测控技术与仪器概论

我所了解的测控技术与仪器专业

李腾飞学号2015050038

（清华大学精仪系，北京100084）

摘要：简介测控技术与仪器，发展现状，测控和仪器仪表技术与计算机技术及微电子技术的关系，测控技术与仪器专业未来的发展方向。

关键词：仪器仪表，信息采集、获取、处理，计算机技术，微电子技术，

引言：所谓测控，就是指测量和控制，显然，它是与仪器密不可分的。培根说过：“没有测量就没有科学。”因此，我们现在所学的测控技术与仪器专业是科学的基石。那么，到底什么是测控技术与仪器呢？它是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；是电子、光学、精密机械、计算机、信息与控制技术多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科。

1：简介测控技术与仪器

随着科学技术的发展，仪器仪表从只能进行简单的测量、观察开始，已成为测量、控制和实现自动化必不可少的技术工具。21世纪以来，一大批当代最新的技术成果，如纳米级的精密机械研究成果、分子层次的现代化学研究成果、基因层次的生物学研究成果，以及高精密超性能特张功能材料研究成果和全球网络技术推广应用成果等相继问世，是仪器仪表领域发生了根本性的变革，促进了高科技化、智能花的新型仪器仪表时代的来临，测控技术与仪器应运而生。

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。

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。

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。

2：测控技术与仪器发展现状

(1)以自然基准溯源和传递 同时在不同量程实现国际比对。如果自己没有能力比对就要依靠其它国家。

(2)高精度。目前半导体工艺的典型线宽为0.25μm 并正向0.18μm过渡，2009年的预测线宽是0.07μm。如果定位要求占线宽的1/3，那么就要求10nm量级的精度 而且晶片尺寸还在增大，达到300nm。这就意味着测量定位系统的精度要优于3×10的-8次方 相应

的激光稳频精度应该是10的-9次方数量级。

(3)高速度。目前加工机械的速度已经提高到1m/sec以上，上世纪80年代以前开发研

制的仪器已不适应市场的需求。例如惠普公司的干涉仪市场大部分被英国Renishaw所占领其原因是后者的速度达到了1m/sec。

(4)高灵敏，高分辨，小型化。如将光谱仪集成到一块电路板上。

(5)标准化。通讯接口过去常用GPIB，RS232，目前有可能成为替代物的高性能标准是USB、IEEE1394和VXI。现在，术领先者设法控制技术标准，参与标准制订是仪器开发的

基础研究工作之一。

3：测控和仪器仪表技术与计算机技术及微电子技术的关系

现代测控技术是建立在计算机信息基础上的一门新兴技术，是测量技术、微电子技术、计算机技术等多种技术相互渗透、相互结合、综合发展的一门新兴学科。

自从迅猛发展的计算机技术及微电子技术渗透到测控技术与仪器仪表技术领域，便使该领域的面貌不断更新。相继出现的智能仪器，总线仪器和虚拟仪器等微机化仪器，都无一例外地利用计算机的软件和硬件优势，既增加了测量功能，有提高了技术性能。由于信号被采集变换成数字形式后，更多的分析和处理工作都由计算机来完成，自然的使人们不再去关注仪器与计算机之间的界限。近年来，新型微处理器的速度不断提高，采用流水线、RISC结构和cachE等先进技术，又极大提高了计算机的数值处理能力和速度。在数据采集方面，数据采集卡、仪器放大器、数字信号处理芯片等技术的不断升级和更新，也有效地加快了数据采集的速率和效率。与计算机技术紧密结合，已是当今仪器与测控技术发展的主潮流。对微机化仪器作一具体分析后，不难见，配以相应软件和硬件的计算机将能够完成许多仪器、仪表的功能，实质上相当于一台多功能的通用测量仪器。这样的现代仪器设备的功能已不再由按钮和开关的数量来限定，而是取决于其中存储器内装有软件的多少。从这个意义上可认为，计算机与现代仪器设备日渐趋同，两者间已表现出全局意义上的相通性。

总线式仪器、虚拟仪器等微机化仪器技术的应用 使组建集中和分布式测控系统变得更为容易。但集中测控越来越满足不了复杂、远程（异地）和范围较大的测控任务的需求对

此组建网络化的测控系统就显得非常必要，而计算机软、硬件技术的不断升级与进步、给组建测控网络提供了越来越优异的技术条件。Unix、WindowsNT、Windows2000、Netware 等网络化计算机操作系统，为组建网络化测试系统带来了方便。标准的计算机网络协议，如OSI的开放系统互连参考模型RM、Internet上使用的TCP/IP协议，在开放性、稳定性、

可靠性方面均有很大优势，采用它们很容易实现测控网络的体系结构。在开发软件方面 比如NI公司的Labview和LabWindows/CVI,HP公司的VEE，微软公司的VB、VC等 都有

开发网络应用项目的工具包。软件是虚拟仪器开发的关键 如Labview和LabWindows CVI 的功能都十分强大 不仅使虚拟仪器的开发变得简单方便,而且为把虚拟仪器做到网络上提供了可靠 便利的技术支持。LabWindows/CVI中封装了TCP类库 可以开发基于TCP/IP的网络应用。Labview的TCP/IP和UDP网络VI能够与远程应用程序建立通信，其具有

的Internet工具箱还为应用系统增加了E-mail、FTP和Web能力 利用远程自动化VI 还可对控制其他设备的分散的VI进行控制。Labview5.1中还特别增加有网络功能，提高了

开发网络应用程序的能力。将计算机、高档外设和通信线路等硬件资源以及大型数据库、程序、数据、文件等软件资源纳入网络，可实现资源的共享。其次，通过组建网络化测控系统增加系统冗余度的方法能提高系统的可靠性，便于系统的扩展和变动。由计算机和工作站作为结点的网络也就相当于现代仪器的网络。计算机就是测控系统的中坚。

目前，测控系统的设计思想明显受到计算机网络技术的影响，基于网络化、模块化、开放性等原则，测控网络由传统的集中模式转变为分布模式，成为具有开放性、可互操作性、分散性、网络化。智能化的测控系统。网络的节点上不仅有计算机、工作站，还有智能测控仪