测控技术与仪器专业概论

测控技术与仪器专业概论

摘要：本文介绍了测控技术与仪器专业（Measuring and Control Technology and Instrumentations）的概况、应用与其发展历程，描述了测控技术的基本概念、重要理论及应用，介绍了仪器技术的相关知识，还叙述了新型传感器技术与虚拟仪器技术等。

1.测控技术与仪器专业概况

1.1.测控技术与仪器专业的专业定位

测控技术与仪器专业，是一门研究信息的获取和处理，以及对相关要素进行控制的理论与技术。“测控技术与仪器”是指对信息进行采集、测量、存储、传输、处理和控制的手段与设备，包含测量技术、控制技术和实现这些技术的仪器仪表及系统。

测控技术与仪器专业属于工程技术专业，是建立在精密机械、电子技术、光学、自动控制和计算机技术的基础上，以工为主、多学科综合的专业，它主要研究各种精密测试和控制技术的新原理、、新方法和新工艺。近年来，计算机技术在测控技术的应用研究中呈现出越来越重要的地位。

测控技术是直接应用于生产生活的应用技术，它的应用涵盖了“农轻重、海陆空、吃穿用”等社会生活各个领域。仪器仪表技术是国民经济的“倍增器”，科学研究的“先行官”，军事上的“战斗力”以及法制法规中的“物化法官”。计算机化的测试与控制技术以及智能化得精密测控仪器与系统是现代化工农业生产、科学技术研究、管理检测监控等领域的重要标志和手段，发挥着越来越重要的作用。

1.2测控技术与仪器专业的学科定位

测控技术与仪器专业涉及仪器学、电子学、光学、精密机械、计算机、信息与控制技术等多项技术，这些技术涉及多个学科领域。

测控技术与仪器专业属于仪器仪表类的本科教育层次，属于工学范畴中的仪器仪表类专业。测控技术与仪器专业的主干学科是：仪器科学与技术学科、电子信息工程学科、光学工程学科、机械工程学科、计算机科学与技术学科。测控技术专业的相关学科是：控制科学与工程学科、信息与通信工程学科。

测控技术与仪器是多学科技术交叉融合的典型之一。信息论、控制论、系统论是测控专业的理论基础，信息技术、控制技术、系统网络技术是测控专业的基本技术，多学科交叉及多系统集成是测控专业的显著特点。

当今世界已进入信息时代，测控技术、计算机技术和通信技术并称信息科学技术的三大支柱，而测控技术是信息技术的源头，是信息流中的重要一环，为信息技术的发展发挥着不可替代的作用。仪器仪表是多学科交叉的综合性、边缘性学科，以信息的获取为主要任务，并综合有信息的传输、处理和控制等基础知识及应用，“仪器仪表是信息产业的重要组成部分，是信息工业的源头。”

1.3测控技术与仪器专业的应用

测控技术是一门应用性技术，广泛用于工业、农业、交通、航海、航空、军事、电力和民用生活各个领域。随着生产技术的发展需要，测控技术从最初的控制单个及其、设备，到控制整个过程，乃至系统，特别是在当今现代科技领域的尖端技术中，测控技术起着至关重要的作用。

冶金工业中，测控技术的应用有：炼铁过程的热风炉控制、装料控制与高炉

控制，轧钢过程的压力控制、轧机速度控制、卷曲控制等及其中使用的多种检测仪表等。

电力工业中，测控技术的应用有锅炉的燃烧控制系统、汽轮机的自动监控、自动保护、自动调节与自动程序控制系统与发动机的电力输入输出控制系统等。

煤炭工业中，测控技术的应用有：采煤过程的煤层气测井仪器、矿井空气成分检测仪器、矿井瓦斯检测仪、井下安全保障监控系统等，煤精炼过程的熄焦过程控制、煤气回收控制、精炼过程控制、生产机械传动控制等。

石油工业中，测控技术的应用有：采油过程的磁性定位仪、含水仪、压力计等支撑测井技术的各种测量仪表，炼油过程的供电系统、供水系统、供蒸汽系统、供气系统、储运系统和三废处理系统与其连续生产过程中大量参数的检测仪表等。

化学工业中，测控技术的应用有：温度测量、流量测量、液位测量、浓度、酸度、湿度、密度、浊度、热值及各种混合气体组分等参数测量需要的测量仪表与按照预定规律控制被控参数的控制仪表等。

机械工业中，测控技术的应用有：精密数字控制机床、自动生产线、工业机器人等。

航空航天工业中，测控技术的应用有：飞行器的飞行高度、飞行速度、飞行状态与方向、加速度、过载以及发动机状态等参数的测量，航天技术的航天运载器技术、航天器技术、航天测控技术等。

军事装备中，测控技术的应用有：精确制导武器、智能型弹药、军队自动化指挥系统（C4IRS系统）、外层空间军事装备（如各种军用侦察、通信、预警、导航卫星等等）。

1.4测控技术与仪器的发展历史

1.4.1测控技术的早期实践

某种意义上，人类在地球上诞生的第一天起，就为了自身的生存发展需要，为了对大自然及其规律的观察、探索、和利用，不断地发明各种人事世界和改造世界的相应工具，并产生了相应的科学研究和科学技术。但受知识积累和工艺条件所限，在很长的历史时期内大多属于定向、计时或度量衡用的简单仪器。

早期的测量仪器有：计时仪器——水钟、漏壶；定向仪器——指南针、司南；天文仪器——浑天仪；地震测量仪器——地动仪等等。

1.4.2测控技术的形成与发展

科学技术发展史实人类认识自然、改造自然的历史、也是人类文明史的重要组成部分。科学技术的发展首先取决于测量技术的发展。近代自然科学是从真正意义上的测量开始的。许多杰出的科学家梦都是科学仪器的发明家和测量方法的创立者。测量技术的进步直接带动着科学技术的进步。

·第一次科技革命时期

17~18世纪，测控技术初见端倪，欧洲的一些物理学家开始利用电流与磁场作用力制成简单的检流计，利用光学透镜制成望远镜，从而奠定了电学和光学仪器的基础。18世纪60年代，第一次科技革命开始于英国，直到19世纪，第一次科技革命扩展到欧美、日本，其间，一些简单的测量器具，如测量长度、温度、压力等的器具已经用于生活当中，创造了巨大的生产力。

·第二次科技革命时期

19世纪初电磁领域的一系列发展，引发了第二次科技革命。由于发明了测量电流的仪表，才使电磁学迅速走上正轨，获得了一个又一个长大的发现。电磁学