制系统等几个部分组成，即由电动机通过传动机构带动工作机构进行工作时，这种传动方式称为“机电传动”。 人们一般把电动机及其传动机构一起称为“机电传动”部分，把满足加工工艺要求使电动机启动、制动、反向、调速、快速定位等的电气控制和电气操作称为“控制”部分。null 人们对机电传动控制提出的要求： 对于专用加工设备和数控机床的控制要求有很高的精度；对重型数控机床要求有很高的调速范围；对可逆式轧钢机拖动系统要求正反转换向频繁；现代大型生产线、柔性制造系统要求各拖动系统能相互协调；军事和宇航方面的火炮瞄准、惯性导航、卫星姿态的控制等，不仅要求精度高，更要求稳定性能好；民用方面如电梯拖动系统要求启动、制动快速、平稳、停车位置准确可靠；家用电器中的控制要求结构精巧、功能全、成本低等。null （3）课程任务 了解机电传动的一般知识；掌握机电传动控制的静态特性和动态特性；掌握直流电机和交流电机的工作原理、特性极其应用；了解控制电机与特种电机的工作原理极其应用知识；了解典型生产机械常用的低压电器，掌握继电器-接触器控制的基本线路，学会分析常见典型生产机械控制线路，掌握电动机控制线路的设计方法极其元器件的选择原则；掌握现代电力电子技术在机电传动中的应用；掌握交流和直流调速系统的方法。null普通车床:主轴箱,主电机,卡盘,工件,中心架,尾架;刀架,刀架电机,溜板;进给变速手柄nullnullnull7.可编程控制器（PLC） 可编程控制器的特点是：硬件配置灵活，组态方便，编程方法简便，抗干扰能力强，能适应较恶劣的工业环境，体积小，维护费用低。 （1）PLC能接收、处理和输出各种开关量、模拟量和不同码制的数码，除能实现一般的逻辑控制（顺序、步进、时序、条件和锁存等）功能外，还能实现数值运算、数据转换及数据通信等功能，配备适当的外围设备可以进行打印。 （2）由于编程软件化（可新编程序、可修改程序和可接口性），当生产工艺（或流程）改变时只需要修改软件，而不需要改变硬件即可满足新的控制要求，大大方便了设计和现场使用，缩短了设计施工和调试周期。null（3）PLC能与上一级计算机直接相连，在综合自动化控制系统中可以合理地实现分级控制，作为基础控制级使用。 （4）PLC采用独特而简便的编程方法，并采用与工艺流程相适应的一般符号。编程方法简明通俗，易学、易编、易改，很容易将原来的继电器控制线路直接翻译到PLC软件上。null8.单片机 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。也就是一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜（不超过10元），为学习、应用和开发提供了便利条件。 我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！它是作为控制部分的核心部件。null9、虚拟仪器 虚拟仪器主要是以计算机为核心，通过最大限度地利用计算机的软硬件资源，使计算机不但能完成传统仪器测量控制、数据运算和处理工作，而且可以用强大的软件去代替传统仪器的某些硬件功能。 灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。 null虚拟仪器（Virtual Instrument简称VI）是计算机技术同仪器技术深层次结合产生的全新概念的仪器，是对传统仪器概念的重大突破，是仪器领域内的一次革命。 虚拟仪器是继第一代仪器——模拟式仪表、第二代仪器——分立元件式仪表、第三代仪器——数字式仪表、第四代仪器——智能化仪器之后的新一代仪器。null虚拟仪器组成上的特点： 软件和硬件功能的模块化 软件和硬件功能的分层 仪器功能的软件化 虚拟仪器的功能可以借助计算机软件来生成 nullnull10.检测仪表与过程控制 主要讨论生产过程自动化中使用的各种测控仪表的工作原理，以及和过程控制系统的设计整定方法。 上篇为自动化仪表，介绍工业上最常用的检测仪表、控制仪表、执行器及防爆栅的工作原理及使用特点。重点讨论电动单元组合仪表、数字调节器、集散控制系统和现场总线控制系统。 下篇为过程控制系统，在介绍对象动态特性的测试方法、单回路及串级调节系统的设计方法和调节器参数整定的基础上，介绍解耦控制、推理控制及预测控制等先进控制系统的基本原理。null 工业仪表的种类很多，按被参数分有温度、压力、流量、物位、机械量、流程分析仪器等。 工业仪表按功能可分为检测仪表、显示仪表、调节仪表等。 检测仪表主要用于检测工业生产过程的参数，如温度、压力、流量、物位和机械量等，有时也带有记录和调节功能。 