【正文】 第一篇：測控技術(shù)與儀器專業(yè)概論測控技術(shù)與儀器專業(yè)摘要：簡述儀器儀表與高新技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的關(guān)系；簡述MEMS技術(shù)與微型力學傳感器；展望智能傳感器與網(wǎng)絡(luò)智能哈的應用；闡述計量科學與本專業(yè)的聯(lián)系關(guān)鍵詞：儀器，高新技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)；MEMS技術(shù)，微型力學傳感器；智能傳感器，網(wǎng)絡(luò)智能化；計量科學，量子單位制。、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的聯(lián)系儀器是認識物質(zhì)世界的工具，它的主要作用在于測量和控制兩方面。測量是為了確定量值，而控制是指在精準測量的基礎(chǔ)上跟蹤對象，傳送信息，反饋狀態(tài)并由此控制對象的動作。著名科學家錢學森曾指出，“發(fā)展高新技術(shù)信息技術(shù)是關(guān)鍵，信息技術(shù)包括測量技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)。而測量技術(shù)是關(guān)鍵和基礎(chǔ)?！笨茖W是從測量開始的，而測控技術(shù)與儀器專業(yè)所代表的儀器科學與技術(shù)學科，在經(jīng)濟和科技發(fā)展中的作用是不可估量的。儀器儀表是工業(yè)生產(chǎn)的“倍增器”，科學研究的“先行官”，軍事作戰(zhàn)的“戰(zhàn)斗力”，社會生活的“物化官”，這些無一不體現(xiàn)儀器儀表的在各個領(lǐng)域中的地位。儀器科學與技術(shù)學科最顯著的技術(shù)特征就是“精確”。所謂精確，即信息屬性完整、量值準確。儀器技術(shù)主要研究信息轉(zhuǎn)換、處理、控制、傳輸、儲存、顯示與應用等技術(shù)，并達到最終獲取信息的目的。所以儀器科學是多學科理論為基礎(chǔ)，多學科交叉的一門邊緣科學。所以，儀器科學對各種高新技術(shù)都相當敏感，并且集各種高新技術(shù)于一身的應用型技術(shù)。早期儀器多為機械機構(gòu)，而后又逐漸引入光學技術(shù)，形成光、機一體結(jié)構(gòu)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)也逐漸成為儀器科學中的重要部分，于是儀器設(shè)計中又不斷引進先進的光學、激光技術(shù)，使得儀器向光、機、電結(jié)合的方向發(fā)展。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，儀器儀表更加智能化，同時尖端現(xiàn)代儀器還結(jié)合了生物技術(shù)、材料科學等。儀器也不再是單純的采集數(shù)據(jù)的工具，它同時兼?zhèn)湫盘杺鬏?、信號處理以及控制。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)、納米技術(shù)的發(fā)展，測量控制與儀器技術(shù)有虛擬化、遠程化和微型化的發(fā)展趨勢。各種高新技術(shù)為儀器技術(shù)提供了新原理、新材料、新工藝，使儀器技術(shù)學科交叉性與邊緣學科屬性的特點越來愈鮮明。為什么把儀器科學與技術(shù)定位成信息技術(shù)，而且是信息技術(shù)中的源頭技術(shù)呢？信息獲取是靠一起來實現(xiàn)的。一條完整的信息鏈的構(gòu)成是“信息獲取——信息處理——信息傳輸”，如果不能獲取準確的信息，那么信息的各種處理如存儲、傳輸?shù)榷际チ艘饬x。因此，信息的準確獲取是信息技術(shù)的基礎(chǔ)。而儀器正起到了不可或缺的信息源的作用。儀器儀表發(fā)展的核心在于提高測量控制的技術(shù)指標和功能。具體而言，包括：（1）技術(shù)指標不斷提高（檢測范圍，測量精度，測量速度，環(huán)境適應度等）；（2）測量單元的微型化、智能化；（3）測控范圍的立體化、全球化，測量控制的系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化；（4）便攜式、手持式以及適應各種不同的特殊需要的儀表的大量發(fā)展。在以信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)思想來指導儀器儀表的設(shè)計與應用的情況下，傳統(tǒng)儀器的結(jié)構(gòu)在不斷演變并產(chǎn)生了新的突破?，F(xiàn)在，儀器儀表本身的硬件和軟件的界限已經(jīng)模糊化了，儀器儀表設(shè)計的主要基礎(chǔ)是它的軟件，而不是傳統(tǒng)儀器儀表的硬件，這就是所謂的“虛擬儀表”?？梢哉f，這是一起領(lǐng)域內(nèi)的一次革命！實際上，它是一種基于計算機的數(shù)字化測量測試的儀器，利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。而其最大的特點，就是用戶能根據(jù)自己的應用需求，設(shè)計自己的儀器系統(tǒng)。另外，虛擬儀器能夠與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，將虛擬儀器實時測量的數(shù)據(jù)上傳。當然，虛擬儀器本身不完全脫離硬件。如采集的本身是以硬件作為基礎(chǔ)。虛擬儀器只是更為強調(diào)于計算機的融合度。而且相比傳統(tǒng)儀器，虛擬儀器在測量速度、測量精度上也有一定差距。