测控专业概论

null 测控技术与仪器 专业概论 测控技术与仪器 专业概论 主讲 李恒文 教授，戴 文 教授 徐克宝 教授，宁廷群 教授 魏绍亮 副教授/博士， 吴清收 副教授 李洪宇 博士 仉 毅 博士 郭素敏 博士（在读） 第一讲 测控专业的培养及知识结构 第一讲 测控专业的培养及知识结构 1.仪器科学与技术学科概述3.知识结构与课程体系2.学科交叉与综合4.我校本科“测控”专业培养 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 5.服务对象与就业6. “诺贝尔奖”的项目STM简介7.测量控制与仪器仪表工程师的认证1.“仪器科学与技术”学科概述1.“仪器科学与技术”学科概述教育部“仪器科学与技术学科”教学指导委员会 负责本学科的发展研究，制定研究生/本科的培养计划规范、组织教学研究和指导教学改革等工作。 主任单位：天津大学 主任委员：天津大学副校长 胡小唐 教授 副主任委员： 上海理工大学工程院院士 庄松林 教授 清华大学精仪系主任 丁天怀 教授 北京理工大学 陈祥光 教授 秘书长：天津大学精仪学院党委书记 曾周末 教授 山东省的委员： 山东理工大学校长 张新义 教授 山东大学校长助理 贾 磊 教授 学科组成与层次学科组成与层次一级学科：仪器科学与技术 （设博士/硕士点） 二级学科： 测试计量技术及仪器（设博士/硕士点） 　　　　　精密机械及仪器 （设博士/硕士点） 工程硕士专业：仪器仪表工程（授权领域） 本科专业：测控技术与仪器 1.“仪器科学与技术”学科概述历史沿革历史沿革1952年，天津大学、浙江大学，开始筹建“精密机械仪器专业”和“光学仪器专业” ； 1953年，北京理工大学，创建“军用光学仪器”专业； 1958年，清华大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学、东南大学、合肥工业大学、北京航空航天大学等30多所学校，相继筹建精密仪器专业； 按前苏联的模式，设：计量仪器、光学仪器、计时仪器、分析仪器、热工仪表、航空仪表、电子测量仪器、科学仪器等十多个专业。 主要服务对象：军工、电子、航空、航海、精密测量、光学仪器、电子仪器等于领域 1998年教育部新的专业目录中 “测控技术与仪器”合并的专业 1998年教育部新的专业目录中 “测控技术与仪器”合并的专业精密仪器 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 检测技术与精密仪器 测控技术与仪器 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 设有“测控技术与仪器”的主要院校设有“测控技术与仪器”的主要院校【北京市12】清华大学、北京科技大学、北京交通大学、北京理工大学、北京航空航天大学、中国矿业大学(北京)、北京化工大学、北京工业大学、中国地质大学、北京信息科技大学、北京邮电大学、北京石油化工学院 【天津市4】天津大学、天津理工学院、天津科技大学、天津职业技术师范学院 【上海市5】上海交通大学、华东理工大学、上海大学、上海理工大学、上海电力学院 【重庆市4】重庆大学、重庆工商大学、重庆邮电大学、重庆工学院 【河北省10】河北工业大学、北华航天工业学院、华北电力大学、河北科技大学、燕山大学、河北理工学院、河北大学、河北建筑科技学院、石家庄铁道学院、河北农业大学 【山西省3】中北大学、太原理工大学、太原科技大学 【内蒙古自治区2】内蒙古工业大学、 内蒙古科技大学 【辽宁省12】大连理工大学、大连海事大学、东北大学、辽宁大学、沈阳工业大学、辽宁工程技术大学、大连交通大学、沈阳工业学院、沈阳化工学院、辽宁工业大学、辽宁石油化工大学、辽宁科技大学 【吉林省5】吉林大学、长春理工大学、东北电力学院、长春工业大学、吉林化工学院 【黑龙江省4】哈尔滨工业大学、哈尔滨工程大学、哈尔滨理工大学、大庆石油学院 