仪器科学与技术介绍教学课件PPT.ppt

1,电子信息技术及仪器专业介绍,电仪系,2,1.电子信息技术与仪器专业概述,1.1.电子信息技术与仪器的主要涉及内容,电子信息技术与仪器涉及电子技术、信息技术、仪器科学。,1.1.1 电子技术,电子技术是有关电子器件结构、原理、电子线路组成原理与应用的科学。,电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。,信息电子技术是专门对电子信号进行处理的技术。处理的内容主要有：信号的发生、放大、滤波、转换。,3,1.电子信息技术与仪器专业概述,信息电子技术包括 Analog(模拟)电子技术和 Digital(数字)电子技术。,模拟电子线路：连续变化信号的电子线路。它以半导体二极管、半导体三极管和场效应管为主要电子器件，设计放大电路、信号处理电路，并分析研究模拟电子线路性能。模拟电子线路主要包括电压、电流、功率放大电路、运算放大电路、反馈放大电路、信号运算与处理电路、信号产生电路、电源稳压电路等。,4,1.电子信息技术与仪器专业概述,数字电子线路：数字信号的电子线路。数字电子技术主要研究各种逻辑门电路、集成器件的功能及其应用，逻辑门电路组合和时序电路的分析和设计。随着计算机科学与技术突飞猛进地发展，用数字电路进行信号处理的优势也更加突出。,5,1.电子信息技术与仪器专业概述,电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百W甚至GW。电力电子技术主要应用领域是电力系统。,6,1.电子信息技术与仪器专业概述,1.1.2.信息技术,（1）信息技术，英文名称：Information Technology(IT),定义1：有关数据处理与信息的应用技术，其中包括：数据与信息采集、表示、分析处理、安全传输、交换、显示、存储、检索等。,定义2：信息技术是指利用计算机、网络、广播电视等各种硬件设备及软件工具与科学方法，对文图声像各种信息进行提取、加工、存储、传输与使用的技术。,7,1.电子信息技术与仪器专业概述,（2）信息技术分类,1）按表现形态的不同，信息技术可分为硬技术与软技术。,前者指各种信息设备及其功能，如显微镜、电话机、通信卫星、多媒体电脑。,后者指有关信息获取与处理的各种知识、方法与技能，如语言文字技术、数据统计分析技术、规划决策技术、计算机软件技术等。,8,1.电子信息技术与仪器专业概述,2）按工作流程中基本环节的不同，信息技术可分为信息获取技术、信息传递技术、信息存储技术、信息加工技术及信息标准化技术。,信息获取技术包括信息的搜索、感知、接收、过滤等。如显微镜、望远镜、气象卫星、各类传感器技术等。,信息传递技术指跨越空间共享信息的技术，根据信息传递形式又可：单向传递与双向传递；单通道传递、多通道传递，等等。,9,1.电子信息技术与仪器专业概述,信息存储技术指跨越时间保存信息的技术，如印刷术、照相术、录音术、录像术、缩微术、磁盘术、光盘术等。,信息加工技术是对信息进行描述、分类、排序、转换、压缩、扩充等。,10,1.电子信息技术与仪器专业概述,信息标准化技术是为了实现信息获取、传递、存储、加工各环节相互衔接，提高信息交换共享能力的技术。如信息管理标准、字符编码标准、图像、语言、文字的规范化等。,3）日常用法中，按使用的信息设备不同，把信息技术分为电话技术、电报技术、广播技术、电视技术、复印技术、缩微技术、卫星技术、计算机技术、网络技术等。,11,1.电子信息技术与仪器专业概述,1.1.3 仪器科学,（1）仪器概念：科学技术上用于实验、计量、观测、检验、绘图等的器具或装置。,仪器体积、重量、形状有各种各样，最小的可以直接拿在手中操作，较大体积的仪器一般被称为装置或设备。,12,1.电子信息技术与仪器专业概述,（2）仪器与机器的差异,含义上的差异：仪器是认识世界的工具，机器是改造世界的工具。