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专业概览
专业概览
发展背景
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。
随着科学技术的飞速发展,光机电一体化系统的开发研制与应用越来越受到重视。
在最开始报考志愿时我本以为测控技术就是用三角板、直尺之类的仪器进行普遍的测量绘制工作。
到后来经过了一两年的专业教育以后才发现其实这只是很浅显的认识,也是很浅薄的错误。
通过后来的学习实践我才发现原来我们的专业是这么尖端,什么激光啦,纳米啊,都是我们用来测绘的辅助工具。
通过对现有的电脑硬件和软件合理的使用,更可以让我们轻松地模拟实地环境,不仅学起来轻松省事,更提出了各式各样的问题,可以发挥自己的想像,设计更复杂完备的系统。
专业特点
测控技术与仪器专业以光、机、电、计算机一体化为特色,培养具有现代科学创新意识、知识面宽、基础理论扎实、计算机和外语能力强,可从事计算机应用、电子信息、智能仪器、虚拟仪器、测量与控制等多领域的产品设计制造、科技开发、应用研究、企业管理等多方面的高级工程技术及经营管理人才。
同时因为专业知识面宽广,具有很强的适应能力和广泛的发展空间,也可从事计量、测试、控制工程、智能仪器仪表、计算机软件和硬件等高新技术领域的设计、制造、开发和应用等工作,转行比较容易。
应用
一、测控技术的应用
测控技术在现代汽车中的应用越来越广泛,表现在:
电子控制技术、安全技术、防盗技术、遥感技术以及环保技术、网络总线技术等。
1.1在汽车电子控制技术方面的应用
测控技术在汽车电子控制技术方面的应用很广泛。
近年来,随着电子技术、计算机技术和信息技术的应用,汽车电子控制技术得到迅猛发展,尤其在控制精度、控制范围、智能化和网络化等方面有了较大突破。
汽车电子控制技术已成为衡量现代汽车发展水平的重要标志。
汽车电子控制系统基本由传感器、电子控制器(ECU)、驱动器和控制程序软件等部分组成。
它应用于汽车的各个系统,例如汽车发动机的电子控制、点火控制与排气再循环控制、汽车转向控制等。
传感器在汽车控制技术中是一个非常重要的部件,汽车传感器的核心是发动机控制传感器,包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、爆震传感器等。
另外还有胎压传感器、超声波传感器、气体净化传感器、车辆防盗传感器、防震传感器、智能传感器等。
随着技术的发展和材料科学的进步,传感器正向智能化、微型化发展,传感器厂商努力利用新原理、新技术、新工艺扩大传感器的功能与应用范围,例如现在可以制造出控制半导体氧化物成分的传感器、各种气体传感器、光导纤维传感器等。
1.2在汽车安全技术方面的应用
近年来,随着汽车数量的不断增加,随之带来的道路交通安全问题也已成为世界性的大问题,车辆事故和因车祸伤亡的人数在不断增加,汽车的安全技术已成为不容忽视的问题,各个汽车生产厂家也不断地应用新技术新产品以提高汽车的安全性。
汽车安全技术的概念包括两方面内容:
主动式安全技术,即防止事故的发生;被动安全技术,即事故发生后的乘员保护。
现在汽车安全技术的趋势是,在每个安全领域都要开发出性能更好、反应更快和分辨力更强的安全系统,使它们在不同的环境和条件下,针对不同的乘员,迅速作出不同的反应。
只有好的安全性才能使汽车的其他性能得到充分发挥。
汽车安全技术主要有防抱死制动系统(ABS)、电子制动力分配装置(EBD)、驱动防滑系统(ASR)、报警装置、巡航控制系统、安全带、安全气囊、汽车防撞技术系统、倒车雷达等。
1.3在汽车环保方面的应用
环境问题是全球普遍关注的问题,人们都在努力解决各种污染问题,争取人与自然的和谐相处。
测控技术在汽车环保方面的应用,使汽车的能耗和污染物排放大大减少。
