01現(xiàn)代儀器的概念

1、《現(xiàn)代儀器概論》第一講 現(xiàn)代儀器的概念,儀器科學(xué)與工程系專業(yè)必修課主講： 宋開臣 教授kcsong@zju.edu.cn13600513662,關(guān)于本課程教學(xué),課程號： 15120270課程名稱：現(xiàn)代儀器概論周學(xué)時： 6.0-0.0 學(xué)分：3.0課程類別：專業(yè)必修課預(yù)修課程：概率論與數(shù)理統(tǒng)計，模擬電路，數(shù)字電路面向?qū)ο螅弘娮有畔⒓夹g(shù)及儀器專業(yè)（本科生）教學(xué)方式：

2、多媒體講座,關(guān)于本課程教學(xué),教學(xué)目的與基本要求： 本課程是儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科本科學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課。通過本課程學(xué)習(xí)使學(xué)生能較全面地掌握現(xiàn)代儀器科學(xué)與技術(shù)的基本概念，全面了解儀器科學(xué)領(lǐng)域的最基本核心技術(shù)及其發(fā)展趨勢。為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。本課程以教師講座的形式授課，要求學(xué)生結(jié)合教學(xué)內(nèi)容廣泛閱讀相關(guān)參考書籍，完成現(xiàn)代儀器概論大作業(yè)。,關(guān)于本課程教學(xué),《現(xiàn)代儀器概論》的內(nèi)容主要包括：現(xiàn)代儀器的基本概念傳感器與信

3、號調(diào)理技術(shù)數(shù)字信號處理技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)儀器精度理論及軟件設(shè)計儀器總線及通訊接口儀器電源設(shè)計儀器可靠性與抗干擾技術(shù)人機工程學(xué)及儀器結(jié)構(gòu)現(xiàn)代儀器新技術(shù)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(dǎo)航系統(tǒng),關(guān)于本課程教學(xué),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(shè)計思想（最高100分）改進一種儀器的設(shè)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(shè)計中的基本原理應(yīng)用（簡答 30分）一種儀器的概念性設(shè)計 （綜合 20分）聯(lián)系方式宋開臣 生儀新樓420室Email：kcsong@zju.edu.cnTel：13600513662，87953234,(1) 儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科,關(guān)于儀器科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科,儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科前言,門捷列夫：科學(xué)是從測量開始的。錢學(xué)森： 發(fā)展高新技

5、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)和通訊技術(shù)。測量技術(shù)是基礎(chǔ)。王大珩：在當今以信息技術(shù)帶動工業(yè)化發(fā)展的時代，儀器儀表與測試技術(shù)是信息科學(xué)技術(shù)最根本的組成部分。,儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的定位,儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科作為工程性學(xué)科，有關(guān)儀器運行、應(yīng)用的理論研究，新技術(shù)、新器件、新材料、新工藝的研究和應(yīng)用集中體現(xiàn)在新型儀器儀表及相關(guān)傳感器、元器件和材料等領(lǐng)域的研究和產(chǎn)業(yè)化中，科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)化密切結(jié)合。,現(xiàn)代儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科,最初

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

7、。,儀器科學(xué)的關(guān)鍵技術(shù),傳感技術(shù)精密機械光學(xué)電子技術(shù)計算機技術(shù)信息處理技術(shù)生物技術(shù)微機電技術(shù)納米技術(shù),有儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的國內(nèi)大學(xué),0804 儀器科學(xué)與技術(shù)（2007年—2009年）,儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科,0804 儀器科學(xué)與技術(shù)（2007年）,(2) 電子信息技術(shù)及儀器,關(guān)于電子信息技術(shù)及儀器專業(yè),儀器科學(xué)與技術(shù)內(nèi)涵的演變,儀器的機械時代 精密機械，經(jīng)典光學(xué)儀器的電子時代 電子技術(shù)，現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)