,仪器是对未知世界认识的科学工具，是信息原始数据的源头，也是控制生产过程的工具。自然界的新发现都与仪器有关。,13,（3）仪器的功能,1.电子信息技术与仪器专业概述,1）仪器可改善人的感官功能。人可以感知物体的冷、热，听到响声的大小，而温度、声音检测仪器仪表可对物体的冷热、声音大小程度进行量化。,2）仪器仪表可扩展人的感官功能。人对某些物理量不敏感，如磁场、辐射强度等，而仪器可检测很小的物理量。,14,1.电子信息技术与仪器专业概述,3）仪器仪表可补充人的感官功能。仪器仪表反应速度快，而人的感官反应速度慢。,人们可以用感觉器官去视、听、尝、摸外部事物，而显微镜、望远镜、声级计、酸碱度、高温计可以快速、精确地测量。因此，测量仪器仪表可改善和扩展人的这些官能。,15,1.电子信息技术与仪器专业概述,基本原理：是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，将吸收的能量释放出来，同时氢原子核按特定频率发出射电信号，被接受器收录，经电子计算机处理获得图像。,16,（1）可以直接作出横断面和各种斜面的体层图像，不会产生CT检测中的伪影。（2）不需注射造影剂；无电离辐射，对机体没有不良影响。（3）MRI对检测脑内血肿、脑肿瘤、颅内动脉瘤、动静脉血管畸形、脑缺血、椎管内肿瘤和脊髓积水等颅脑常见疾病非常有效。（4）对腰椎椎间盘后突、原发性肝癌等疾病的诊断也很有效。对软组织有极好的分辨力。（5）对膀胱、直肠、肌肉等部位的检查优于CT它对疾病的诊断具有很大的潜在优越性。,应用及特点,1.电子信息技术与仪器专业概述,17,1.电子信息技术与仪器专业概述,不足之处：（1）对肺部的检查不优于X射线或CT检查；（2）对胰腺、肾上腺、前列腺的检查不比CT优越；（3）对胃肠道的病变不如内窥镜检查。,18,1.电子信息技术与仪器专业概述,“新技术革命的关键技术是信息技术，信息技术是测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成，测量技术则是关键和基础。”钱学森院士,1934年毕业于交通大学机械工程系（上海交通大学机械工程学院）“中国航天之父”、“中国导弹之父”、“火箭之父”、“中国自动化控制之父”。“两弹一星”功勋奖章获得者。,19,1.电子信息技术与仪器专业概述,“仪器仪表往往被看做科研和工业生产的配角，然而他早已成为我国科技发展和提升工业产品质量的核心组成部分，作用举足轻重，事实证明，中国科技实力与经济发展的咽喉，部分的被卡在仪器仪表这一关上。”王大珩院士,20,1901-2009历届诺贝尔物理，化学，生物医学获奖总项数为300余项，与检测理论与仪器技术紧密相关的40余项。诺贝尔奖创立于年，它是根据瑞典著名化学家、炸药发明人阿尔弗雷德.伯恩哈德.诺贝尔（）的遗嘱而设立的。最初共设立了个奖项，即和平奖、文学奖、物理学奖、化学奖、生理学和医学共5项，另外，诺贝尔经济学奖是1968年增设的，奖金由瑞典国家银行提供。,1.电子信息技术与仪器专业概述,21,上世纪90年代，美国检测仪表产 业的产值约占工业总产值的 4，而它拉动的相关产业的产值达到GDP的66。GDP：国内生产总值(Gross Domestic Product,简称GDP)。国内生产总值是指在一定时期内（一个季度或一年），一个国家或地区的经济中所生产出的全部最终产品和劳务价值的总和，常被公认为衡量国家经济状况的最佳指标。,2）仪器仪表是工业生产的“倍增器”,1.电子信息技术与仪器专业概述,22,在中国，各种测量与控制仪器仪表装置只占企业固定资产约10，但离开它就不能正常、安全生产，更不可能创造巨额产值和利润。检测仪器“发挥着“四两拨千斤”的巨大作用”。各行各业都离不开测量技术、离不开仪器仪表。,1.电子信息技术与仪器专业概述,23,1.电子信息技术与仪器专业概述,3）仪器仪表是军事上的“战斗力”,现代战争中，技术优势对军事战斗力的支撑作用越来越大。