測控技術與儀器

新中國成立后，急需儀器儀錶技術人才。1952年，由天津大學、浙江大學籌建了精密機械儀器專業和光學儀器專業，以滿足工業、企業發展的需要。隨後，中國其他高校也相繼籌建儀器專業，並借鑒前蘇聯的辦學模式，適應於各種儀器、儀錶類別的專業不斷湧現。計量儀器、光學儀器、計時儀器、分析儀器、熱工儀錶、航空儀錶、航海儀器、電子測量儀器、科學儀器和醫療儀器等十多個儀器、儀錶類專業相繼產生，形成專業群。

1989年出版的《普通高等學校本科專業目錄及簡介（理工、農林、醫藥）》中，設置了儀器儀錶類專業，包含精密儀器、光學儀器、時間計控技術及儀器、電磁測量及儀錶、工業自動化儀錶、電子儀器及測量技術等專業，為工科第六類專業。

1993年，教委高等教育司編寫出版的《普通高等學校本科專業目錄和專業簡介》中，儀器儀錶類專業進行了合併調整，調整后包含精密儀器、光學技術與光電儀器、檢測技術及儀器儀錶、電子儀器及測量技術、幾何量計量測試、熱工計量測試、力學計量測試、光學計量測試、無線電計量測試等專業，專業類代碼為0804。

1998年，教育部頒布了《普通高等學校本科專業目錄（1998年頒布）》，將原精密儀器、光學技術與光電儀器、檢測技術及儀器儀錶、電子儀器及測量技術、幾何量計量測試、熱工計量測試、力學計量測試、光學計量測試、無線電計量測試、檢測技術與精密儀器、測控技術與儀器等11個專業合併調整為測控技術及儀器專業，屬儀器儀錶類專業，專業代碼為080401。

2012年，教育部頒布了《普通高等學校本科專業目錄（2012年）》，將原測控技術與儀器、電子信息技術及儀器專業合併調整為測控技術及儀器專業，屬儀器類專業，專業代碼變更為080301。

2020年，教育部頒布了《普通高等學校本科專業目錄（2020年版）》，測控技術及儀器專業為工學門類專業，專業代碼為080301，屬儀器類專業，授予工學學士學位。

測控技術及儀器專業是儀器科學與技術和控制科學與技術交叉融合而形成的綜合性學科。

方向一以集電子技術、先進控制理論、計算機控制技術、自動檢測技術、光電技術以及網路技術於一體為特色，以生產過程的機電裝備運行狀態及其信息為研究對象。本方向旨在培養基礎理論紮實、實踐能力強、知識面廣，外語綜合能力和計算機應用能力較強，人文社會科學綜合素質較高，具有開拓創新意識，能夠從事工業過程式控制制理論與裝備、計算機輔助測試系統、信息處理與狀態識別等領域的研究開發、設計製造和運行管理的複合型高級工程技術人才。

方向二以光—機—電—儀器—計算機技術一體化為特色，以感測器技術、信息獲取與處理技術、自動化精密機械以及智能儀器儀錶為主要研究對象。本方向旨在培養基礎理論紮實、實踐能力強、知識面廣，外語綜合能力和計算機應用能力較強，人文社會科學綜合素質較高，具有開拓創新意識，能夠從事測控儀器、信息技術以及測試計量技術等方面的研究開發、設計製造和運行管理方面的複合型高級工程技術人才。

測控技術與儀器是將自動化系統上的信號加以採集、整理、處理、而後進行顯示或者發出控制信號的過程。

《感測器技術與應用》、《電磁場與電磁波技術》、《智能儀器儀錶技術》、《精密機械與儀器》、《測控儀器設計》、《光電測試技術與系統》、《自動控制理論基礎》、《電氣自動控制》、《光學設計》、《智能檢測技術》、《虛擬儀器及應用》部分高校按以下專業方向培養：自控、汽車電子控制技術、現代醫療儀器設備、檢測技術與自動化裝置、飛機機載電子電氣設備維修及管理。