8、儀器的信息時代 微處理機技術(shù)，信息數(shù)字化，數(shù)字信號處理儀器的生物時代 生物技術(shù)，微機電技術(shù),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(shù),現(xiàn)代儀器的構(gòu)成信息獲?。盒畔⒘康诫娏康霓D(zhuǎn)化信息處理：從獲取的信息中求取可利用的信息信息表現(xiàn)：處理所得信息的存儲、顯示、傳輸、控制,信息時代儀器科學(xué)的技術(shù)內(nèi)涵,信息獲取,信息處理,信息表現(xiàn),,,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(diào)整，教育部委托天津大學(xué)籌建“精密機械儀器專業(yè)”，浙江大學(xué)籌建“光學(xué)儀器專業(yè)” 1956年后，隨著國民經(jīng)濟發(fā)展和國防建設(shè)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(xué)展開 1972年，北京大學(xué)、浙江大學(xué)準備成立醫(yī)學(xué)儀器專業(yè) 1977年，浙江大學(xué)成立科學(xué)實驗儀器與工程學(xué)系 1998年，專業(yè)名稱為測試控制技術(shù)及儀器（測控） 2003年，浙江大學(xué)

10、成立電子信息技術(shù)及儀器專業(yè) 目前，全國設(shè)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(shù)與自動化儀器（測試）---- 1985 以前動態(tài)測試技術(shù)與儀器（動儀）---- 1988 以前檢測技術(shù)及儀器（檢測）----- 1998 以前 測試控制技術(shù)及儀器（測控）----- 2003 以前 電子信息技術(shù)及儀器（電儀）----- 2003 至今

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

12、 測試控制技術(shù)及儀器080402 電子信息技術(shù)及儀器 080402S ，080403，080420原因電子技術(shù)與信息技術(shù)已成為當今儀器科學(xué)與技術(shù)的核心學(xué)生在有限的學(xué)習(xí)時間階段可以學(xué)到的知識量學(xué)生今后發(fā)展所需要的知識基礎(chǔ)社會需求？時尚潮流？目前，全國有兩所高校設(shè)立電子信息技術(shù)及儀器專業(yè) （杭州電子科技大學(xué)？）,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(xié)同設(shè)計能力電子信息與儀器系統(tǒng)的集成創(chuàng)新能力畢業(yè)后：國內(nèi)外電子信息領(lǐng)域高級研究人才高新技術(shù)的工程技術(shù)人才,本科4年制培養(yǎng)計劃,基礎(chǔ)類課程：數(shù)學(xué)、物理、外語專業(yè)類課程：電子技術(shù)計算機技術(shù)信息技術(shù) 儀器設(shè)計與集成實踐環(huán)節(jié)：短學(xué)期SRTP畢業(yè)設(shè)計,電子技術(shù)課程,電路原理理論基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)組合邏輯，時序邏輯，時間競爭模擬電子技術(shù)運

14、算放大器的反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)計電子電路設(shè)計EDA 技術(shù)，板級設(shè)計微電子設(shè)計基礎(chǔ)HDL 語言，芯片級設(shè)計電子系統(tǒng)工程設(shè)計 系統(tǒng)級設(shè)計概念,信息技術(shù)課程,信號與系統(tǒng) 信息系統(tǒng)基本原理自動控制原理自動控制理論基礎(chǔ)數(shù)字信號處理數(shù)字化信息處理的理論及方法DSP技術(shù)應(yīng)用數(shù)字信號處理的系統(tǒng)實現(xiàn)圖像檢測技術(shù)圖像成像技術(shù)，圖像處理基礎(chǔ),計算機技術(shù)課程,C 程序設(shè)計程序設(shè)計入門微機原理單片

15、機及嵌入式系統(tǒng)入門數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計算機軟件基礎(chǔ)軟件工程編程技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫原理數(shù)據(jù)管理技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議原理，網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)32位嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計嵌入式操作系統(tǒng)32位嵌入式系統(tǒng)軟件平臺,儀器設(shè)計與集成課程,傳感器原理傳感器原理及應(yīng)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(xiàn)代儀器新概念電子信息系統(tǒng)對儀器系統(tǒng)的綜合性討論課程,實踐環(huán)節(jié),短學(xué)期教師指定實踐課

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

17、展動態(tài)；增強學(xué)生創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和實踐動手能力；加強合作交流，培養(yǎng)團隊協(xié)作精神，提高學(xué)生綜合素質(zhì)。 畢業(yè)設(shè)計本科階段學(xué)習(xí)知識的綜合檢驗，一人一題,(3) 儀器在國民經(jīng)濟中的作用,儀器儀表是： 工業(yè)生產(chǎn)的“倍增器” 科學(xué)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(xiàn)代化建設(shè)中的作用,從儀器與四個現(xiàn)代化的關(guān)系談起：農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、工業(yè)現(xiàn)代化、科技現(xiàn)代化、國防現(xiàn)代化現(xiàn)代化經(jīng)濟、現(xiàn)代化

