仪器仪表工程 百科内容来自于: 百度百科

仪器仪表是人类获取信息、认识自然、改造自然的重要工具。广泛涉及到国民经济、科学研究和与人们日常生产相关的各个方面,是提供检测、计量、监测和控制装置、设备与技术的综合性工程领域,为人类社会提供了重要的物质技术保障。随着激光技术、电子学技术、自动化技术、精密机械技术、计算机及软件技术的飞速发展,以及新材料、新工艺的不断出现,不仅充实和丰富了仪器仪表工程学科领域的基础,而且拓宽和发展了本学科的研究领域,使得仪器仪表向精密化、自动化、智能化、集成化、微型化和多功能方向发展。

学位标准

(试行)

领域名称:仪器仪表工程
领域代码:430104
全国工程硕士专业学位教育指导委员会
2010年5月
前言
本标准由全国工程硕士专业学位教育指导委员会提出。
本标准由全国工程硕士专业学位教育指导委员会仪器仪表工程领域教育协作组领域学位标准研究课题组起草。
本标准由全国工程硕士专业学位教育指导委员会秘书处归口。
本标准由全国工程硕士专业学位教育指导委员会解释。

图书目录

1 前言. 1
2 仪器仪表工程领域覆盖范围. 1
2.1仪器仪表工程领域定义. 1
2.2仪器仪表工程领域特征. 1
3 仪器仪表工程领域学习基础. 1
3.1理学学科基础:数学、物理、化学、生物等. 1
3.2工学学科基础. 1
3.3 人文学科基础:哲学、经济学、法学、汉语、外国语、管理学等. 2
4 仪器仪表工程领域培养目标. 2
5 仪器仪表工程领域知识结构. 2
5.1基础知识. 2
5.2专门知识,. 2
5.3人文知识. 2
5.4工具性知识. 2
6 仪器仪表工程领域能力要求. 3
6.1获取知识能力. 3
6.2应用知识能力. 3
6.3工程实践能力. 3
6.4开拓创新能力. 3
6.5组织协调能力. 3
7.仪器仪表工程领域素质要求. 3
8 仪器仪表工程领域学位论文. 3
8.1选题要求. 3
8.2形式要求. 4
8.3内容要求. 4
8.4 质量要求. 5
9 学位授予. 5
附录一 仪器仪表工程领域全日制工程硕士培养要点. 7
1培养特点. 7
2培养方式. 7
3课程体系与核心课程. 7
4仪器仪表工程领域全日制工程硕士培养的工程实践. 8
5论文工作. 8
6学位申请与授予. 11
附录二 仪器仪表工程领域非全日制工程硕士培养要点. 12
1培养特色. 12
2培养年限及方式. 12
3课程体系与核心课程. 12
4导师职责. 13
5论文工作. 14
6学位申请与授予. 17
附录三仪器仪表工程领域发展方向. 17
1仪器仪表工程领域的地位. 17
2 仪器仪表工程领域发展特点. 19
3 仪器仪表工程领域科技和产业的发展趋势. 21
仪器仪表工程领域工程硕士专业学位标准

前言

仪器仪表工程硕士专业学位是与本工程领域任职资格相联系的专业性学位。
为明确仪器仪表工程领域工程硕士的培养要求,保证培养质量,促进仪器仪表工程领域工程硕士教育的发展,特依据《中华人民共和国学位条例》,制定本标准。
本标准对仪器仪表工程领域工程硕士培养工作具有共性的专业学位标准提出了基本要求,是仪器仪表工程领域工程硕士培养的指导性文件。
各培养单位应参照本标准,并根据各自特点和企业需求,制定出更为详尽、更具特色的培养方案和实施办法。

覆盖范围

定义

仪器仪表工程是一个知识密集、技术密集、口径宽、覆盖面广,以信息获取为目标的工程领域。 

特征

仪器仪表专业的学科特征:仪器科学与技术是以精密机械、电子技术、光电技术、计算机技术为主,并与精密仪器及机械、测试计量技术及仪器、光电工程、电子科学与技术、计算机科学与技术、控制科学与工程等学科相互交叉和相互渗透的综合学科。它包括两个二级学科,即精密仪器及机械和测试计量技术及仪器。
仪器仪表领域的技术特征:仪器仪表工程领域涉及:产品研制、工艺开发、装备设计、技术改造、质量控制、计量测试、企业管理、新装置建设、项目规划、引进装置消化吸收、工程可行性研究等。随着仪器仪表领域的技术发展,新型传感器及信息获取、过程测控系统、装备及集成技术、微系统测量控制仪器仪表及制造技术、新型计量测试仪器及计量基准研究等逐渐成为本领域的重要技术发展趋势。
仪器仪表领域的行业特征:仪器仪表工程领域的行业覆盖范围包括:科学仪器、分析仪器、光学仪器、试验机、实验室仪器、工业自动化仪表、信息技术电测仪器、通用和专用自动测试系统、医疗仪器等行业。

