01現代儀器的概念

1、《現代儀器概論》第一講 現代儀器的概念,儀器科學與工程系專業(yè)必修課主講： 宋開臣 教授kcsong@zju.edu.cn13600513662,關于本課程教學,課程號： 15120270課程名稱：現代儀器概論周學時： 6.0-0.0 學分：3.0課程類別：專業(yè)必修課預修課程：概率論與數理統計，模擬電路，數字電路面向對象：電子信息技術及儀器專業(yè)（本科生）教學方式：

2、多媒體講座,關于本課程教學,教學目的與基本要求： 本課程是儀器科學與技術學科本科學生的專業(yè)基礎課。通過本課程學習使學生能較全面地掌握現代儀器科學與技術的基本概念，全面了解儀器科學領域的最基本核心技術及其發(fā)展趨勢。為后續(xù)專業(yè)課程的學習打下良好基礎。本課程以教師講座的形式授課，要求學生結合教學內容廣泛閱讀相關參考書籍，完成現代儀器概論大作業(yè)。,關于本課程教學,《現代儀器概論》的內容主要包括：現代儀器的基本概念傳感器與信

3、號調理技術數字信號處理技術與嵌入式系統儀器精度理論及軟件設計儀器總線及通訊接口儀器電源設計儀器可靠性與抗干擾技術人機工程學及儀器結構現代儀器新技術儀器儀表的綜合案例分析 汽車組合儀表 信號分析儀 慣性測量與導航系統,關于本課程教學,課堂講授教師以講座形式做全面介紹大作業(yè)提出一種儀器的設計思想（最高100分）改進一種儀器的設計方案（最高95分）了解一類儀器的發(fā)展歷程及

4、趨勢（最高90分）考試基本概念 (名詞 50分)儀器設計中的基本原理應用（簡答 30分）一種儀器的概念性設計 （綜合 20分）聯系方式宋開臣 生儀新樓420室Email：kcsong@zju.edu.cnTel：13600513662，87953234,(1) 儀器科學與技術學科,關于儀器科學與技術一級學科,儀器科學與技術學科前言,門捷列夫：科學是從測量開始的。錢學森： 發(fā)展高新技

5、術，信息技術是關鍵。信息技術包括測量技術、計算機技術和通訊技術。測量技術是基礎。王大珩：在當今以信息技術帶動工業(yè)化發(fā)展的時代，儀器儀表與測試技術是信息科學技術最根本的組成部分。,儀器科學與技術學科的定位,儀器科學與技術學科作為工程性學科，有關儀器運行、應用的理論研究，新技術、新器件、新材料、新工藝的研究和應用集中體現在新型儀器儀表及相關傳感器、元器件和材料等領域的研究和產業(yè)化中，科學研究和產業(yè)化密切結合。,現代儀器科學與技術學科,最初

6、作為測量器具的儀器在促進科技和生產發(fā)展的同時，在現代科學技術和生產力的推動下，已成為完整的儀器科學與技術學科。幾乎涉及全社會所有領域。,儀器科學與技術學科的組成,儀器儀表學會的權威描述： 工業(yè)自動化測控技術及工業(yè)自動化儀表與系統； 科學測試、分析技術及科學儀器； 人體診療技術及醫(yī)療儀器； 信息計測技術及電測儀器； 專用檢測技術及各類專用測量儀器； 相關傳感器、元器件、材料及技術

7、。,儀器科學的關鍵技術,傳感技術精密機械光學電子技術計算機技術信息處理技術生物技術微機電技術納米技術,有儀器科學與技術學科的國內大學,0804 儀器科學與技術（2007年—2009年）,儀器科學與技術學科,0804 儀器科學與技術（2007年）,(2) 電子信息技術及儀器,關于電子信息技術及儀器專業(yè),儀器科學與技術內涵的演變,儀器的機械時代 精密機械，經典光學儀器的電子時代 電子技術，現代光學技術

8、儀器的信息時代 微處理機技術，信息數字化，數字信號處理儀器的生物時代 生物技術，微機電技術,萬能工具顯微鏡,雙頻激光干涉儀,GPS全球定位,生物芯片技術,現代儀器的構成信息獲?。盒畔⒘康诫娏康霓D化信息處理：從獲取的信息中求取可利用的信息信息表現：處理所得信息的存儲、顯示、傳輸、控制,信息時代儀器科學的技術內涵,信息獲取,信息處理,信息表現,,,創(chuàng)建儀器專業(yè)的歷史背景,1951年，我國第一個五年計劃急需儀器

