测控技术与仪器调研报告
前言
精密机械设计的英文名称：Measuring and Control Technology and Instrumentations。 按照老师的讲解，我们的专业主要是光、机、电、计这四个大方向组成的。光是我们大学物理，工程光学中所学的内容。机是指机械方面的，包括我们的精密机械设计，仪器制造基础等学科等，电就是电子类的，是我们这个专业最主要的方向之一，计就是计算机，任何学科的基础。这学期，有一位说实话的老师跟我们讲：上大学，真本领，你们是学不到的，因为课时的压缩，大学的普及等各种原因。上完大学，学这个专业，你们要掌握三样内容就足够了，一门高级语言，会使用数据库，学好英语。和其他老师所讲的相比，这三样是很实用的。我觉得，把我们现在的课程以这三项作为基准再进行安排，我们所精通的东西会更多，而不是像现在这样光、机、电、计全都模模糊糊。
俄国化学家门捷列夫指出:“科学是从测量开始的”。英国物理学家开尔文勋爵(William Thomson)说过：“当你能测量并用数字来表达你所谈及的事物，你对它是有所了解的。反之，你的知识是贫瘠的和不能令人满意的，无论该事物是何种事物，你或许处于知识的启蒙阶段，但你尚还未进入科学的殿堂。因此，如果说科学是测量的话，那么，没有测量学(Metrology)便没有科学。”上述论断指出了测量在科学技术领域的极端重要性。此外，在产品的研究、开发、加工、制造和质量检验，在贸易、交通、环境保护以及医疗卫生等各个领域，都离不开测量[1]。
测控技术与仪器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。
测控技术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;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。一般是指对工业生产过程及其机电设备进行测量与控制的自动化技术，是计算机技术与自动控制技术结合的产物。测控技术主要研究如何将自动化系统上的信号加以采集、整理、处理、而后进行显示或者发出控制信号的过程并设计出所需要的计算机测控系统。测就是测量和感知，也就是要获得目标对象的信息，控就是控制，是根据目标对象的现象判断目标对象是否符合预期控制目标，并采取相应措施。测和控只是某一时间段就可以完成的行为，而根据测量结果判断目标状态是否符合要求则需要控制算法的判断参与，这一作出决定的过程可以由人工或控制系统来完成，测、控、以及控制算法就构成一个测控系统。采集：
在信号采集环节，主要是采集对象发出的各种信号，再将这种信号转换成电信号，以便于后续的处理。对象发出的信号大多数是通过传感器来采集的，包括物理信号(如温度、流量、压力等)和化学信号(如湿度、气味等)两大类，当然还包括不能归为这两类的一些信号，如可靠性、价格等。而开关量信号(带有数字信号的特征)则主要是靠带有单片机电路的仪器，如无纸记录仪，进行采集。此外，图像信号自然是由摄像装置来进行采集。
整理：
在信号的整理阶段，主要是对采集到的电信号进行平整、滤波、模数转换等，转换成便于处理的数字信号。上述三种信号类型在整理阶段的内容有所不同，比如对传感器传来的信号主要是进行信号放大、平整、滤波和模数转换的过程;而对于开关量信号通过无纸记录仪的采集之后一般都能够转换成所需要的数字信号以待输出到下一个处理环节;对于图像信号，经采集之后主要是用于显示，若还需对图像进行处理，再显示，或者发出控制信号，那么也必须将图像信号转换成数字信号，进行处理，这就是一个复杂的问题。
处理：
在信号的处理阶段，主要是对数字信号进行处理以便显示，或者发出控制信号。我们通过显示出来的信号来判断自动化系统上对象的运转是否正常，如果信号显示不正常，就需要对信号进行计算与处理，得到控制信号发送给对象，使对象调整运转的状态以复归正常。