,朝鲜战争：电子战消费比=20,电子战消费比=,装备测控系统后减少的损失,装备测控系统的投入,时间：1950年6月25日朝鲜内战爆发，朝鲜战争开始；1953年7月27日朝鲜半岛军事停战协定签订，朝鲜战争结束。,24,4）仪器仪表是社会生活的“物化法官”科学仪器在打击犯罪、防治病害，促进我国社会安定和经济的可持续发展发挥越来越大的作用。产品质量检验环境监测健康保障指纹识别、防伪案件侦破气象预报交通指挥灾情防控,1.电子信息技术与仪器专业概述,25,3）目前，仪器仪表销售收入中国有企业约占55.1%，利润54.59%，其余为三资企业。4）2004年我国仪器仪表业产销首次超过1000亿元，“十一五”初超过2000亿元，“十一五”末达到3000亿元，年均增速20%。,1.电子信息技术与仪器专业概述,26,5）行业的整体综合技术水平为发达国家上世纪80年代中期水平，智能化、数字化实现程度分别为15%和30%；进出口逆差较大，高档产品基本靠进口维持；中低档产品市场满足率约为65%，中高档科学测试仪器则从无到有，市场满足率约为30%。,1.电子信息技术与仪器专业概述,27,第一代：模拟电子仪器（又称指针式仪器）：功能简单，精度低，体积大，响应速度慢，开放性差。典型的模拟式仪器：指针式电 压表、电流表、功率表和一些通用的 磁电式测试仪器等。,（6）仪器的发展,1.电子信息技术与仪器专业概述,28,第二代：数字电子仪器 20世纪50年代，数字技术的出现促使各种数字式仪器得以问世，把模拟式仪器的精度、分辨率与测量速度提高了几个量级，为实现测试自动化打下了良好的基础。,特点：精度高，速度快，读数清晰、直观，结果可打印，便于远距离传输。,数字电子仪器不仅用于测量，还能用于遥测、遥控。,1.电子信息技术与仪器专业概述,29,第三代：智能仪器 计算机技术、通信技术、微电子技术、人工智能等与电子仪器相结合的产物。具有数据存储、运算、逻辑判断能力，根据被测参数的变化自选量程，具有自校正、自补偿、自测试、自诊断等功能。,1.电子信息技术与仪器专业概述,30,智能仪器主要特点：具有数据存储、运算、逻辑判断、自选量程、自动校正、自动补偿、自寻故障等功能以及检测精度高、操作使用方便等优点。,1.电子信息技术与仪器专业概述,31,1）微型化 由于微电子技术、微机械技术、信息技术综合应用，使智能仪器的体积大大减小，而功能更全。,微型示波器,核辐射探测仪,（7）智能仪器发展趋势,1.电子信息技术与仪器专业概述,32,生命探测仪是借着感应人体所发出超低频电波产生之电场(由心脏产生)来找到“活人”的位置。人体发出的超低频电场可穿过钢筋混凝墙、钢板。仪器在碰到上述障碍物时，侦测距离会减少，但只要操作者向前靠近侦测地点，仍可精准地找到欲搜寻的人体目标。,1.电子信息技术与仪器专业概述,33,2）多功能化,示波器(Oscilloscope)通道 1（CH1）；通道 2（CH2）,伏特计(Voltmeter),瞬态波形记录仪(Transient recorder),频谱分析仪(Spectrum analyzer),波形发生器(Function generator),1.电子信息技术与仪器专业概述,34,3）高智能化,智能化是计算机应用的一个崭新领域，利用计算机模拟人的智力，用于机器人、医疗诊断、专家系统、推理证实等方面。智能仪器的进一步发展将含有一定的人工智能，即代替人的一部分脑力劳动，从而在视觉(图形及色彩辨读)、听觉(语音识别及语言领悟)、思维(推理、判定、学习与联想)等方面具有一定的能力。,1.电子信息技术与仪器专业概述,35,伴随着网络技术的飞速发展，Internet技术正在逐渐向产业控制和智能仪器仪表系统设计领域渗透，实现智能仪器仪表系统的远程升级、功能重置和系统维护。,4）.网络化,1.电子信息技术与仪器专业概述,36,2.专业沿革与发展,2.1 仪器科学人才培养的历史沿革（1）起步阶段1951年，国家开始编制“一五”计划，“一五”期间，陆续建立一批大型骨干企业和国防工业，急需仪器方面的人才。