【江苏省15】东南大学、中国矿业大学、南京理工大学、南京航空航天大学、南京邮电学院、南京工程学院、南京师范大学、苏州大学、扬州大学、南京工业大学、南通大学、常州工学院、华东船舶工业学院、淮阴工学院、南京林业大学 设有“测控技术与仪器”的主要院校设有“测控技术与仪器”的主要院校【浙江省4】浙江大学、中国计量学院、杭州电子科技大学、浙江工程学 【安徽省6】中国科学技术大学、安徽大学、合肥工业大学、安徽工业大学、安徽理工大学、安徽工程科技学院 【福建省3】厦门大学、华侨大学、集美大学 【江西省5】南昌大学、南昌航空大学、华东交通大学、江西理工大学、东华理工大学 【山东省6】山东科技大学、青岛科技大学、山东理工大学 、山东大学、烟台大学、青岛理工大学 【河南省8】郑州大学、河南大学、河南理工大学、华北水利水电学院、河南科技大学、郑州轻工业学院、中原工学院、南阳理工学院 【湖北省9】武汉大学、华中科技大学、武汉理工大学、湖北工业大学、武汉化工学院、湖北科技大学、中国地质大学、江汉大学、武汉科技学院 【湖南省5】国防科技大学、中南大学、湖南大学、湘潭大学、湖南科技大学 【广东省1】广东工业大学 【广西壮族自治区2】桂林电子科技大学、广西工学院 【四川省8】四川大学、电子科技大学、西南交通大学、成都理工大学、西南石油学院、成都信息工程学院、西华大学、四川理工学院 【贵州省1】贵州大学 【云南省1】昆明理工大学 【陕西省12】西安交通大学、西北工业大学、西安电子科技大学、西安理工大学、陕西科技大学、西安工业学院、西安石油大学、西安工程科技学院、陕西理工学院、西安邮电学院、西安建筑科技大学、西安科技学院 【甘肃省3】兰州大学、兰州交通大学、兰州理工大学 【宁夏回族自治区1】西北第二民族学院 山东设有“测控”专业的学校山东设有“测控”专业的学校本科：测控技术与仪器 　 山东科技大学、青岛科技大学、山东理工大学、山东大学、烟台大学、青岛理工大学。 具有本学科硕士学位授予权的学校 山东科技大学、青岛科技大学、山东理工大学 山东大学，设置了本科专业“测控技术与仪器” ，但硕士研究生靠挂在控制科学与工程学科下的二级学科:“检测技术与自动化装置”专业招生。 学科内涵与作用学科内涵与作用仪器科学与技术，是一门研究信息的获取、测试和控制技术的工程性应用学科。 学科研究的重点，是信息检测、信息处理、信息传输和信息利用的理论和技术，是对物质世界的信息进行测量与控制的技术基础。 测控技术与仪器本科专业定性：是研究信息获取技术中的信息检测、传输、处理与利用的理论及应用技术的综合性专业。 一位诺贝尔奖获得者说过：“现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展。” 　2.学科交叉与综合2.学科交叉与综合学科所涉及的知识面 物理学、化学、生物学、材料学、机械学、光学、电学、计算机、自动化、通信等多学科知识，是多学科技术交叉的综合性学科。 仪器科学与技术学科涵盖的范围 自动检测技术、自动化仪表；测试、分析技术及科学仪器；计量仪器仪表；医疗仪器；专用检测技术及测量仪器；传感器、元器件、制造工艺和材料及基础科学技术。 主干学科 仪器科学与技术学科 与本学科教育相关的学科与本学科教育相关的学科 光学工程学科 机械工程学科 电子信息工程学科 计算机科学与技术学科 控制科学与工程学科 相关学科相关学科 光学工程学科 光学测量、光电测试、光学仪器的技术基础。 课程设置的目的：学习光学原理、光学仪器设计、光电测试、光电信息获取与传输的理论和应用技术。 机械工程学科 仪器结构设计基础 课程设置的目的：学习精密机械原理，仪器构架设计、运动传递、量值传感等内容。相关学科相关学科电子信息工程学科 信号处理技术基础 课程设置的目的：学习信号获取、变换、传输以及设备的控制、驱动和执行功能的基础理论和应用技术。