显示控制：
在显示与控制环节，显示主要是指将数字信号通过便于我们观察的形式显示出来以便我们进行判断，控制主要是指将控制信号传送给并作用于对象的过程。上面的四个环节就构成了整个测控的过程，如果包括控制的过程，则刚好形成了一个闭环，即信号从对象开始，经过采集、整理、处理，最后又将控制信号作用于对象的闭环。
随着科学技术的不断发展，在工业生产领域中，测控技术得到了快速的进步，这是一项新兴的科学技术，是工业生产发展到一定阶段的必然产物。在现代化生产技术下，信息技术和计算机科学不断的融入到生产领域中，将这些技术不断的融合创新，对工业生产有了极大的推动力。现代测控技术以其超高的技术含量在工业生产领域中发挥着重要的作用，不断的将现代无线技术、定位技术应用到工业生产中，为工业生产的发展创造了有利的环境[2]。
一 测控技术背景意义
测控装置的出现可以追溯到很早，早在公元前14世纪，我国就发明了漏壶计时器。在公元前427年，伟大的希腊哲学家柏拉图就已经提出了“控制论”一词。而真正的自动控制产生是在1788年，瓦特发明的蒸汽机中使用调速器(离心式飞轮)。然而，测控工程作为一门学科，它的形成并迅速发展只有五六十年的历史。因此，我们可以认为测控技术是刚发展起来的一门新兴学科。
测控技术发展至今大体经历了三个阶段：1、应用仪表自动监测生产过程中的数据;2、采用控制仪表或控制机构，代替人工操作;3、出现计算机控制系统，形成生产的全自动化。
二 测控技术的特点
进入21世纪以来，随着现代社会市场经济快速的发展和水平的提高，现代科学技术的飞速发展和不断融入，有效地促进了测控技术的发展，使测控技术朝着集成化、智能化、虚拟化、微型化、网络化和远程化的方向大步前进。
1.网络化
Internet为代表的计算机信息网络的快速发展和技术的逐渐完善，突破了地域和事件上的限制，使测控技术得到很大的进步。现代测控技术具有网络化的特点，测控技术与网络技术的结合，使组建网络化、分布式的测控系统变得十分方便快捷。随着现代网络信息技术的迅猛发展及许多相关技术的不断完善，网络信息系统的规模得到越来越快的壮大。现代测控技术的广泛应用，使得通信、国防、气象和航空航天等领域也得到广泛、有效的运用。
2.智能化
测控系统中所应用的设备都是智能化的，具有方便快捷、灵活、功能多样等特点，使得现代测控技术得到很大的提高。随着人工智能技术的不断引进和发展以及微电子技术的发展，智能化的仪器设备越来越高科化，其计算方法和计算能力都得到很大的加强和提高。
3.数字化
数字化的测控特点在测控技术中起着非常重要的作用。数字化在测控领域中的主要应用体现在多个方面：传感器的数字化控制，控制器到远程终端设备的数字化控制，信号处理、通信等过程的数字化控制等。
4.分布式化
测控技术设备可以分布设在多个地方，可以有效地检测出最符合和最需要仪器设备的地方。分布式化测控技术是以网络技术和微型计算机术为基础的，采用将系统内所使用设备分布式地连接起来，组合成为最符合要求的分布式测控系统。在仪器设备生产过程的控制过程中，分布式的测控系统可以实现测量—控制—管理的全自动化，能够在很大程度上降低测控成本，提高测控效率。分布式测试系统有许多优点：安全可靠，某一部分出现故障不会影响其他部分系统的正常运作;可以不断开发增加新的功能模板或者是新的接口，加强系统功能;采用并行处理，运行速度相当快速;使用方式灵活，可以单模块系统，也可以多模块系统组网等等[3]。
三 测控技术的发展现状
