测控技术与仪器(课程介绍)

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。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。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。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、毕业教育三.课程介绍1.传感器技术2.微机原理与接口3.测控电路4.自动控制原理5.机电传动控制6.PLC7.单片机8.虚拟仪器9.检测仪表与过程控制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。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。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。（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。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。辅助电源敏感元件转换元件基本转换电路被测量敏感元件: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。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。（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。（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。微型计算机系统的组成硬件微型机系统外围设备过程控制I/O通道A/D,D/A转换器开关量等外部设备键盘、鼠标等输入设备显示器、打印机等输出设备软驱、硬盘及磁带等外存储器主机输入输出(I/O)接口电路微处理器(CPU)运算器(算术逻辑运算单元ALU)控制器(控制单元CU)寄存器阵列(RA)内存储器RAM,ROM,EPROMEEPROM,Cash等系统软件软件用户（应用）软件地址总线AB定时电路输入设备输出设备I/O接口ROMRAM数据总线DB控制总线CB微处理器(CPU)&74LS138ABC8253D0A0…CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2D7D7～D0RDWRA1CS0Y1G2BG2AG≥1&A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A15IOWIOR…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。（2）主要内容传感器测量控制电路执行机构内容包括：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。指令传感器电路传感器显示执行机构计算机锁存器计数器转换电路脉冲当量放大器整形电路细分电路手动采样锁存指令辨向电路增量码数字式测量电路的基本组成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。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（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。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。控制系统的性能和典型测试信号（3）学习方法①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。②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。③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。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。（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。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