儀器科學與技術概論

前言

“儀器科學與技術”學科的主要內容包括三大部分：即“計量學”、“傳感技術”、“測量技術與儀器”，其應用范圍涵蓋了工程、物理、化學、生物和醫(yī)學等各專業(yè)技術領域和日常生活的方方面面。鑒于儀器科學與技術橫跨了幾乎所有門類的理工學科，使得不僅僅是從事儀器儀表研究、開發(fā)、制造和銷售的專業(yè)人士，實際上所有可能使用儀器儀表的科技工作者，都應該具備相關專業(yè)技術領域的測量知識。在高等院校設置“儀器科學與技術概論”課程（以下簡稱“概論”）作為儀器儀表類專業(yè)本科生的必修課，或作為工程技術類專業(yè)本科生的選修課，已經成為儀器儀表專家、教授的普遍呼聲。實際上，一些高等院校早在若干年前就已開設了這門課程，遺憾的是時至今日尚未見到與此相關的參考教材。本課程應當講哪些內容？如何講？相關的專家、教授也未達成共識，尤其是圍繞“儀器科學與技術”學科的內涵和外延，國內的專家、學者發(fā)表了許多宏論，鞭辟入里者故有之，隨意揮灑者亦不在少數(shù)；更有立意高遠、囊括天下百科萬物者，使人讀后如墜入九霄云霧之中，恍兮惚兮，頓生不知儀器儀表為何物之嘆！因此之故，筆者深深感到編寫《儀器科學與技術概論》一書的必要性和迫切性。誠然，能否準確把握儀器科學與技術學科的內涵，提其要、構其玄，匯編集注以成書，并非一件易事，且又易于給人以“因循守舊”和“陳詞濫調”之嫌。然而，為了“拋磚引玉”以就教于同行，筆者遂不揣淺陋、勉力為之了，這或許正應驗了那句古話——“無知者無畏”吧。

內容概要

　　《儀器科學與技術概論》介紹了儀器科學與技術的學科內涵和知識體系，內容包括儀器科學與技術的概念體系、計量學基礎、測量技術與儀器的基本知識、計算機輔助測量系統(tǒng)、傳感技術與測量儀器的前沿領域、中國古代度量衡及觀測儀器的發(fā)展概況，較為全面地反映了測量科學與應用的基本概念、儀器儀表專業(yè)的發(fā)展進程、現(xiàn)代傳感技術及測量儀器的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。《儀器科學與技術概論》適合作為高等院校儀器儀表類專業(yè)的本科生教材，可供機械工程、電氣工程、自動化技術以及物理、化學和生物醫(yī)學等學科專業(yè)的本科生、研究生和科技人員進修參考。

作者簡介

潘仲明，國防科技大學教授，博士生導師。畢業(yè)于國防科技大學精密儀器及機械專業(yè)，獲博士學位。1999年1月至2000年3月作為國家公派訪問學者，在美國Oakland大學電氣與系統(tǒng)工程系進修，并從事多傳感器數(shù)據融合技術和汽車安全防撞系統(tǒng)研究。曾主持和參加國家重大建設專項、國家自然科學基金項目、部委級科技基金項目和其他科研項目的研究工作，獲國家科技進步二等獎、部委級科技進步一、二、三等獎8項，國家發(fā)明專利3項，軍隊育才銀獎1次。出版研究生教材1部，在國內外核心期刊和學術會議發(fā)表論文40余篇。