测控技术已经随着现代社会经济的发展和科学技术的进步在很多方面得到了广泛的应用，发展速度飞快，技术水平在逐步得到很大的提高。我国的测控技术还没有达到高水平的阶段，与世界上一些发达国家相比，智能化、数字化、微型化等方面的产品还存在一定的差距。我国仪器仪表行业产品绝大多数是属于中低档水平，随着国际上智能化、数字化、微型化的产品逐渐成为主流，这种差距还继续加大[4]。因此，我国必须借鉴和引进国外一些先进、高科技的技术水平设施和模式，积极开拓创新，减小与发达国家的差距，使我国的测控技术与国际接轨。
四 测控技术的应用
1.航天领域的应用
测控技术对航天飞行目标进行测量和控制，其综合技术应用主要有：其应用主要有: 对航天器进行跟踪测量，获取其运动参数和内部的各种物理、宇航员生理等一些重要数据，并且监视其飞行和内部工作状态，为指挥中心对航天飞行目标指挥、控制提供重要信息，通过对实测数据的处理、分析，为评价航天器的技术性能和改进设计提供依据[4]。
2.农业领域的应用
测控技术在农业领域也有一定应用，如在粮食存储的过程中，如果测得粮食温度超过预置，报警数值主机就会发出指令，接通通风机控制电路，对粮仓进行通风。
3.远程测控技术
测控技术还可以进行远程测控，远程测控技术常见的有：专线远程测控术、电话网远程测控技术和无线通信等远程测控技术。远程测控技术主要应用于：在核电站和电网检测的远程监控、石油输送管道的远程监控、机器人的远程监控等。现代测控技术可以对设备进行故障诊断，水、电、燃气以及热能等的自动抄表都可以通过网络信息技术的进步进行远程测控，全面的介入运行过程并发挥关键作用。
五 测控技术的发展趋势和前景
测控技术越来越面向网络化、全球化，世界各个国家级地区的联系将会越来越密切，发展越来越先进、科学。测控技术的发展是根据全球社会市场的实际情况不断创新与进步的，跟随时代的步伐，适应社会的发展，带动世界社会技术的发展进步，使全球的科研技术都得到一定的发展提高。随着各种产业的迅速发展，测控技术也获得了迅速的发展，纵观其发展史，走向标准化、开放化就是一个最为明显的前进趋势。在信息化快速进步的现代社会，测控技术的发展必将长远，发展前景必将十分的广阔。
结束语
测控技术与仪器可以说是一门边缘学科，它和自动控制、工业自动化、仪器仪表以及计算机专业有着密切的联系。而正是由于测控技术与仪表专业的这种联系，对于该专业的毕业生来说，其就业可以选择的方向十分广泛，既可以进入生产工程自动化企业从事自动控制、自动化检测等方面的工作，也可以在科研单位进行仪器仪表的开发和设计，同时还可以在工程检测领域、计算机应用领域找到适合本专业个人发展的空间。
但是对于测控技术与仪表专业的毕业生来说，也必须认识到就业的艰巨性。近几年来，大学的招生数量逐年增多，相应地该专业的毕业生每年也都呈上升的趋势。但是中国的经济状况使得国内相关行业对毕业生的需求量却始终未呈现出增长势头，尤其是曾经是就业主体的国营企业。究其原因，一方面是因为国企改革正处于关键时刻，许多大型企业在这个过渡阶段非常慎重地处理企业内部员工的问题;另一方面，国有企业的市场竞争能力下降，导致其在生产、研究开发方面的能力下降，企业效益滑坡，使其在招收毕业生方面的需求下降。当然了，刚刚毕业的学生在工作经验及社会交往方面的不足也是企业不愿过多的招收毕业生的一个原因。
测控技术是现代工业技术中的重要支柱，是解放和发展生产力、增强产品市场竞争力的有力保障。测控技术与现代科技领域中取得的成果，尤其是在尖端技术领域中取得的重大成果是息息相关的。甚至可以说是，现代文明的科学技术如果没有现代测控技术支撑就不可能得到快速的发展和进步。测控技术在各个领域的各个方面都得到了很好的应用，为现代社会的快速进步起到了很大的推动作用，做出了巨大的贡献，是现代社会发展的一个鲜明的标志。
作为一名测控技术与仪器专业的学生,通过本次专业调研,我对测控技术有了更加深刻的认识，与国家工业自动化建设密切相关的的测控技术在计算机技术的发展和应用的背景下得到了迅猛突破和成功应用。我相信，每一位测控专业的同学都会在专业调研结束后“有所思，有所悟，有所得”!