本專業培養專業知識、實踐能力、綜合素質全面發展，掌握測量、控制和儀器領域的基礎理論、專門知識和專業技能，掌握信息獲取、傳輸、處理和應用的技術方法，具有測量控制領域技術集成和儀器綜合設計應用能力的複合型工程科技人才，能在國民經濟各部門從事測量控制與儀器領域的科學研究、設計製造、技術開發、應用研究、質量控制和生產管理等工作。

在信號採集環節，主要是採集對象發出的各種信號，再將這種信號轉換成電信號，以便於後續的處理。對象發出的信號大多數是通過感測器來採集的，包括物理信號（如溫度、流量、壓力等）和化學信號（如濕度、氣味等）兩大類，當然還包括不能歸為這兩類的一些信號，如可靠性、價格等。而開關量信號（帶有數字信號的特徵）則主要是靠帶有單片機電路的儀器，如無紙記錄儀，進行採集。此外，圖像信號自然是由攝像裝置來進行採集。

在信號的整理階段，主要是對採集到的電信號進行平整、濾波、模數轉換等，轉換成便於處理的數字信號。上述三種信號類型在整理階段的內容有所不同，比如對感測器傳來的信號主要是進行信號放大、平整、濾波和模數轉換的過程；而對於開關量信號通過無紙記錄儀的採集之後一般都能夠轉換成所需要的數字信號以待輸出到下一個處理環節；對於圖像信號，經採集之後主要是用於顯示，若還需對圖像進行處理，再顯示，或者發出控制信號，那麼也必須將圖像信號轉換成數字信號，進行處理，這就是一個複雜的問題。

在信號的處理階段，主要是對數字信號進行處理以便顯示，或者發出控制信號。我們通過顯示出來的信號來判斷自動化系統上對象的運轉是否正常，如果信號顯示不正常，就需要對信號進行計算與處理，得到控制信號發送給對象，使對象調整運轉的狀態以復歸正常。

在顯示與控制環節，顯示主要是指將數字信號通過便於我們觀察的形式顯示出來以便我們進行判斷，控制主要是指將控制信號傳送給並作用於對象的過程。上面的四個環節就構成了整個測控的過程，如果包括控制的過程，則剛好形成了一個閉環，即信號從對象開始，經過採集、整理、處理，最後又將控制信號作用於對象的閉環。

適合從事測控儀器、計算機輔助測試、信息處理以及工業過程式控制制等領域研究、開發、設計和製造的高級工程技術人才。

本專業招收理工類學生，學制4年。

設3個專業方向。

方向一：檢測技術與自動化裝置方向；

方向二：測試計量技術及儀器方向；

方向三：工業自動化控制及過程式控制制方向。

專業方向介紹：

測控技術與儀器專業是儀器科學與技術和控制科學與工程交叉融合而形成的綜合性學科。

以集電子技術、先進控制理論、計算機控制技術、自動檢測技術、光電技術以及網路技術於一體為特色，以生產過程的機電裝備運行狀態及其信息為研究對象。本方向旨在培養基礎理論紮實、實踐能力強、知識面廣，外語綜合能力和計算機應用能力較強，人文社會科學綜合素質較高，具有開拓創新意識，能夠從事工業過程式控制制理論與裝備、計算機輔助測試系統、信息處理與狀態識別等領域的研究開發、設計製造和運行管理的複合型高級工程技術人才。

以光—機—電—儀器—計算機技術一體化為特色，以感測器技術、信息獲取與處理技術、自動化精密機械以及智能儀器儀錶為主要研究對象。本方向旨在培養能夠從事測控儀器、信息技術以及測試計量技術等方面的研究開發、設計製造和運行管理方面的複合型高級工程技術人才。

測控技術與儀器是將自動化系統上的信號加以採集、整理、處理、而後進行顯示或者發出控制信號的過程。英文名稱：Measuring and Control Technology and Instrumentations。