学习基础

3.1理学学科基础:数学、物理、化学、生物等
3.2工学学科基础
测控技术与仪器、光学工程、控制科学与工程、电子信息工程、计量技术、计算机科学与技术、电子科学与技术、通信工程、机电工程、材料科学与工程等。3.3 人文学科基础:哲学、经济学、法学、汉语、外国语、管理学等 与仪器仪表工程领域工程硕士相对应的本科专业有:测控技术与仪器。攻读仪器仪表工程领域工程硕士专业学位的学生应该学习过上述大学本科的基础与专业课程,掌握基础与专业课程的重要内容。

培养目标

仪器仪表工程领域培养基础扎实、素质全面、工程实践能力强并具有一定创新能力的应用型、复合型高层次工程技术和工程管理人才。
在思想方面,应拥护党的基本路线和方针政策,热爱祖国,遵纪守法,具有良好的职业道德和敬业精神,具有科学严谨和求真务实的学习态度和工作作风。
在业务方面,应掌握仪器仪表工程领域的基础理论、先进技术方法和现代技术手段,具有解决仪器仪表工程领域工程问题或在领域的某一方向具有独立从事工程设计、工程实施,工程研究、工程开发、工程管理的能力。了解仪器仪表工程领域的技术现状与发展趋势;掌握解决仪器仪表工程领域工程问题必要的实验、分析、检测或计算的方法和技术;应掌握一门外国语,能够顺利阅读本领域的国内外科技资料和文献。

知识结构

基础知识

通过高等工程数学、物理、化学、生物工程等课程学习,提高科学思维和逻辑推理的能力,能够运用数学语言,物理方法描述工程实际问题,建立适当的数学模型,运用必要的计算软件,进行科学与工程的分析和计算,重点提高实际应用能力。

专门知识

通过学习仪器仪表的工作原理、组成、设计、制造、控制、维护及发展前沿,掌握本领域系统的专门知识。通过实际应用,掌握必要的试验、分析、测试、计量或计算的方法和技术,掌握各种标准及安全生产的知识。

人文知识

通过学习自然辩证法、科学社会主义理论和管理科学等人文社科知识,培养工程硕士的人文精神、哲学思维和科学方法,用科学发展观指导工程实践。

工具性知识

外语:具有较熟练的阅读理解能力,一定的翻译写作能力和基本的听说交际能力,以适应在本学科研究中查阅国外文献和进行对外交流的需要。
计算机:在大学本科的基础上有所提高,能对企业研究、开发和工程设计中的问题建立模型与进行计算。

能力要求

获取知识能力

仪器仪表工程领域的工程硕士要求具有从书本、课堂、媒体、期刊、报告、计算机网络等一切可能的途径快速获取自己所需信息的能力。并善于自学、总结与归纳,从而不断获取新的知识。

应用知识能力

通过实际应用,掌握必要的试验、分析、测试、维护、制造、计量或计算的方法和技术,尤其是掌握对系统或者构成系统的部件、设备、环节等进行设计与运行、分析与集成、研究与开发、管理与决策的能力。具有在各种环境、场合下,主动、正确的表达自己的技术见解和技术建议的能力。具有撰写科技论文、技术总结、提出专利申请与撰写申请书的能力。

工程实践能力

能综合运用所学知识,具备从研发、生产和管理实践中发现问题﹑分析问题﹑解决问题的能力,能够进行项目的设计、组织实施和管理,解决仪器仪表工程领域的工程实际问题。

开拓创新能力

能在企业技术发展中运用创造性思维,进行创新试验、创新开发和科学研究。

组织协调能力

能组织与领导企业科技开发项目,具备在企业科技开发项目进展过程中分析问题与解决问题的能力及协调联络、技术洽谈和国际交流的能力。

素质要求

具有社会责任感和历史使命感,维护国家和人民的根本利益。
具有科学精神,掌握科学的思想和方法,坚持实事求是、勤于学习、善于思考、勇于创新,能用可持续发展的观点、综合分析的方法来处理仪器仪表工程领域的生产实践问题,具有终身学习的专业素质,富有合作精神。
具有事业心,爱岗敬业,诚实守信、遵守职业道德和工程伦理规范,能够正确处理国家、企业、个人三者之间的关系。
具有良好的身心素质和环境适应能力,善于处理人与人、人与社会及人与自然的关系,能够正确对待成功与失败。
具有良好的科学道德,所撰写的学位论文或学术报告都应该是在仪器仪表工程领域的某一方面进行了富有成果的独立工作的真实反映,任何捏造数据或剽窃他人成果的行为都是绝对不允许的。