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引言
测控技术自古以来就是人类生活和生产的重要组成部分。最初的测控尝试都是来自于生产生活的需要，对时间的测控要求使人类有了日晷这一原始的时钟，对空间的测控要求使人类有了点线面的认识。现代社会对测控的要求当然不会停留在这些初级阶段，随着科技的发展，测控技术进入了全新的时代。
随着现代科学技术日新月异的发展，以信息技术产业为支柱的知识经济也随之迅速发展，人类已经逐渐进人信息社会，各种高新技术也愈来愈多地融合渗入到测量领域和仪器仪表行业。测控技术与仪器已经发展成为当今信息科学技术学科领域的重要分支，是研究信息的获取和预处理，以及对相关要素进行控制的理论与技术;是集光、机、电、自动控制技术、计算机技术与信息技术多学科相互融合和渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科。
测控技术是现代工业技术中的重要支柱，是解放和发展生产力、增强产品市场竞争力的可靠保证。在现代科技领域中，特别是在尖端技术领域中，重大成果的取得，都与测控技术是分不开的。可以说如果没有现代测控技术，支撑现代义明的科学技术就不可能得到发展。
一 背景意义
测控技术与仪器、仪表广泛用于制造业、能源、环保、航空、航天、国防工业以及科学研究等部门，是观察、测量、计算、记录和控制自然现象与生产过程的工具。解放前，我国没有独立完整的仪器仪表工业。新中国成立后，1951年我国即着手第一个五年计划的编制工作。 “一五”期间国家陆续建立了一批大型骨干工业企业和国防工业，而这些企业中必须配备大量的仪器仪表。
日前，国内测控行业的整体水平和国外有着很大差距。我国仪器仪表行业产品绝大多数是属于中低档水平，随着国际上智能化、数字化、微型化的产品逐渐成为主流，这种差距还继续加大。
要提升国内制造业的整体水平，必须提高测控行业的整体水平。国内测控行业和国外的差距主要表现在两个层而上：一是在先进技术的研发上，另一个是成熟技术的应用和推广上。而近10年来，以Internet为代表的网络技术的出现以及它与其他高新科技的相互结合，不仅己开始将智能互联网产品带入现代生活，而且也为 测量与仪器技术带来了前所未有的发展空间和机遇，网络化测量技术与具备网络功能的新型仪器应运而生。
二 发展趋势
测控技术广泛应用十国民经济建设的电信、民航、石油、化工等许多领域。计算机网络技术的迅速发展，推动着测控技术向着网络化、分布性和开放性的方向发展。这种发展趋势使测控系统功能的扩展更加灵活，性能不断提高，使用更加简便。
计算机、微电子、通信和网络等技术是网络化测量技术与仪器产生并迅速发展的强劲支撑。自从迅猛发展的计算机技术及微电子技术渗透到测量和仪器仪表技术领域，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，从而既增加了测量功能，又提高了技术性能。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，故很自然使人们不再去关注 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。
与此同时同时网络技术已越来越成为测控技术满足实际需求的关键支撑。当今时代，以Internet为代表的计算机网络的迅速发展及相关技术的日益完善，突破了传统通信方式的时空限制和地域障碍，使更大范围内的Internet拥有的硬件和软件资源正在越来越多的领域中得到应用，比如电子商务、网上教学、远程医疗、远程数据采集与控制、高档测量仪器设备资 源的远程实时调用，远程设备故障诊断，等等。与此同时，高性能、高可靠性、低成本的网关、路由器、中继器及网络接口芯片等网络互联设备的不断进步，又方便 了Internet、不同类型测控网络、企业网络间的互联。利用现有Internet资源而不需建立专门的拓扑网络，使组建测控网络、企业内部网络以及它 们与Internet的互联都十分方便，这就为测控网络的普遍建立和广泛应用铺平了道路。
三 技术特点
现代测控技术的特点可以概括为：智能化、数字化、网络化、分布式化。 1 智能化 现代测控系统中应用的仪器仪表都是智能化的仪器，以微处理器为基础，具有方便使用、灵巧、多功能等特点。随着微电子技术的发展和更多的人工智能的不断引入，智能化仪器的计算能力和计算方法将得到大大增强。 2 数字化 数字化在测控领域中的应用主要体现在：控制器到远程终端设备的数字化控制，传感器的数字化控制，通信、信号处理等过程的数字化控制等。 3 网络化 传感器技术、测控技术、计算机技术与网络技术的结合，使分布式、网络化的测控系统的组建变得十分便捷。随着计算机网络技术的迅猛发展及其他相关技术的不断完善，使得计算机网络的规模更加庞大，其在航空航天、气象、通信和国防等领域的应用也更为广泛。