有力地解决了现在能源短缺和空气污染严重的问题。
主要采用了汽油机电控制燃油喷射技术、柴油机高压共轨电控喷射系统、冷却废气再循环技术以及燃料电池等。
1.4在汽车遥测方面的应用
遥测是将一定距离外被测对象的参数经过感受、采集,通过传输媒介送到接收地点并进行解调、记录、处理的一种测量过程。
遥测技术的发展给人类提供了方便、快捷。
例如遥控启动,人们站在车外,只要按一下按钮就可以打开或锁上汽车,也可用遥控打开车窗、车门;再有汽车仪表,可以根据仪表上显示的数据来判断汽车是否正常工作。
还有应用了测控技术的汽车排气遥测设备,与传统的机动车排气测量方法不同,它采取非接触式测量方法,使用红外线和紫外线光谱吸收技术,可以在不妨碍正常交通的情况下,检测行驶车辆的CO、HC、NOx等排气污染物浓度,具有检测效率高(每小时最多可以检测三千多辆车),不影响车辆正常行驶,防止舞弊并能较真实地反映车辆道路实际排放状况。
1.5在汽车舒适性控制方面的应用
汽车已不只是最初的运输或代步工具,它已变成娱乐、休闲等的重要生活空间。
人们希望有一个舒适的驾驶与乘坐环境。
测控技术的应用大大提高了汽车的舒适性。
例如现代汽车中都有自动天线、音响及视频设备,这些都使在汽车里能获得丰富的视听娱乐享受,也可以大大缓解驾驶员在行车过程中的疲惫,增添旅途的愉快,减少交通事故的发生率。
再有汽车的自动空调,当驾驶员设定汽车内的温度以后,自动空调可根据车内、外条件的变化,自动变化制冷或供暖状态,调节制冷或供暖强度,使汽车内的温度保持在设定范围以内。
二、生物医学测量及控制技术是近年来生物医学工程研究中最活跃的分支之一。
人体的不同层次(包括细胞、分子层次,组织、器官层次,个体、群体层次)上的生物医学测量技术的研究论文数以万计,其中包括各种测量对象、测量方法及测量仪器。
测量是控制的前提,没有精确的测量就没有精确的控制,测量与控制组成的闭环系统在生命科学研究及医疗器械中的应用越来越广,因而在新兴的学科领域中常称为测控技术,测控技术的研究进展正在推动先进的诊断、治疗方法与仪器的进步。
近年来,生物医学测控技术在推动医学诊断和治疗仪器的进步主要体现在下列几个方面:
1.无创及微创测控技术
无创及微创测控技术已直接应用于微创心血管外科、激光外科、各类内窥镜技术、植入的或体外的传感与反馈治疗技术、功能辅助技术、组织工程技术、无创通气技术、人工器官及微米级甚至纳米机器人技术中,获得了更精确、更有效、更安全的治疗效果。
2.生物医学光子测控技术
以光子为信息或能量载体的生物医学光子技术正在受到世界各国的关注,国际生物医学光子会议已举办多次,我国也几度研讨生物医学光子学,尤其是分子生物光子学的发展现状及对策。
目前生物发光的机理研究与应用、生物系统的诱导发光及应用、荧光探测与激光扫描共聚焦显微技术、多光子荧光成像,光镊和单分子操作,激光治疗、光动力疗法、光相干层析成像(OCT)等均已取得了成果,数字式内窥镜、光纤内窥镜与共聚焦显微镜结合的在体分子活检、固有荧光活检技术也取得了阶段性成果,各种医用激光技术等也正在大力推广中。
3.生化检验
生化检验也有了长足进步,近年来已有多家研究所与公司报导了许多新型半自动或全自动生化分析仪研制成功,临床实验室信息系统CLIS和全实验自动化TLA的步伐也正在加速。
4.细胞及生物分子层次上的测量技术
在细胞与生物分子级别上的检测技术的进步也十分引人注目。
基因扩增PCR技术以及PCR仪器的研制,基因芯片的研制、应用以及芯片系统的建立,细胞信号转导的研究水平以及膜片箝系统的研制成果,各类高倍、高分辨率显微镜及应用技术的进步都标志了我国在细胞与分子级别上的检测技术已上了新的台阶,这些技术正在推动细胞及分子级别上的诊断技术的进步。
三、
在现代自动化控制系统应用中,经常对系统的温度、湿度、电压、电流、压力、流量等参数进行测量和控制。