自從迅猛發展的計算機技術及微電子技術滲透到測控和儀器儀錶技術領域，便使該領域的面貌不斷更新。相繼出現的智能儀器、匯流排儀器和虛擬儀器等微機化儀器，都無一例外地利用計算機的軟體和硬體優勢，從而既增加了測量功能，又提高了技術性能。由於信號被採集變換成數字形式后，更多的分析和處理工作都由計算機來完成，故很自然使人們不再去關注儀器與計算機之間的界限。近年來，新型微處理器的速度不斷提高，採用流水線、RISC結構和cachE等先進技術，又極大提高了計算機的數值處理能力和速度。在數據採集方面，數據採集卡、儀器放大器、數字信號處理晶元等技術的不斷升級和更新，也有效地加快了數據採集的速率和效率。與計算機技術緊密結合，已是當今儀器與測控技術發展的主潮流。對微機化儀器作一具體分析后，不難見，配以相應軟體和硬體的計算機將能夠完成許多儀器、儀錶的功能，實質上相當於一台多功能的通用測量儀器。這樣的現代儀器設備的功能已不再由按鈕和開關的數量來限定，而是取決於其中存儲器內裝有軟體的多少。從這個意義上可認為，計算機與現代儀器設備日漸趨同，兩者間已表現出全局意義上的相通性。據此，有人提出了“計算機就是儀器”/軟體就是儀器”的概念。

計算機就是測控系統的中堅

匯流排式儀器、虛擬儀器等微機化儀器技術的應用，使組建集中和分散式測控系統變得更為容易。但集中測控越來越滿足不了複雜、遠程（異地）和範圍較大的測控任務的需求，對此，組建網路化的測控系統就顯得非常必要，而計算機軟、硬體技術的不斷升級與進步、給組建測控網路提供了越來越優異的技術條件。 Unix、WindowsNT、Windows2000、Netware等網路化計算機操作系統，為組建網路化測試系統帶來了方便。標準的計算機網路協議，如OSI的開放系統互連參考模型RM、Internet上使用的TCP/IP協議，在開放性、穩定性、可靠性方面均有很大優勢，採用它們很容易實現測控網路的體系結構。在開發軟體方面，比如NI公司的Labview和LabWindows/CVI，HP公司的VEE，微軟公司的的VB、VC等，都有開發網路應用項目的工具包。軟體是虛擬儀器開發的關鍵，如Labview和LabWindows/CVI的功能都十分強大，不僅使虛擬儀器的開發變得簡單方便，而且為把虛擬儀器做到網路上，提供了可靠，便利的技術支持。LabWindows/CVI中封裝了TCP類庫，可以開發基於TCP/Ip的網路應用。Labview的TCP/IP和UDP網路VI能夠與遠程應用程序建立通信，其具有的Internet工具箱還為應用系統增加了E-mail、FTP和Web能力；利用遠程自動化VI，還可對控制其他設備的分散的VI進行控制。Labview5．1中還特別增加有網路功能，提高了開發網路應用程序的能力。

將計算機、高檔外設和通信線路等硬體資源以及大型資料庫、程序、數據、文件等軟體資源納入網路，可實現資源的共享。其次，通過組建網路化測控系統增加系統冗餘度的方法能提高系統的可靠性，便於系統的擴展和變動。由計算機和工作站作為結點的網路也就相當於現代儀器的網路。計算機已成為現代測控系統的中堅。