那么，是什么直接決定了獲取信息的質(zhì)量，關(guān)系到整個測試系統(tǒng)精度？答案是傳感器。傳感器作為現(xiàn)代測試系統(tǒng)中的首要環(huán)節(jié)而占有重要地位；而在基礎(chǔ)科學研究中，傳感器具有突出地位，許多重大的科學發(fā)現(xiàn)往往都源于一種新的傳感測試手段的發(fā)明。在某些極端技術(shù)領(lǐng)域，如超高溫、超低溫、超強磁場、超弱磁場等，要獲取大量的感官無法獲取的信息，沒有相應的傳感器是不可能的。軍事領(lǐng)域中，傳感器是決定武器的性能和實戰(zhàn)能力的重要因素，如洲際導彈慣性制導用的加速計傳感器，其精度可達萬分之一，保證了高精度命中能力。MEMS技術(shù)即微電子機械，又稱微機電系統(tǒng)。它是在微電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但又區(qū)別于微電子技術(shù)。在21世紀，MEMS技術(shù)將對人類社會產(chǎn)生革命性的影響，是關(guān)系國民經(jīng)濟建設(shè)和國家安全保障的戰(zhàn)略高科技。MEMS時美國建立在半導體技術(shù)基礎(chǔ)上的稱謂，而更強調(diào)系統(tǒng)概念的歐洲稱之為為系統(tǒng)，在精密機械加工方面有傳統(tǒng)優(yōu)勢的日本則稱之為微機械。MEMS是一種典型的多學科交叉的前沿性的高科技研究領(lǐng)域，它設(shè)計自然科學和工程技術(shù)的方方面面，如電子工程、機械工程、生物工程、物理科學、化學科學和材料科學等，可廣泛地應用于航空、航天、軍事、光通信、無線通信和生物醫(yī)學等人類生產(chǎn)生活的諸多方面，被認為是面向21世紀的新興技術(shù)乃至主導技術(shù)之一。MEMS測試技術(shù)主要包括幾何量、機械量、材料特性、力學特性、熱學特性、電學特性、光學特性及聲學特性等參數(shù)的測試。以上參數(shù)的測試又可分別歸屬到兩大類，即通用特性測試技術(shù)和專用特性測試技術(shù)。MEMS通用特性測試技術(shù)主要指與微結(jié)構(gòu)相關(guān)的測試，主要包括幾何量（如幾何尺寸及三維形貌）、機械量（如運動位移、運動速度和諧振頻率）、材料特性（如硬度）及力學特性、溫度場分布等方面的測試。MEMS專用特性測試技術(shù)根據(jù)MEMS力學傳感器、光MEMS、射頻MEMS等不同功能MEMS器件的要求，重點是力學特性、電學特性、光學特性及聲學特性等綜合參數(shù)的測試。在前沿傳感技術(shù)中，微電子機械系統(tǒng)對精密測試技術(shù)提出了新的要求，MEMS測試技術(shù)已經(jīng)成為MEMS設(shè)計、仿真、制造以及質(zhì)量控制和評價的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。MEMS具有結(jié)構(gòu)尺寸小和集成度高等特點，研制精度高、簡單便捷和成本低的精密測試手段已經(jīng)成為MEMS發(fā)展的迫切需要。面向微結(jié)構(gòu)的MEMS通用特性測試技術(shù)按照實現(xiàn)方式可分為接觸式和非接觸式，按照測試原理又可分為光學測試非光學測試。由于MEMS具有結(jié)構(gòu)尺寸小、集成度高和運動頻率高等特點，而非光學測試方法一般都要求在被測結(jié)構(gòu)上附加相應的傳感元件，這會影響微結(jié)構(gòu)的完整性和機械特性，將導致不可預計的測量誤差。而光學測試技術(shù)具有非接觸、快速、高靈敏度、高精度和抗干擾能力強的有點，可實現(xiàn)大視場的測量，能夠很好地滿足MEMS測試的要求，因此光學測試技術(shù)在MEMS測試中處于主導地位。對MEMS的機械運動參數(shù)（如位移、速度、振幅和頻率等）進行精確的測試已經(jīng)成為MEMS發(fā)展的迫切需求。目前采用的微機械量測試方法主要有電測法和光測法等。為機械的特征尺寸一般為毫米級乃至亞微米量級，遠小于宏觀機械，故微機械的動態(tài)特性很容易被測試過程所干擾。由于光學測試方法屬于非接觸測量，同時又具有分辨率好和精度高等特點，目前已經(jīng)成為微機械量測試領(lǐng)域的研究熱點?！⑿土W傳感器微型力學傳感器是MEMS技術(shù)最早取得成功的領(lǐng)域。硅有良好的力學性能和力學傳感特性，而且便于加工，是目前微型力學傳感器的主要構(gòu)成材料。微型力學傳感器根據(jù)被測量，又可細分為壓力傳感器、應力傳感器、力矩傳感器、流量傳感器和慣性（角速度和加速度）傳感器等幾類。以下簡單介紹下微型壓力傳感器以及微型慣性傳感器。壓阻式壓力傳感器。目前大多數(shù)商品化的壓力傳感器均有采用。電容式壓力傳感器。它是根據(jù)電容器兩塊電極板之間距離的變化導致的電容值的變化來測量壓力變化。諧振式壓力傳感器。它是通過檢測微機械諧振梁諧振頻率的變化來實現(xiàn)壓力的測量。而至于未來的發(fā)展趨勢，微型壓力傳感器在生物醫(yī)療中的應用是當前該領(lǐng)域的熱點，其主要用于人體血管及腦內(nèi)壓力的監(jiān)控，脈血壓以及尿道、膀胱、子宮等內(nèi)壓力的測量，心室壓力波形的檢查研究和腸胃壓力的短期監(jiān)控等等[3]。微型慣性傳感器，包括微加速度計和微陀螺，是利用物體的慣性性質(zhì)來測量物體運動情況的一類傳感器。這類傳感器在進行輪船、飛機、航天器和武器的導航、制導、姿態(tài)控制和慣性測量上應用性很強。與衛(wèi)星導航不同，慣性傳感器導航不受外界條件的影響，完全通過記錄自身運動情況來完成定位，而衛(wèi)星導航又常常受到地理環(huán)境或人為因素的破壞、干擾導致