書籍目錄

第一章 儀器科學與技術的概念體系1.1 學科內涵1.1.1 測量1.1.2 計量1.1.3 傳感器1.1.4 測量儀器1.1.5 儀器科學與技術學科的體系結構1.2 專業(yè)術語及其探討1.2.1 測量技術領域常見詞匯1.2.2 基本計量學術語1.3 本書概貌習題參考文獻第二章 計量學基礎2.1 計量單位制的起源與發(fā)展2.1.1 國際計量組織2.1.2 為計量單位制作出杰出貢獻的科學家2.1.3 國際單位制2.1.4 計量單位與基本物理常數(shù)2.2 國家計量標準與規(guī)范2.2.1 我國法定計量單位及其使用規(guī)則2.2.2 量值傳遞與溯源2.3 計量分類2.3.1 分類概況2.3.2 十大計量2.3.3 軍事計量習題參考文獻第三章 測量技術與儀器的基本知識3.1 測量的基本概念3.1.1 測量原理3.1.2 測量方法3.1.3 測量儀器3.2 測量儀器的靜、動態(tài)特性3.2.1 儀器的靜態(tài)特性3.2.2 儀器的動態(tài)特性3.3 測量不確定度3.3.1 影響量已知的系統(tǒng)測量誤差3.3.2 干擾量未知導致的測量不確定度3.3.3 測量不確定度模型3.3.4 合成不確定度的計算示例3.4 動態(tài)測量誤差3.4.1 動態(tài)誤差的成因3.4.2 動態(tài)誤差的校正3.5 測量系統(tǒng)結構3.5.1 串聯(lián)結構3.5.2 并聯(lián)結構3.5.3 環(huán)狀結構3.6 測量系統(tǒng)中的信號特性3.6.1 信號類型或數(shù)據形式3.6.2 傳感器信號處理3.7 電磁兼容3.7.1 電磁干擾3.7.2 接地3.7.3 屏蔽習題參考文獻第四章 計算機輔助測量系統(tǒng)4.1 工業(yè)控制計算機4.1.1 硬件4.1.2 軟件4.1.3 虛擬儀器4.1.4 自動測試系統(tǒng)4.2 硬件接口和總線系統(tǒng)4.2.1 硬件接口4.2.2 串行通信接口4.2.3 并行通信總線4.2.4 總線平臺的比較4.3 局域網通信系統(tǒng)4.3.1 LXI規(guī)范4.3.2 LXI測試系統(tǒng)的優(yōu)越性4.3.3 建立LXI自動測試系統(tǒng)4.3.4 傳感器無線網4.4 測量程序與儀器控制4.4.1 可編程測量儀器4.4.2 計算機輔助測量過程4.4.1LabVIEW和MATLAB習題參考文獻第五章 傳感技術與測量儀器的前沿領域5.1 傳感器的前沿技術5.1.1 智能傳感器5.1.2 智能結構5.1.3 新型傳感器及其關鍵技術5.2 測量技術與儀器的發(fā)展進程5.2.1 儀器儀表與現(xiàn)代文明5.2.2 電子測量儀器及系統(tǒng)5.2.3 現(xiàn)代精密測量技術5.2.4 現(xiàn)代測量技術的特征及發(fā)展趨勢5.3 科學實驗與測量儀器5.3.1 普朗克常數(shù)及其測量實驗5.3.2 先進儀器儀表和傳感器的發(fā)明創(chuàng)造習題參考文獻第六章 中國古代度量衡及觀測儀器的發(fā)展概況6.1 中國古代度量衡的起源6.1.1 古代度量衡與律呂的淵源6.1.2 古代度量衡制度的發(fā)展歷程6.2 中國古代計時方法的演變6.2.1 古代計時方法6.2.2 古代計時儀器與歷法6.3 中國古代天文地理觀測儀6.3.1 古代天文觀測儀6.3.2 古代地理觀測儀習題參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：除了這些數(shù)值化運算外，有時還需進行邏輯運算，例如，根據某項指標進行分類等。此外，利用對符號鏈的操作還可改變數(shù)據格式。表達表達的作用是把從測量和分析計算中所得到的信息傳遞給測量系統(tǒng)的操作者。在測量過程結束后就應當及時地給出明確的測量結果，以便對測量過程的質量進行判定，如果必要的話，還需要改變測量原理和測量方法。保存保存的作用是將采集信號和由此獲得的信息轉移到非易丟失的存儲介質中。這樣，即便在測量過程中斷或結束后，或在遭遇到可能的干擾（如斷電、系統(tǒng)崩潰）時，測量數(shù)據仍能被以后的分析計算所使用。因此，建議將原始數(shù)據、或經校準的測量數(shù)據、實驗裝置和操作軟件的設置參數(shù)存儲起來，但沒有必要存儲圖形以節(jié)省存儲空間。建立文檔建立測量文檔是測量過程的重要組成部分，其作用是保存測量過程和測量結果的完整記錄。通過建立文檔，能將產生測量結果的前提和獲得測量結果的設置無歧義、無空缺地記錄在案。只有建立了測量文檔，才能使測量結果應用于解決實際問題或發(fā)表論文，或者按照新的判據重新分析計算測量數(shù)據。如果事實表明測量誤差的產生與過程的改變之間具有某種時間上的關聯(lián)性，則可以依據精心建立的測量文檔進行事后的誤差分析。在大流通量實驗樣本的標準化監(jiān)測過程中，如終端監(jiān)控過程，往往要求系統(tǒng)具有自動建立文檔的功能。在這種情況下，每個樣本，包括樣本的重要標志、監(jiān)測條件和監(jiān)測結果，都要自動形成一份文檔或至少在數(shù)據庫中登記一次。

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