计算机科学与技术 信息处理与智能化基础 课程设置的目的：学习计算机软硬件技术、数字信息处理、网络技术等，建立仪器智能化、数字化、虚拟化、网络化的基础。 相关学科相关学科控制科学与工程学科 控制理论和技术基础 课程设置的目的：学习自动控制理论和相关控制技术，建立系统控制概念和方法。 3.知识结构3.知识结构2007年，教育部委托“仪器科学与技术教学指导委员会”，制定了“高等学校仪器科学与技术学科本科专业教学规范”，并提出了技术型、研究型两个版本： 研究型，分配应适当加强基础课程和专业基础课程，实践教育环节要注重学生研究能力和创新意识的培养。 技术型：培养计划的学时分配应适当加强应用技术方面的专业课程，实践教育环节要注重工程实践能力和创新意识的培养，注重提高学生应用所学专业知识的能力。 ”专业规范“ ，明确了仪器科学与技术学科本科教育的培养目标和专业教育知识体系，体现了培养基础厚、知识面宽、能力强、素质高的多模式专业人才的指导思想。”专业规范“提出了“保障共同基础，鼓励创新，支持特色”的原则，鼓励各学校制定出符合自己特色的培养计划。 知识结构的三大部分知识结构的三大部分由通识教育、专业教育和综合教育三大部分组成： 学科基础知识电子技术基础类课程计算机技术基础类课程信息获取信息处理信息传输信息利用专业基础知识 传感器及信号检测类课程误差分析与信号处理类课程测控总线及通信技术类课程计算机控制及仪器仪表类课程专业知识 可根据不同学校的实际情况与专业特色选择以下各类课程： 测试理论与技术类课程、精密机械与仪器类课程、微机电系统与微加工工艺类课程、光学测量与仪器类课程、数字图像采集与处理类课程、智能化应用技术类课程、仪器仪表与综合测试类课程、先进器件与系统设计类课程等机械工程技术基础类课程光学工程技术基础类课程 信息流 教学与实践体系分配安排表（技术型） 教学与实践体系分配安排表（技术型） 教学与实践体系分配安排表（研究型） 教学与实践体系分配安排表（研究型） 专业知识体系专业知识体系十个核心 知识点 高中化学知识点免费下载体育概论知识点下载名人传知识点免费下载线性代数知识点汇总下载高中化学知识点免费下载 十个核心知识点电路、信号与系统测控电子技术基础精密机械学基础工程光学传感器与检测技术误差理论与数据分析嵌入式系统技术控制理论与技术信号分析与处理测控系统集成技术学科基础知识专业基础知识核心知识点 实践能力培养体系（技术型） 实践能力培养体系（技术型） 创新能力训练体系 创新能力训练体系 4.我校本科“测控”专业培养计划4.我校本科“测控”专业培养计划四年的总学分 ： 175学分（含创新4学分） 通识教育基础课（42%） ：68学分/1200学时（必） 5学分/80学时（人文类选） 专业基础课（25%）：32学分/540学时 （必） 12学分/200学时（选） 专业课（10%）： 公共专业课 5学分/90学时（必） 8学分/136学时（选） 方向专业课 5学分/90学时 （必） 实践教学（20%）：36学分 生产实习、毕业实习、毕业设计、课程设计 创新（2%）：4学分（业余） 入学教育+军训 （2） 、公益劳动（1） 通识教育基础课通识教育基础课大学英语 、物理、物理实验、大学语文、体育 人文社科类课程公共选修课（5学分） 政治理论课：马克思主义基本原理，毛泽东思想、邓小平理论和“三个代表”重要思想概论，中国近现代史纲要 ，思想道德修养与法律基础 数学 数学高考答题卡模板高考数学答题卡模板三年级数学混合运算测试卷数学作业设计案例新人教版八年级上数学教学计划 课：高等数学A，线性代数 ，概率论与数理统计，积分变换 计算机基础课： 计算机技术基础（C语言程序设计），计算机应用基础（Visual C++ 程序设计），计算机文化基础 专业基础课 专业基础课 机：精密机械设计基础（H）、工程制图 电：电路基础（H） 、模拟电子技术/数字电子技术（H） 、在系统编程技术 计：微机原理/单片机原理/嵌入式系统原理与应用（H） Visual Basic 程序设计、计算机网络技术、数字信号处理器及应用（DSP） 控：自动控制原理（H） 光：工程光学基础（H） 信：误差与数据处理（H） 、信号与系统 /数字信号处理（H） 管：质量管理技术 *注： “H” 为核心知识课程，绿色为必修课程，其它为选修课程。 