18、科研、現(xiàn)代化國防、現(xiàn)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(dǎo)。儀器和機器同等重要，儀器是生產(chǎn)的物質(zhì)先導(dǎo)。,儀器是科學(xué)研究中的探索者,現(xiàn)代科學(xué)越來越依靠儀器的發(fā)展，沒有儀器就沒有許多科學(xué)發(fā)現(xiàn),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(jīng)濟建設(shè)中的倍增器,美國儀器產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值約占工業(yè)總產(chǎn)值 4%，而它拉動的相關(guān)經(jīng)濟的產(chǎn)值卻達到社會總值的 66%。 ——美國商業(yè)部 1990 年

19、的調(diào)查數(shù)據(jù),現(xiàn)代儀器是重大科研項目的技術(shù)基礎(chǔ)，項目中的測試技術(shù)和儀器設(shè)備的集成、研究、開發(fā)和試驗，幾乎占人力財力的一半?，F(xiàn)代大生產(chǎn)中儀器約占企業(yè)固定資產(chǎn)的 10%。現(xiàn)代醫(yī)院的儀器設(shè)備約占醫(yī)院固定資產(chǎn)的 50%。,儀器是國防建設(shè)中的戰(zhàn)斗力,武器控制系統(tǒng)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(dǎo)武器占8%，2003年伊拉克戰(zhàn)爭占90%巡航導(dǎo)彈制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展提高了戰(zhàn)斗力飛機上儀器技術(shù)進步提高了性能雷達技術(shù)進

20、步與導(dǎo)彈防御,儀器是社會生活中的評判者,儀器實現(xiàn)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(zāi)救災(zāi) 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(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域,科學(xué)研究 發(fā)現(xiàn)自然界和人類社會的固有規(guī)律。解決儀器科學(xué)的原理性問題。為技術(shù)開發(fā)和工程應(yīng)用打基礎(chǔ)。 科學(xué)研

21、究的動力來自于技術(shù)開發(fā)與工程應(yīng)用實踐。 技術(shù)開發(fā) 利用科學(xué)規(guī)律去發(fā)明新方法、新原理、新材料、新結(jié)構(gòu)。開發(fā)出針對應(yīng)用目標的新型儀器。 技術(shù)開發(fā)的基礎(chǔ)是科學(xué)研究，目標是實際應(yīng)用。 工程應(yīng)用 將新型儀器應(yīng)用到各個領(lǐng)域，實現(xiàn)儀器的價值。產(chǎn)生經(jīng)濟效益和社會效益。 應(yīng)用實踐檢驗科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)的成敗，引導(dǎo)前進方向。,科學(xué)儀器科學(xué)研究過程中使用的測量儀器過程控制儀器實現(xiàn)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(shù)、特殊材料、加工工藝新領(lǐng)域圖像監(jiān)控系統(tǒng)、家庭儀器、儀器網(wǎng)絡(luò)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(xué)實驗儀器分析儀器物質(zhì)組分檢測儀器光學(xué)儀器 以光學(xué)為關(guān)鍵技術(shù)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(xué)科分）,現(xiàn)代儀器科學(xué)的研究方向,1、理論研究（新原理）2、計量基準3、產(chǎn)品制造技術(shù)4、新器件5、新材料6、新工藝,現(xiàn)代儀器科學(xué)的發(fā)展趨勢,1. 學(xué)科面對的產(chǎn)品種類和品種多樣化；2. 產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性和適應(yīng)性要求很高；3. 產(chǎn)品的技術(shù)指標和功能不斷提高；4. 最先應(yīng)用新的科學(xué)研究成果，高新技術(shù)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(lián)

24、網(wǎng)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(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；7. 便攜式、手持式以至個性化儀器大量發(fā)展。,現(xiàn)代儀器科學(xué)的未來,1、信息技術(shù)在儀器科學(xué)領(lǐng)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(xiàn)手段3、傳感技術(shù)與高新技術(shù)結(jié)合，尤其是納米、生物、MEMS等技術(shù)4、儀器的微電子化設(shè)計5、儀器應(yīng)用進入尚未認知的領(lǐng)域6、儀器應(yīng)用進入難以工作的領(lǐng)域7、儀器引入新的技術(shù)8、為新一代儀器作前期預(yù)研,參考資料