不仅在各行各业,而且在大、中、小型控制系统中采用温度测控技术。
热敏电阻有反应灵敏、准确、体积小、成本低、稳定性好等特点,利用单片机和热敏电阻不仅可以解决对温度精确测量的技术问题,还可通过可控硅实现对温度的精确控制。
本文以某中药加速仪的设计应用进行阐明。
2.硬件电路设计
以热敏电阻为测量元件的At89C2051单片机温度测控系统电路原理图略可向作者索取。
本文仅对中药加速仪温度测量与控制电路部分进行描述。
2.1温度测量元件
热敏电阻是一种新型半导体感温元件,具有体积小、重量轻、热感应快、灵敏度高、结构稳定、可靠性高、阻值精度高、一致性好的优点。
热敏电阻可分为正温度系数和负温度系数两种类型。
负温度系数热敏电阻具有负的电阻温度特性,当温度升高时,电阻值减小;当温度降低时,电阻值增大,其阻值与温度特性曲线是一条指数曲线,非线性较大,在实际使用中要进行线性化处理,但比较复杂,一般只使用线性度较好的一段。
如果测出热敏电阻的阻值,就可以间接的算出对应的温度值。
MF52-3950型热敏电阻工作温度:
-40℃~100℃;时间常数<=3.2S;耗散系数>=0.7mW/℃;B常数:
3950k。
中药加速仪的工作温度为40℃~60℃;温度误差范围-2℃~2℃,根据以上情况温度测量元件选用MF52-3950型NTC热敏电阻器。
2.2温度测量电路与原理
用热敏电阻测温的硬件连接见图1。
图1中T1为测量点;TP2(P1.1)为参考电阻R3充放电端;TP1(P1.0)为热敏电阻网络充放电端。
将热敏电阻RT与R2固定电阻并联,当温度改变时,RT阻值改变。
(1)使At89C2051单片机P1.0(TP1)输出高电平(H)、P1.1(TP0)输出低电平(L),此时电阻R1、R2、RT与电容C1构成RC电路并充电。
(2)当测试点T1的电压达到三极管的导通电压时,三极管导通,测试点T2变为低,当89C2051单片机检测到测试点T2变为低电平时记录充电时间t1。
图1热敏电阻测温
(3)使At89C2051单片机P1.0(TP1)输出低电平(L)、P1.1(TP0)输出低电平(L),让电容C1放电。
(4)放电完毕后,使At89C2051单片机P1.0(TP1)输出低电平(L)、P1.1(TP0)输出高电平(H),此时电阻R3与电容C1构成RC电路并再次充电。
(5)当At89C2051单片机再次检测到测试点T2变为低电平时记录充电时间t2。
采用充电的办法分别测出参考电阻R3的放电时间t2,热敏电阻器电阻网络Rw的放电时间t1。
则有下面的公式:
Rw=t1×R3/t2式中Rw=R1+(RT+Rw)/(RT×Rw)
K=Rw/R3=t1/t2
参考电阻R3在中药加速仪的环境工作温度内变化微小,可忽略不计。
图2主程序流程图
热敏电阻温度与阻值的关系有:
R=R25XexpB{1/(T+273)-1/(25+273)}
其中:
T-被测温度
R25-热敏电阻25℃时的阻值
B-热敏电阻B常数
R-被测温度下热敏电阻阻值
通过以上公式,求出热敏电阻在不同温度下的阻值,可得到不同温度下的RT和Rw阻值表,再求出对应温度下热敏电阻网络Rw与参考电阻比值表,也就是K值表,这样就得到了不同温度下K值与温度的对应表。
K值可通过t1、t2求得,通过计算K值查找对应表,就可得到对应的温度值。
2.3温度控制电路
At89C2051单片机对温度的控制是通过可控硅实现的,如单片机温度测控系统电路原理图所示。
由At89C2051单片机P3.0发出控制信号,控制可控硅的通断就可实现控制温度的目的。
At89C2051只要改变P3.0的接通时间就可调节温度的变化。
由于中药加速仪存
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