網路技術已越來越成為測控技術滿足實際需求的關鍵支撐

當今時代，以Internet為代表的計算機網路的迅速發展及相關技術的日益完善，突破了傳統通信方式的時空限制和地域障礙，使更大範圍內的通信變得十分容易，Internet擁有的硬體和軟體資源正在越來越多的領域中得到應用，比如電子商務、網上教學、遠程醫療、遠程數據採集與控制、高檔測量儀器設備資源的遠程實時調用，遠程設備故障診斷，等等。與此同時，高性能、高可靠性、低成本的網關、路由器、中繼器及網路介面晶元等網路互聯設備的不斷進步，又方便了Internet、不同類型測控網路、企業網路間的互聯。利用現有Internet資源而不需建立專門的拓撲網路，使組建測控網路、企業內部網路以及它們與Internet的互聯都十分方便，這就為測控網路的普遍建立和廣泛應用鋪平了道路。把TCP/IP協議作為一種嵌入式的應用，嵌入現場智能儀器（主要是感測器）的ROM中，使信號的收、發都以TCP/IP方式進行，如此，測控系統在數據採集、信息發布、系統集成等方面都以企業內部網路（Intranet）為依託，將測控網和企業內部網及Internet互聯，便於實現測控網和信息網的統一。在這樣構成的測控網路中，傳統儀器設備充當著網路中獨立節點的角色，信息可跨越網路傳輸至所及的任何領域，實時、動態（包括遠程）的在線測控成為現實，將這樣的測量技術與過去的測控、測試技術相比不難發現，今天，測控能節約大量現場布線、擴大測控系統所及地域範圍。使系統擴充和維護都極大便利的原因，就是因為在這種現代測量任務的執行和完成過程中，網路發揮了不可替代的關鍵作用，即網路實實在在地介入了現代測量與測控的全過程。基於Web的信息網路Intranet，是目前企業內部信息網的主流。應用Internet的具有開放性的互聯通信標準，使Intranet成為基丁TCP/IP協議的開放系統，能方便地與外界連接，尤其是與Internet連接。藉助Internet的相關技術，Intranet給企業的經營和管理能帶來極大便利，已被廣泛應用於各個行業。Internet也已開始對傳統的測控系統產生越來越大的影響。目前，測控系統的設計思想明顯受到計算機網路技術的影響，基於網路化、模塊化、開放性等原則，測控網路由傳統的集中模式轉變為分佈模式，成為具有開放性、可互操作性、分散性、網路化。智能化的測控系統。網路的節點上不僅有計算機、工作站，還有智能測控儀器儀錶，測控網路將有與信息網路相似的體系結構和通信模型。比如目前測控系統中迅猛發展的現場匯流排，它的通信模型和OSI模型對應，將現場的智能儀錶和裝置作為節點，通過網路將節點連同控制室內的儀器儀錶和控制裝置聯成有機的測控系統。測控網路的功能將遠遠大於系統中各獨立個體功能的總和。結果是測控系統的功能顯著增強，應用領域及範圍明顯擴大。Jini軟體技術問世。Jini軟體技術旨在使各種電器設備、測量儀器及採用JAVA晶元的各種裝置能連接上網，Jini軟體連同以Java語言編寫的簡單程序，可使聯網的任何儀器設備實現其自身功能的同時，還能為其他儀器設備加以利用。

網路技術的出現，正在並將極大地改變人們生活的各個方面。具體到計量測試、測控技術及儀器儀錶領域，微機化儀器的聯網，高檔測量儀器設備以及測量信息的地區性、全國性乃至全球性資源共享，各等級計量標準跨地域實施直接的數字化溯源比對，遠程數據採集與測控，遠程設備故障診斷，電、水、燃氣、熱能等的自動抄表，等等，都是網路技術進步並全面介入其中發揮關鍵作用的必然結果。

(1)以自然基準溯源和傳遞，同時在不同量程實現國際比對。如果自己沒有能力比對就要依靠其它國家。

(2)高精度。目前半導體工藝的典型線寬為0.25μm，並正向0.18μm過渡，2009年的預測線寬是0.07μm。如果定位要求佔線寬的1/3，那麼就要求10nm量級的精度，而且晶片尺寸還在增大，達到300mm。這就意味著測量定位系統的精度要優於3×10的-8次方，相應的激光穩頻精度應該是10的-9次方數量級。

(3)高速度。目前加工機械的速度已經提高到1m/sec以上，上世紀80年代以前開發研製的儀器已不適應市場的需求。例如惠普公司的干涉儀市場大部分被英國Renishaw所佔領，其原因是後者的速度達到了1m/sec。