仪器仪表专门人才的培养纳入计划，提上议事日程。1952年，受教育部委托，天津大学开始筹建“精密机械仪器专业”；浙江大学开始筹建“光学仪器专业”。这是我国仪器仪表专业高等教育的开端。,37,（2）发展阶段 1953-1958年，工根据国民经济发展和国防建设需要，部分高校相继增设仪器仪表专业。北京理工大学、清华大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学、东南大学、合肥工业大学、北京航空航天大学、长春理工大学、南京航空航天大学。到1966年，全国共有36所院校设置仪器仪表专业。对应于各仪器类别，有计量仪器、光学仪器、计时仪器、分析仪器、热工仪器、航空仪器、电测仪器等10多个专业名称。,2.专业沿革与发展,38,按产品分类的专业设置不能适应社会需求，需要专业整合。1998年教育部颁布本科专业目录，11个仪器类专业合并。精密仪器、光学计量测量、光学技术与光电仪器、几何量计量测试、检测技术与仪器仪表、热工计量测试、测控技术与仪器、电子仪器与测量技术、力学计量测量、检测技术与精密仪器、无线电计量测量合并为测控技术与仪器。根据专业的需要，2005年自设专业：电子信息技术与仪器。,（3）专业调整阶段,2.专业沿革与发展,39,4.电子信息技术及仪器专业培养方案,4.1 培养目标本专业培养具备传感器信息检测、转换与处理、自动化仪表、测量与控制、网络集成及智能装置等方面的基本理论和相关专业知识，注重培养具有较强实际工程能力和一定研究能力的复合应用型人才。,40,4.2 培养要求该专业属于电子学、测控技术和计算机技术三个学科的交叉、新兴边缘学科。要求学生具备较扎实的理论基础，并具备较强的动手能力、创新能力和掌握一些必备的政策、法律法规和管理学等知识。1）在学好高等数学、物理、外语、计算机的基础上，掌握电子信息技术及仪器的基本理论、基本知识和基本技能；了解相近专业的一般原理和知识；了解现代IT产业的理论前沿、应用前景和发展动态。,4.电子信息技术及仪器专业培养方案,41,2）培养学生能够熟练操作使用各种电子测量仪器、先进传感器、自动化仪表和智能仪表，能够根据生产实际的要求设计自动检测和控制装置，根据客户的需求和满足企业信息化要求开发相应的电子信息管理系统，并具有安装维护集检测仪器、自动化仪表的专业技能。3）熟悉电子信息系统软硬件产品的研究开发和生产的各种环节，能够胜任复杂系统的分析、设计、实现、测试和维护工作。4）充分掌握电子信息系统项目的开发规范与实施方法，能够将其灵活应用到工程开发实践当中；具有软硬件工程项目管理和质量评测的能力。,4.电子信息技术及仪器专业培养方案,42,5）提倡团队协作精神，具有良好的人际交流与合作能力；具有流畅的公共英语交流能力和熟练的专业英语运用能力；兼有管理和经营现代化IT企业的能力。6）熟悉国家有关电子信息技术、仪器科学技术的基本方针、政策和法规，了解相关行业法规和政策。,4.电子信息技术及仪器专业培养方案,43,（1）主要课程 主要课程有：电路理论、电子技术、自动控制原理、微机原理与单片机接口技术、电工电子仪表原理、精密仪器设计（特色课程）、集成电路设计、组态软件基础（特色课程）、虚拟仪器（特色课程）、汽车电子检测技术（特色课程）、热工检测技术、计算机网络、检测技术与传感器原理应用等课程。,4.电子信息技术及仪器专业培养方案,4.3 主要课程、课程平台及学分比例,44,4.5 就业（发展）方向及适应岗位学生毕业后，可在仪器仪表制造、工矿企业、交通、电信、医疗设备、质量技术检测等行业从事电子信息系统、传感器、精密仪器、仪器仪表等方面的设计开发、试验研究、运行管理等工作。适应岗位：电子技术应用设计工程师、IT维护、管理、研发工程师、仪表仪器设计、开发、应用工程师。另外，还可从事电子及通信产品的营销、工程管理、技术培训等工作。,4.电子信息技术及仪器专业培养方案,