专业课 （分方向：检测技术与仪器、控制技术与仪表 ）专业课 （分方向：检测技术与仪器、控制技术与仪表 ）公共专业课（5学分） 感测：传感器与检测技术（H），精密测控与系统 控：机电传动控制，可编程控制器原理及应用 光：光电检测技术，激光原理与技术 电：测控电路，电力电子 信：多传感器融合技术，计算机视觉技术 仪：虚拟仪器设计，电子测量 方向专业课（5学分） 检测技术与仪器方向 仪：测控仪器设计，测控仪器现代系统集成技术（H） 控制技术与仪表方向 控：微机控制技术， 仪：自动检测技术与仪器 专业介绍：测控专业概论实践环节实践环节实习、毕业设计（24周，1学分/周） 金工实习（2周） 电子工艺实习（含DXP绘图训练） （1周） 生产实习（3周） 毕业实习（2周） 毕业设计（16周） 实践环节实践环节课程设计与综合实验技能训练（12周，1学分/周） Windows编程（VC）课程设计与综合实验技能训练 （1周） 电路课程设计与综合实验技能训练期性 （1周） 模拟电子课程设计与综合实验技能训练 （1周） 数字电子课程设计与综合实验技能训练 （1周） 微机原理及应用课程设计与综合实验技能训练 （1周） 在系统编程技术课程设计与综合实验技能训练 （1周） 单片机课程设计与综合实验技能训练 （1周） 传感器检测技术课程设计与综合实验技能训练 （1周） 虚拟仪器课程设计与综合实验技能训练 （1周） 机电传动课程设计与综合实验技能训练 （1周） 测控仪器课程设计与综合实验技能训练（检测技术方向） （2周） 微机控制课程设计与综合实验技能训练（控制技术方向 ）（2周）相近专业课程比较相近专业课程比较5.服务对象与就业5.服务对象与就业仪器仪表分类 自动化仪表和控制系统 用于工业生产现场（炼油、化工等）监测及自动控制的测量仪表和控制装置，如DDZ-Ⅱ、PID调节器。 科学仪器 分析仪器：质谱仪、核磁共振波谱仪、色谱仪、色谱质谱联用仪、等离子光谱仪、污水监测仪、气体和烟雾监测仪、高性能荧光光谱仪等； 光学仪器：显微镜、大地测绘仪器、光学计量仪器、物理光学仪器及光学测试仪器等； 试验机：金属材料试验机、非金属材料试验机、无损探伤仪及动平衡机等； 实验室仪器：精密天平、干燥箱、真空仪器、应变仪、环境试验仪器、热量计及声学仪器等。 仪器仪表分类仪器仪表分类医疗仪器：X射线诊断仪器、 B型超声诊断仪、核磁共振成像仪器、病员监护仪、心电图记录仪、呼吸机、麻醉机、内窥镜、手术无影灯等。 电子与电工测量仪器：各种类型的电工测量仪器仪表和电子测量仪器，如电能表、频谱仪等。 。 专用仪器仪表：汽车专用仪表、水质测量专用仪表、空气污染测量专用仪器、农林牧渔专用仪器仪表、地质勘探和地震预报专用仪器、核幅射测量仪器、商品质检仪器仪表、出入境检测仪等。 社会对仪器仪表人才的需求社会对仪器仪表人才的需求我国国民经济，在现阶段是快速发展的时期，对仪器仪表的需求较大，约年增长率在15%左右；） 近几年我国仪器市场状况 2006年2185亿元； 2007年2512亿元； 2008年2899亿元； 2009年突破3000亿元。 我国对进口仪器仪表的总量 2006年131亿美元； 2007年142亿美元； 2008年153亿美元； 2009年162亿美元。 青岛海克斯康（外资占90%），每年的销售额都在10亿元左右。香港凤凰卫视2010.4.16报道香港凤凰卫视2010.4.16报道 2009年就业收入最高： 科学仪器设备生产业 90万港元/年 银行 80万港元/年 大学助理教授 60万港元/年“测控”专业可就业的行业“测控”专业可就业的行业生产过程自动化：化工、酿造、造纸等； 仪器仪表生产领域：分析仪器，科学仪器，电工电子仪器等； 医院：医疗仪器、电子设备的维护等。 