(4)高靈敏，高分辨，小型化。如將光譜儀集成到一塊電路板上。

(5)標準化。通訊介面過去常用GPIB，RS232，目前有可能成為替代物的高性能標準是USB、IEEE1394和VXI。現在，技術領先者設法控制技術標準，參與標準制訂是儀器開發的基礎研究工作之一。

2014-2015年測控技術與儀器專業大學競爭力排行榜

2016年中國大學測控技術與儀器專業排行榜

詞條圖冊更多圖冊

1．發展方向與學科前沿

(1)配合數控設備的技術創新(如主軸速度，精度創成)

數控設備的主要誤差來源可分為幾何誤差（共有21項）和熱誤差。對於重複出現的系統誤差，可採用軟體修正；對於隨機誤差較大的情況，要採用實時修正方法。對於熱誤差，一般要通過溫度測量進行修正。中國機床行業市場萎縮同時又大量進口國外設備的原因之一就是因為這方面的技術沒有得到推廣應用。為此，需要高速多通道激光干涉儀：其測量速度達60m/min以上，採樣速度達5000次/sec以上，以適應熱誤差和幾何誤差測量的需要。空氣折射率實時測量應達到2×10的-7次方水平，其測量結果和長度測量結果可同步輸入計算機。

(2)運行和製造過程的監控和在線檢測技術

綜合運用圖像、頻譜、光譜、光纖以及其它光與物質相互作用原理的感測器具有非接觸、高靈敏度、高柔性、應用範圍廣的優點。在這個領域綜合創新的天地十分廣闊，如振動、粗糙度、污染物、含水量、加工尺寸及相互位置等。

(3)配合信息產業和生產科學的技術創新

為了在開放環境下求得生存空間，沒有自主創新技術是沒有出路的。因此應該根據有專利權、有技術含量、有市場等原則選擇一些項目予以支持。根據當前發展現狀，信息、生命醫學、環保、農業等領域需要的產品應給予優先支持。如醫學中介入治療的精密儀器設備、電子工業中的超分辨光刻和清潔方法和機理研究等。

2．優先領域

在基礎研究的初期，對於能否有突破性進展是很難預測的。但是，當已經取得突破性進展時，則需要有一個轉化機制以進入市場。

（1）納米溯源技術和系統。

(2)介入安裝和製造的坐標跟蹤測量系統。

關鍵理論和技術：超半球反射器(n=2或在機構上創新)，快速、多路干涉儀(頻差3～5兆)，二維精密跟蹤測角系統(0.2″～0.5″)，通用信號處理系統(工作頻率5兆)，無導軌半導體激光測量系統(解析度1μm)，熱變形模擬，力變形模擬。

這些內容不局限於一種技術方案，而是幾種不同技術方案中概括出來的共同點。如採用無導軌干涉儀，對跟蹤系統的要求可以降低；採用二維精密跟蹤測角系統在1M3測量範圍內可以得到高精度；有了超半球反射鏡可以提高4路跟蹤方案的精度。在現場進行介入製造和裝配不能等待很長時間，力和熱變形的補償是必須的而且需要足夠快，現在的技術還有相當大的差距，所以這些進展是關鍵性的。

應用範圍：新型并行機構機床的鑒定，飛機裝配型架的鑒定，大型設備安裝，用於生物晶元精密機器人校準等。

(3)非接觸測頭以及各種掃描探針顯微鏡。

航空航天行業對此已經提出迫切要求，這是今後坐標測量機發展的關鍵技術。目前接觸式測頭已完全被國外所壟斷，非接觸測頭還沒有發展成熟，我們有參與競爭的機遇。以前較多採用的激光三角法原理受到很多限制，難以有突破性進展，但可在原理創新上下功夫。應該突破0.1～0.5μm解析度。

