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(hào)： 15120270課程名稱：現(xiàn)代儀器概論周學(xué)時(shí)： 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(jì)，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(shì)。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(hào)調(diào)理技術(shù)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)儀器精度理論及軟件設(shè)計(jì)儀器總線及通訊接口儀器電源設(shè)計(jì)儀器可靠性與抗干擾技術(shù)人機(jī)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(hào)分析儀 慣性測(cè)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(jì)思想（最高100分）改進(jìn)一種儀器的設(shè)計(jì)方案（最高95分）了解一類儀器的發(fā)展歷程及

4、趨勢(shì)（最高90分）考試基本概念 (名詞 50分)儀器設(shè)計(jì)中的基本原理應(yīng)用（簡(jiǎn)答 30分）一種儀器的概念性設(shè)計(jì) （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(jí)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(cè)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(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)。測(cè)量技術(shù)是基礎(chǔ)。王大珩：在當(dāng)今以信息技術(shù)帶動(dòng)工業(yè)化發(fā)展的時(shí)代，儀器儀表與測(cè)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(yùn)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(cè)量器具的儀器在促進(jìn)科技和生產(chǎn)發(fā)展的同時(shí)，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力的推動(dòng)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(huì)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(huì)的權(quán)威描述： 工業(yè)自動(dòng)化測(cè)控技術(shù)及工業(yè)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)； 科學(xué)測(cè)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(jì)測(cè)技術(shù)及電測(cè)儀器； 專用檢測(cè)技術(shù)及各類專用測(cè)量?jī)x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(jī)械光學(xué)電子技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)信息處理技術(shù)生物技術(shù)微機(jī)電技術(shù)納米技術(shù),有儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的國(guó)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(jī)械時(shí)代 精密機(jī)械，經(jīng)典光學(xué)儀器的電子時(shí)代 電子技術(shù)，現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)

8、儀器的信息時(shí)代 微處理機(jī)技術(shù)，信息數(shù)字化，數(shù)字信號(hào)處理儀器的生物時(shí)代 生物技術(shù)，微機(jī)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(chǔ)、顯示、傳輸、控制,信息時(shí)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(guó)第一個(gè)五年計(jì)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(guó)高校院系調(diào)整，教育部委托天津大學(xué)籌建“精密機(jī)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(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)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(jī)械、精密光學(xué)展開 1972年，北京大學(xué)、浙江大學(xué)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)儀器與工程學(xué)系 1998年，專業(yè)名稱為測(cè)試控制技術(shù)及儀器（測(cè)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(guó)設(shè)置同類專業(yè)（測(cè)控）的有 200 余所高校,專業(yè)名稱的變化,自動(dòng)化儀表（自儀）---- 1980 以前測(cè)試技術(shù)與自動(dòng)化儀器（測(cè)試）---- 1985 以前動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)與儀器（動(dòng)儀）---- 1988 以前檢測(cè)技術(shù)及儀器（檢測(cè)）----- 1998 以前 測(cè)試控制技術(shù)及儀器（測(cè)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(jī)械 ? 電子 ? 信息 ? 生物,國(guó)務(wù)院學(xué)位辦公布一、二級(jí)學(xué)科目錄,2007年公布一級(jí)學(xué)科：0804 儀器科學(xué)與技術(shù) 二級(jí)學(xué)科： 080401 精密儀器及機(jī)械  080402 測(cè)試計(jì)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(jí)學(xué)科：儀器科學(xué)與技術(shù)0804二級(jí)學(xué)科：精密儀器及機(jī)械080401

12、 測(cè)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(dāng)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(shí)間階段可以學(xué)到的知識(shí)量學(xué)生今后發(fā)展所需要的知識(shí)基礎(chǔ)社會(huì)需求？時(shí)尚潮流？目前，全國(guó)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(jì)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(guó)內(nèi)外電子信息領(lǐng)域高級(jí)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(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)信息技術(shù) 儀器設(shè)計(jì)與集成實(shí)踐環(huán)節(jié)：短學(xué)期SRTP畢業(yè)設(shè)計(jì),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(shí)序邏輯，時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)模擬電子技術(shù)運(yùn)

14、算放大器的反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)電子電路設(shè)計(jì)EDA 技術(shù)，板級(jí)設(shè)計(jì)微電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)HDL 語言，芯片級(jí)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)工程設(shè)計(jì) 系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)概念,信息技術(shù)課程,信號(hào)與系統(tǒng) 信息系統(tǒng)基本原理自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制理論基礎(chǔ)數(shù)字信號(hào)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(hào)處理的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像檢測(cè)技術(shù)圖像成像技術(shù)，圖像處理基礎(chǔ),計(jì)算機(jī)技術(shù)課程,C 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)入門微機(jī)原理單片