显示仪表将与检测仪表、变送器和传感器配套使用，按显示方式不同分为模拟式显示仪表、数字式显示仪表和字符图像显示仪等。 调节仪表又称调节器。它的作用是将生产过程中的被测参数与设定参数进行比较，然后按一定调节规律发出调节信号给执行器。null 调节仪表按调节方式不同分为断续调节器和连续调节器；按结构形式又分为基地式、单元组合式和组装式；按工作能源和介质分为自力式、电动式、气动式和液动式。有的调节仪表也带有检测和显示部分。 执行器又称执行机构。它用于接受来自调节仪表的调节信号和调节规律，直接调节工业生产过程的输入、输出量。集中控制装置能对分散参数进行集中检测和控制，按预定的程序进行控制或对被测量进行处理。集中控制装置包括巡回检测装置、顺序控制器和数据处理装置等。null 四. 电类专业基础课与就业的关系 测控专业学生理论基础扎实、专业知识宽泛、涉及电子、信息、计算机、光学、机械、控制等多个学科，是一个全能型的专业，适应性强，发展面宽。毕业生可在机械、汽车、冶炼、轻工、化工、电子等行业从事技术和管理工作，也可在高等学校、科研机构和国家机关从事教学、科研和行政管理工作。是我们学校就业形势排名较前的专业之一。 可以从事的工作类型有： 研发工程师——从事新仪器仪表的研究开发工作 测量工程师——从事各种设备的专业检测以及仪器维护工作 维修工程师——从事各专业设备的仪器仪表维护和校准工作null 上研究生的有三分之一，工作的三分之二中有一些是进工厂的，进公司的，剩下的三分之一零散各种工作。 1.技术方向 工厂的工作主要是开发、设计、生产及销售大型精密机床、精密测量设备和精密位移传感器,熟悉计量器具的维修与管理，熟悉计量器具的报检等流程； 公司的工作就是做些电路同时为微处理器编一些小应用程序，要不就是对着现成的电路根据需求编程，两者兼而有之。null2.销售市场类方向 　　如北京领邦仪器技术有限公司招聘销售工程师，要求有较强的客户谈判能力，善于同客户交流和良好的团队合作意识。门槛比较低，建议根据自身特产考虑，大学毕业做一段销售对了解社会是很有帮助的，但不能太长时间，否则会丢掉专业。 3.管理方向 比如：北京思能达电力技术有限公司招聘测控装置项目部经理，职责是组织完成公司的测控装置的研发任务，需要3-5年的工作经验，可以作为你未来的职业目标之一。null 测控专业未来最具前景的就业方向集中在智能化仪表和检测技术的开发及应用领域。 1.智能仪器仪表方向 随着大规模集成电路以及计算机技术的迅速发展，以及人工智能的广泛应用，智能仪表将会有更大的发展。测量仪表以智能化为先导，带动了各类仪表的智能化，这是现代仪器仪表技术发展的主要趋势。这方面的人才紧缺。 这个方向主要是从事仪器仪表，电子产品的软件、硬件研发和测试，也可以从事仪表自动控制等方面的工作，需好学好C语言，微机原理，电路、模电、数电、单片机，DSP，智能仪表设计与虚拟仪器等课程并有相关的实践能力。 null 2、检测技术的开发及应用 检测技术是自动化技术的四大支柱之一，检测技术不仅为工业自动化提供正确的信息，而且是科学研究中寻找规律的重要手段。现代检测技术的发展主要表现在传感器水平的提高、检测方法的推进，比如以计算机为中心的检测系统的发展等方面。 这个方向主要从事计量，测试检测，品质检验等工作。也可从事自动化检测、过程控制、计算机应用等工作。需要学好传感器，模电、数电、测控电路、光电检测、检测仪表与过程控制等课程并有相关的实践能力。null 学好电路分析、模拟电子、数字电子、微机原理、机电传动、传感器等电类课程，其重要性就像当一名司机必须学会开车一样，是谋生的基本手段。而且要特别重视这些课程的实验。在此基础上才可能学好专业课，专业课是专长和特长。 ① 单片机：是我们测控专业的饭碗！应用广泛、灵活。 ② DSP（数字信号处理）：类似单片机，但与单片机的应用方向不尽相同。接口方便、稳定性好，功能强大。 ③ 可编程控制器原理及应用：机械制造业中大型加工设备的控制中心，抗干扰能力极强，应用广泛。 ④ 检测仪表与过程控制，智能仪表设计，嵌入式系统设计、虚拟仪器技术等：高收入精英们必须掌握的知识。 null 五、考研的相关学校 本专业隶属于仪器科学与技术一级学科，可以在测试计量技术及仪器、机械电子工程、控制理论与控制工程、检测技术与装置以及跨学科的计算机应用技术等硕士点招收硕士研究生，每年均有许多毕业生考取硕士研究生。希望广大同学做好准备、打好基础，报考本专业的研究生。 由于测控专业对学生的综合应用能力，动手能力及创新设计能力的要求较高，社会上对测控专业的研究生特别是博士生是人才稀缺，求贤若渴，一人难求。 主要考研课程：模拟电子、微机原理与接口、单片机原理及应用、自动控制原理、信号与系统。null谢谢各位！