4 分布式化 分布式测控技术是以网络技术和微型计算机术为基础，采用分布式的结构将系统内所使用设备连接起来，从而组合成符合要求的分布式测控系统。在生产过程的控制中，分布式测控系统可以实现测量——控制——管理的全自动化，大大降低了测控成本，提高了测控效率。
四 应用情况
1 新型传感器技术 传感技术是当今世界发展最迅速的高新技术之一。为了适应现代科学技术的发展，新型传感器逐渐融入了诸如计算机技术、智能技术和网络技术等新技术，使其结构更加完善，功能更加强大。
新型传感器技术的应用体现在：①微型化气体传感器广泛应用于交通、医学、化工、机器人、国防、防伪等领域。②数字化传感器在实际生产和生活中应用广泛，如：银行监控、测量环境温度、图像传感器等。③集成化传感器主要用于温度测量、压力测量和视觉测量。④智能化传感器的典型应用，如：火车机车的状态监测、心内压监控系统等。⑤网络化传感器在工业、农业、军事国防、医疗、抢险救灾、环境监测、城市管理、反恐等许多领域具有潜在的实用价值和重要的科研价值。
2 现代测控总线技术 在现代测控系统中，利用总线技术可以在很大程度上简化测控系统结构，增加系统的可靠性、开放性、兼容性及可维护性，从而降低系统成本。
现代测控总线技术的应用有：①GPIB总线技术利用计算机实现了对仪器的操作和控制，促使测控技术向大规模测控系统的方向迅速发展。②USB总线具有低成本、速度快、使用灵活、即插即用、易于扩展等优点，在低速设备上应用广泛。③IEEE总线具有支持多种总线速率、支持等时和异步两种传输方式、分层的硬件和软件、支持点对点传输、可扩展总线、错误检测和处理等优点，成为外部硬盘、视频设备、高度数字音频和其他高速外设的首选接口。④自动化系统与设备正朝着现场总线体系结构的方向前进，将极大的促进企业网络和自动化相关行业的发展。⑤LXI总线有着巨大的竞争潜力和广阔的发展空间，尤其适合于多个单位合作研究开发生产的项目和分布在不同地区的研发机构。
3 虚拟仪器技术 虚拟仪器技术是计算机辅助测试领域的一项重要技术，是现代仪器技术和现代计算机技术深层次结合的产物，具有功能强大、交互性、灵活性、系列化和模块化、网络化等优点。
虚拟仪器技术的应用也较广泛，如：①利用虚拟仪器技术测量不同进口压力和转速下的液力变矩器的性能参数。②虚拟仪器技术用于蚕茧无损质量检测。③利用虚拟仪器计算机视觉软件和开发工具，开发出计算机自动化秧苗分析系统，可用于预测在最后发芽期限发芽良好的秧苗数量及监视秧苗质量。④虚拟仪器技术用于农机监控、检测上及农机现代化管理与教育。
4 远程测控技术 常见的远程测控技术有：专线远程测控技术、电话网远程测控技术、以太网远程测控技术和无线通信远程测控技术。
远程测控技术的应用主要有：①基于Internet的远程测控技术，在核电站检测、电网运行监控、石油输送管道的远程监控、机器人的远程监控等领域应用广泛。②基于现场总线的远程测控技术，主要应用于现场总线仪表、现场总线网络、现场总线远程测控系统等的监测。③基于无线通信的远程测控技术特别适用于用户密度不高、距离较远、不易布线和地理环境复杂的地区和情况。
五 发展前景
日前测控系统中迅猛发展的现场总线，它的通信模型和OSI模型对应，将现场的智能仪表和装置作为节点，通过网络将节点连同控制室内的仪器仪表和控制装置联成有机的测控系统。测控网络的功能将远远大十系统中各独立个体功能的总和。结果是测控系统的功能显著增强，应用领域及范困明显扩大。1999年2月，Jini软件技术问世。Jini软件技术旨在使各种电器设备、测量仪器及采用JAVA芯片的各种装置能连接上网，Jini软件连同以Java语言编写的简单程序，可使联网的任何仪器设各实现其自身功能的同时，还能为其他仪器设备加以利用。网络技术的出现，正在并将极大地改变人们生活的各个方面。具体到计量测试、测控技术及仪器仪表领域，微机化仪器的联网，高档测量仪器设各以及测量信息的地区性、全国性乃至全球性资源共亨，各等级计量标准跨地域实施直接的数字化溯源比对，远程数据采集与测控，远程设各故障诊断，电、水、燃气、热能等的自动抄表，都是网络技术进步并全而介入其中发挥关键作用的必然结果。
结束语
日前，全球经济一体化，中国的测控市场已经慢慢发展起来。进入新队纪以来，队界军事国防、电子制造、工少一自动化等行业都进入了前所未有的高速发展阶段，测控技术的迅猛发展为整个社会技术进步和产业升级起到了推动、提升和改造的作用，测控技术的前景必然会越来越广阔!
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