9、方面專門人才，中央決定在高校建立儀器類專業(yè) 1952年，全國高校院系調整，教育部委托天津大學籌建“精密機械儀器專業(yè)”，浙江大學籌建“光學儀器專業(yè)” 1956年后，隨著國民經濟發(fā)展和國防建設需要，各地高校開始陸續(xù)成立儀器專業(yè)，主要圍繞精密機械、精密光學展開 1972年，北京大學、浙江大學準備成立醫(yī)學儀器專業(yè) 1977年，浙江大學成立科學實驗儀器與工程學系 1998年，專業(yè)名稱為測試控制技術及儀器（測控） 2003年，浙江大學

10、成立電子信息技術及儀器專業(yè) 目前，全國設置同類專業(yè)（測控）的有 200 余所高校,專業(yè)名稱的變化,自動化儀表（自儀）---- 1980 以前測試技術與自動化儀器（測試）---- 1985 以前動態(tài)測試技術與儀器（動儀）---- 1988 以前檢測技術及儀器（檢測）----- 1998 以前 測試控制技術及儀器（測控）----- 2003 以前 電子信息技術及儀器（電儀）----- 2003 至今

11、內涵的變化：機械 ? 電子 ? 信息 ? 生物,國務院學位辦公布一、二級學科目錄,2007年公布一級學科：0804 儀器科學與技術 二級學科： 080401 精密儀器及機械  080402 測試計量技術及儀器,建立電子信息技術及儀器專業(yè)的原因,一級學科：儀器科學與技術0804二級學科：精密儀器及機械080401

12、 測試控制技術及儀器080402 電子信息技術及儀器 080402S ，080403，080420原因電子技術與信息技術已成為當今儀器科學與技術的核心學生在有限的學習時間階段可以學到的知識量學生今后發(fā)展所需要的知識基礎社會需求？時尚潮流？目前，全國有兩所高校設立電子信息技術及儀器專業(yè) （杭州電子科技大學？）,我們專業(yè)的特色,培養(yǎng)：信息獲取與處理的綜合研究能力

13、 軟件與硬件的協同設計能力電子信息與儀器系統的集成創(chuàng)新能力畢業(yè)后：國內外電子信息領域高級研究人才高新技術的工程技術人才,本科4年制培養(yǎng)計劃,基礎類課程：數學、物理、外語專業(yè)類課程：電子技術計算機技術信息技術 儀器設計與集成實踐環(huán)節(jié)：短學期SRTP畢業(yè)設計,電子技術課程,電路原理理論基礎數字電子技術組合邏輯，時序邏輯，時間競爭模擬電子技術運

14、算放大器的反饋網絡設計電子電路設計EDA 技術，板級設計微電子設計基礎HDL 語言，芯片級設計電子系統工程設計 系統級設計概念,信息技術課程,信號與系統 信息系統基本原理自動控制原理自動控制理論基礎數字信號處理數字化信息處理的理論及方法DSP技術應用數字信號處理的系統實現圖像檢測技術圖像成像技術，圖像處理基礎,計算機技術課程,C 程序設計程序設計入門微機原理單片

15、機及嵌入式系統入門數據結構計算機軟件基礎軟件工程編程技術基礎數據庫原理數據管理技術網絡技術基礎網絡協議原理，網絡實現嵌入式系統結構32位嵌入式系統硬件設計嵌入式操作系統32位嵌入式系統軟件平臺,儀器設計與集成課程,傳感器原理傳感器原理及應用微弱信號檢測微弱模擬信號的提取和處理方法虛擬儀器與可視化現代儀器新概念電子信息系統對儀器系統的綜合性討論課程,實踐環(huán)節(jié),短學期教師指定實踐課

16、題將同學們2年來學到的知識用到具體的實踐中。初步掌握電路設計的方法。通過實踐了解電路設計的一般過程。訓練動手能力。3人一組，互助合作。SRTP學生自主選題并組織實施大學生科研訓練計劃（Student Research Training Program 簡稱SRTP）是本科實踐教育教學改革的重要舉措之一，通過教師或學生立項，給予一定科研經費的資助，為本科生提供科研訓練的機會，使學生盡早進入各專業(yè)科研領域，接觸學科前沿，了解學科發(fā)

17、展動態(tài)；增強學生創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生創(chuàng)新和實踐動手能力；加強合作交流，培養(yǎng)團隊協作精神，提高學生綜合素質。 畢業(yè)設計本科階段學習知識的綜合檢驗，一人一題,(3) 儀器在國民經濟中的作用,儀器儀表是： 工業(yè)生產的“倍增器” 科學研究的“先行官” 軍事上的“戰(zhàn)斗力” 國民活動中的“物化法官”,儀器在現代化建設中的作用,從儀器與四個現代化的關系談起：農業(yè)現代化、工業(yè)現代化、科技現代化、國防現代化現代化經濟、現代化