安全监测监控领域：煤矿压力、水文、瓦斯检测等。 生产线产品包装与质量检测：灌装、包装、标码识别、图像识别等； 传感器与变送器 ：温度、压力、流量等。社会对人才素质的要求社会对人才素质的要求招聘单位考查的内容 学校的影响力、专业（主要课程）、学习成绩、英语级别、奖学金、参加科研/创新/实践活动、等级证书、学生干部/党员。 走向社会所具有的个人素质 能力：动手、思维、交际、合作、组织管理,材料组织与语言表达，专业基础； 精神：钻研、敬业、吃苦耐劳、贡献； 心理素质：适应社会、服从单位,抗挫折； 职业道德：对企业忠诚，为公司技术保密，不在任何场合损毁公司，不因个人影响公司信誉，不损人利己，不见利忘义； 体格：强壮、适应现场的需要。6. “诺贝尔奖”的项目STM简介6. “诺贝尔奖”的项目STM简介扫描隧道显微镜( scanning tunneling microscope,STM) 1982年，IBM公司苏黎世实实验室的宾尼(Binnig)和罗雷尔(R0hrer)等人利用量子隧穿机理研制; STM具有极高的空间分辨率(平行和垂直于表面的分辨力分别达到了单个原子级尺度—0.1nm和0.01nm);能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态以及与表面电子行为有关的物理、化学性质。 应用于表面科学、材料科学和生命科学等研究领域。 为表彰STM发明者对科学研究的杰出贡献，1986年宾尼和罗雷尔被授予诺贝尔物理学奖，STM是20世纪80年代世界十大科技成就之一。 STM实物照片STM实物照片STM主要构成STM主要构成顶部直径约为50～100nm的极细金属针尖(金属钨针尖); 用于三维扫描的三个相互垂直的压电陶瓷(Px，Py，Pz); 用于扫描和电流反馈的控制器STM的基本原理 STM的基本原理 STM利用了量子的隧道效应，用金属针尖在样品的表面上进行扫描，并根据量子隧道效应来获得样品表面的图像。 通常扫描隧道显微镜的针尖与样品表面的距离非常接近(大约为0.5～1.0nm),所以它们之间的电子云互相重叠。 当在它们之间施加一偏置电压Vb(约为2mv-2v)时，电子就可以因量子隧道效应由针尖)转移到样品，在针尖与样品表面之问形成隧道电流。 隧道电流与针尖和样品表面之间的距离s成指数关系，电流对针尖和样品表面之间的距离s变化非常敏感。若距离减小到0.1nm，隧道电流将会增加10倍。STM的两种工作模式STM的两种工作模式恒电流模式 在STM图像扫描时始终保持隧道电流恒定，它利用反馈回路控制针尖和样品之间距离的不断变化来实现。用于观察表面形貌起伏较大的样品。 恒高度模式 始终控制针尖的高度不变，并取出扫描过程中针尖和样品之间电流变化的信息，来绘制样品表面的原子图像。7.测量控制与仪器仪表工程师的认证7.测量控制与仪器仪表工程师的认证测量控制与仪器仪表工程师,是测控领域的主要工程技术人员，各行各业和社会发展都需要高水平的专业技术人员 。 开展工程师资格认证，对用人单位量才录用、以及测控专业技术人员的择业有较好的资质作用。 测量控制与仪器仪表工程师统考的主要课程 测量控制与仪器仪表现代系统集成技术 丁天怀等 清华大学出版社 测量控制与仪器仪表前沿技术及发展趋势 林玉池 天津大学出版社 包含：模拟/数字电子、电工电子测量仪表、智能仪器、虚拟仪器、传感与检测技术、光电检测技术、计算机测控系现场总线测控系统、网络测控系统等内容。 中国仪器仪表学会开展工程师资格认证的工作 中国仪器仪表学会（成立于1979年4月），是国内仪器仪表、测量控制与自动化领域权威的学术团体，是中国科学技术协会的组成部分。 经中国科学技术协会批准，从2005年正式开展测量控制与仪器仪表工程师资格认证工作。 null 2011.05.01