(4)計算機輔助測量理論。

信號處理系統的標準化、模塊化、兼容和集成。例如，目前多數採用ISA匯流排、IEEE488口，今後計算機可能取消ISA匯流排，用於筆記本電腦的USB介面將廣泛應用。過去，中國生產的儀器滿足於數字顯示，沒有數據交換介面，難以進入國際市場。國外生產的儀器普遍配備IEEE488(GPIB)口。RS232：目前有可能成為替代物的高性能標準是USB、IEEE1394和VXI。在此轉折期為我們提供了機遇。目前虛擬儀器的工作頻段在千赫數量級，對於干涉信號處理顯得太低，可以採取聯合互補的方法形成模塊系列，同時降低成本，從總體上提高研發工作的效率。根據已有基礎，發展特長，有利於克服重複研究。

(5)新器件，新材料。

過去，科研評價體系存在偏重於整機和系統，忽視材料和器件的趨向。新的突破點可能出現在新光源、新型高頻探測器。目前探測器的響應頻率只有10的9次方，而光頻高達10的14次方，目前干涉儀實際上是起著混頻器的作用，適應探測器的不足(如果探測器的響應果真能超過光頻，干涉儀也就沒有用了)。如果探測器的性能得到顯著提高，對於通訊也是很大的突破。

(6)半導體激光器計量特性的研究和創新。

半導體激光器用於計量需要解決很多問題(如線寬、定標、變頻等)。但如果解決了諸多問題以後，半導體激光系統比氣體激光系統更複雜，就不會有競爭力。有些問題在物理層面上也沒有完全解決。例如半導體激光器如果能形成雙頻，無疑是一種十分重要的特性，如果既能掃頻又有兩個相近的頻率掃描，就會成為一種新的無導軌測量工具。

業務培養目標

本專業培養具備精密儀器設計製造以及測量與控制方面基礎知識與應用能力，能在國民經濟各部門從事測量與控制領域內有關技術、儀器與系統的設計製造、科技開發、應用研究、運行管理等方面的高級工程技術人才。業務培養要求：

本專業學生主要學習精密儀器的光學、機械與電子學基礎理論，測量與控制理論和有關測控儀器的設計方法，受到現代測控技術和儀器應用的訓練，具有本專業測控技術及儀器系統的應用及設計開發能力。

畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力：

1．具有較紮實的自然科學基礎，較好的人文、藝術和社會科學基礎及正確運用本國語言、文字的表達能力；

2．較系統地掌握本專業領域寬廣的技術理論基礎知識，主要包括機械學、電子學、光學、測量與控制、市場經濟及企業管理等基礎知識；

3．掌握光、機、電、計算機相結合的當代測控技術和實驗研究能力，具有本專業測控技術、儀器與系統的設計、開發能力；

4．具有較強的外語應用能力；

5．具有較強的自學能力、創新意識和較高的綜合素質。

主幹學科：光學工程、儀器科學與技術。

主要課程：電路原理度、EDA技術及應用、感測器與檢測技術、自動控制原理、單片機原理及應用、程序設計、精密機械與儀器設計、精密機械製造工程、模擬電子技術基礎、數字電子技術基礎、微型計算機原理與應用、控制工程基礎、信號分析與處理、精密測控與系統、工程光學。

主要實踐性教學環節：包括軍訓，金工、電工、電子實習，認識實習，生產實習，社會實踐，課程設計，畢業設計（論文）等，一般應安排40周以上。

主要專業實驗：測試與檢測、微型計算機與介面、控制、光學光電等專業實驗。

修業年限：四年。

授予學位：工學學士。

專業開設高校

專業各學校排名

校友會2017中國大學測控技術與儀器專業排行榜

中國科教評價網2017-2018年測控技術與儀器專業排名_中國大學本科教育專業排名

專升本

主要專業課有：工程光學、精密機械與儀器、電路基礎、模擬與數字電路、微機原理與介面技術、計算機網路、嵌入式系統、自動控制原理、光電檢測技術、信號分析與處理、公路智能測控系統設計、智能儀器等。同時，還要完成金工實習、外場實踐、創新性實驗和綜合課程設計等實踐環節。