18、科研、現代化國防、現代化社會儀器是認識世界的工具，認識世界是改造世界的先導。儀器和機器同等重要，儀器是生產的物質先導。,儀器是科學研究中的探索者,現代科學越來越依靠儀器的發(fā)展，沒有儀器就沒有許多科學發(fā)現,哈勃望遠鏡,基因測序,可控核聚變裝置（托克馬克）,引力探測器（GP-B 2005）,儀器是經濟建設中的倍增器,美國儀器產業(yè)產值約占工業(yè)總產值 4%，而它拉動的相關經濟的產值卻達到社會總值的 66%。 ——美國商業(yè)部 1990 年

19、的調查數據,現代儀器是重大科研項目的技術基礎，項目中的測試技術和儀器設備的集成、研究、開發(fā)和試驗，幾乎占人力財力的一半?，F代大生產中儀器約占企業(yè)固定資產的 10%。現代醫(yī)院的儀器設備約占醫(yī)院固定資產的 50%。,儀器是國防建設中的戰(zhàn)斗力,武器控制系統的信息處理能力決定了武器的性能,1991年海灣戰(zhàn)爭精確制導武器占8%，2003年伊拉克戰(zhàn)爭占90%巡航導彈制導技術的發(fā)展提高了戰(zhàn)斗力飛機上儀器技術進步提高了性能雷達技術進

20、步與導彈防御,儀器是社會生活中的評判者,儀器實現了社會活動管理的量化和標準化 環(huán)境監(jiān)測噪聲監(jiān)測、節(jié)能降耗、防災救災 安全監(jiān)護圖像監(jiān)控、防偽檢驗、身份識別 交通管理流量監(jiān)控、GPS 定位、事故鑒定 司法鑒定DNA 鑒定、痕跡鑒定、文書鑒定 興奮劑檢測檢查方法、檢查儀器、檢查試劑,儀器科學的應用領域,科學研究 發(fā)現自然界和人類社會的固有規(guī)律。解決儀器科學的原理性問題。為技術開發(fā)和工程應用打基礎。 科學研

21、究的動力來自于技術開發(fā)與工程應用實踐。 技術開發(fā) 利用科學規(guī)律去發(fā)明新方法、新原理、新材料、新結構。開發(fā)出針對應用目標的新型儀器。 技術開發(fā)的基礎是科學研究，目標是實際應用。 工程應用 將新型儀器應用到各個領域，實現儀器的價值。產生經濟效益和社會效益。 應用實踐檢驗科學研究與技術開發(fā)的成敗，引導前進方向。,科學儀器科學研究過程中使用的測量儀器過程控制儀器實現工業(yè)過程檢測及控制的儀器電子

22、信息測量儀器針對電量測試的儀器醫(yī)療儀器醫(yī)院的診斷及治療儀器專用儀器各種特殊用途儀器傳感器、材料與工藝研究傳感技術、特殊材料、加工工藝新領域圖像監(jiān)控系統、家庭儀器、儀器網絡化,儀器的種類（按照用途分）,精密儀器 精密機械，量儀。實驗儀器科學實驗儀器分析儀器物質組分檢測儀器光學儀器 以光學為關鍵技術的儀器醫(yī)療儀器診斷及治療儀器計時

23、儀器各種特殊用途儀器,儀器的種類（按照研究學科分）,現代儀器科學的研究方向,1、理論研究（新原理）2、計量基準3、產品制造技術4、新器件5、新材料6、新工藝,現代儀器科學的發(fā)展趨勢,1. 學科面對的產品種類和品種多樣化；2. 產品的穩(wěn)定性、可靠性和適應性要求很高；3. 產品的技術指標和功能不斷提高；4. 最先應用新的科學研究成果，高新技術大量采用；5. 儀器及測控單元微小型化、智能化，可獨立使用，也可嵌入式使用和聯

24、網使用；6. 儀器測控范圍向立體化、全球化擴展，測控功能向系統化、網絡化發(fā)展；7. 便攜式、手持式以至個性化儀器大量發(fā)展。,現代儀器科學的未來,1、信息技術在儀器科學領域還有很大發(fā)展空間2、研究更先進的信息處理方法和實現手段3、傳感技術與高新技術結合，尤其是納米、生物、MEMS等技術4、儀器的微電子化設計5、儀器應用進入尚未認知的領域6、儀器應用進入難以工作的領域7、儀器引入新的技術8、為新一代儀器作前期預研,參考資料