15、機(jī)及嵌入式系統(tǒng)入門數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)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(shí)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(jì)嵌入式操作系統(tǒng)32位嵌入式系統(tǒng)軟件平臺(tái),儀器設(shè)計(jì)與集成課程,傳感器原理傳感器原理及應(yīng)用微弱信號(hào)檢測(cè)微弱模擬信號(hào)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(duì)儀器系統(tǒng)的綜合性討論課程,實(shí)踐環(huán)節(jié),短學(xué)期教師指定實(shí)踐課

16、題將同學(xué)們2年來學(xué)到的知識(shí)用到具體的實(shí)踐中。初步掌握電路設(shè)計(jì)的方法。通過實(shí)踐了解電路設(shè)計(jì)的一般過程。訓(xùn)練動(dòng)手能力。3人一組，互助合作。SRTP學(xué)生自主選題并組織實(shí)施大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃（Student Research Training Program 簡(jiǎn)稱SRTP）是本科實(shí)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(xiàng)，給予一定科研經(jīng)費(fèi)的資助，為本科生提供科研訓(xùn)練的機(jī)會(huì)，使學(xué)生盡早進(jìn)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(dòng)態(tài)；增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐動(dòng)手能力；加強(qiáng)合作交流，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，提高學(xué)生綜合素質(zhì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)本科階段學(xué)習(xí)知識(shí)的綜合檢驗(yàn)，一人一題,(3) 儀器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(guó)民活動(dòng)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(gè)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(guó)防現(xiàn)代化現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)、現(xiàn)代化

18、科研、現(xiàn)代化國(guó)防、現(xiàn)代化社會(huì)儀器是認(rèn)識(shí)世界的工具，認(rèn)識(shí)世界是改造世界的先導(dǎo)。儀器和機(jī)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?jī)x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(yuǎn)鏡,基因測(cè)序,可控核聚變裝置（托克馬克）,引力探測(cè)器（GP-B 2005）,儀器是經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的倍增器,美國(guó)儀器產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值約占工業(yè)總產(chǎn)值 4%，而它拉動(dòng)的相關(guān)經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)值卻達(dá)到社會(huì)總值的 66%。 ——美國(guó)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(xiàng)目的技術(shù)基礎(chǔ)，項(xiàng)目中的測(cè)試技術(shù)和儀器設(shè)備的集成、研究、開發(fā)和試驗(yàn)，幾乎占人力財(cái)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%?，F(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(guó)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(zhēng)精確制導(dǎo)武器占8%，2003年伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)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(jī)上儀器技術(shù)進(jìn)步提高了性能雷達(dá)技術(shù)進(jìn)

20、步與導(dǎo)彈防御,儀器是社會(huì)生活中的評(píng)判者,儀器實(shí)現(xiàn)了社會(huì)活動(dòng)管理的量化和標(biāo)準(zhǔn)化 環(huán)境監(jiān)測(cè)噪聲監(jiān)測(cè)、節(jié)能降耗、防災(zāi)救災(zāi) 安全監(jiān)護(hù)圖像監(jiān)控、防偽檢驗(yàn)、身份識(shí)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(cè)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(huì)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(dòng)力來自于技術(shù)開發(fā)與工程應(yīng)用實(shí)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(duì)應(yīng)用目標(biāo)的新型儀器。 技術(shù)開發(fā)的基礎(chǔ)是科學(xué)研究，目標(biāo)是實(shí)際應(yīng)用。 工程應(yīng)用 將新型儀器應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)儀器的價(jià)值。產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 應(yīng)用實(shí)踐檢驗(yàn)科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)的成敗，引導(dǎo)前進(jìn)方向。,科學(xué)儀器科學(xué)研究過程中使用的測(cè)量?jī)x器過程控制儀器實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程檢測(cè)及控制的儀器電子

22、信息測(cè)量?jī)x器針對(duì)電量測(cè)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(jī)械，量?jī)x。實(shí)驗(yàn)儀器科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器分析儀器物質(zhì)組分檢測(cè)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(jì)時(shí)

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(jì)量基準(zhǔn)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(shì),1. 學(xué)科面對(duì)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(biāo)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(cè)控單元微小型化、智能化，可獨(dú)立使用，也可嵌入式使用和聯(lián)

24、網(wǎng)使用；6. 儀器測(cè)控范圍向立體化、全球化擴(kuò)展，測(cè)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(gè)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(jìn)的信息處理方法和實(shí)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(jì)5、儀器應(yīng)用進(jìn)入尚未認(rèn)知的領(lǐng)域6、儀器應(yīng)用進(jìn)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