学位论文

选题要求

仪器仪表工程领域工程硕士专业学位论文选题应直接来源于仪器仪表生产实际或具有明确的仪器仪表工程背景,其研究成果要有社会价值和实际应用价值:论文选题要有一定的技术难度,达到硕士层次的知识水平,具有一定的先进性或创新性;论文要有足够的独立完成的工作量,具体可在以下几个方面选取:
l 一个较为完整的工程技术项目或工程管理项目的规划或研究;
l 仪器仪表工程设计与实施;
l 技术攻关、技术改造、技术推广与应用;
l 新产品、新设备、新工艺、的研制与开发;
l 引进、消化、吸收和应用国外先进技术项目。

形式要求

仪器仪表工程硕士论文形式鼓励多样化,可以是研究论文,也可以是工程设计等其它多种形式。无论采取何种形式,《论文(设计)》必须按《科学技术报告、学位论文和学术论文的编写格式》(GB/T 7713-1987)、《文后参考文献著录规则》(GB/T 7714-2005)和本领域现行的所有国家标准等有关规定撰写。一般而言,应具备下列基本要素:
(1) 封面:题目﹑作者﹑导师;
(2) 中英文摘要﹑关键词;
(3) 独立完成与诚信声明;
(4) 选题的依据与意义;
(5) 国内外文献综述;
(6) 论文主题部分:研究内容﹑方案设计﹑分析计算﹑实验研究、研究成果等;
(7) 结论;
(8) 参考文献;
(9) 必要的附录(包括成果证书﹑设计图纸﹑程序源代码﹑发表论文等);
(10) 致谢。

内容要求

研究类学位论文包括:
(1) 文献综述。要求反映课题在国内外研究的现状及动态,引出并论述自己要研究的问题的必要性和可能性。
(2) 理论分析。要求说明采用的分析方法哪些是自己的,哪些是经过自己改进的,对自己所确定的问题要下定论,并从理论上进行阐述或推导。
(3) 实验。对定论进行实验,要说明实验装置方式、手段、结果等。没有实验的,要对实际资料进行分析研究。
(4) 计算。理论计算要与实验结果或实际资料进行比较。
(5) 成果分析及评价。
(6) 结论。结论是理论分析和实验结果的逻辑发展.结论必须完整、准确、鲜明。结论不是成果的罗列,而是在理论分析、试验结果的基础上,经过分析、推理、判断、归纳的过程而形成的总观点。
(7) 展望。
工程设计类和产品(含软件)开发类学位论文应包括:
(1) 文献综述;
(2) 工程设计或产品开发背景;
(3) 设计及开发思路;
(4) 主要设计成果或所开发产品的性能、特点介绍;
(5) 设计或开发中的技术创新内容,主要介绍自己的工作;
(6) 工程效益及产品市场前景;
(7) 结论;
(8) 展望。

质量要求

工程硕士学位论文是工程硕士培养的重要组成部分。学位论文的水平是工程硕士培养质量的集中体现。仪器仪表工程硕士学位论文应对选题所涉及的仪器仪表工程技术问题或研究课题的国内外进展状况有清晰的描述与分析,技术先进,有一定难度;内容充实,工作量饱满;综合运用基础理论、专业知识、先进技术与科学方法,深入分析或解决了仪器仪表工程技术或工程管理的问题;论文格式规范,条理清楚,表达准确;论文成果具有工程性、先进性、实用性,社会评价好(已在公开刊物上发表、获奖、获得专利、通过鉴定、应用于工程实际等)。

学位授予

非全日制仪器仪表工程领域工程硕士研究生,修满培养方案规定的课程和学分,成绩合格,完成学位论文工作,提出学位申请,通过论文答辩,经过学位评定委员会的审定达到培养目标,可被授予仪器仪表工程领域工程硕士专业学位。
全日制仪器仪表工程领域工程硕士研究生,修满规定学分并通过论文答辩者,经学位授予单位学位评定委员会审核,授予仪器仪表工程领域工程硕士专业学位,同时获得硕士研究生毕业证书。
工程硕士专业学位证书格式由国务院学位委员会办公室制定,学位获得者的学位证书由经国务院学位委员会办公室同意的仪器仪表工程领域工程硕士专业学位授予单位颁发。
附录一:仪器仪表工程领域全日制工程硕士培养要点
附录二:仪器仪表工程领域非全日制工程硕士培养要点
附录三:仪器仪表工程领域发展方向
附录一 仪器仪表工程领域全日制工程硕士培养要点工程硕士与工学硕士属同一层次,但不同规格,培养仪器仪表工程领域工程硕士要
树立科学质量观,要突出工程硕士的特色.
为规范和推进全日制工程硕士专业学位研究生教育的开展,现提出仪器仪表工程领域全日制工程硕士专业学位研究生的培养要点,供各培养单位参考。各培养单位在制定全日制工程硕士培养方案时应注意以下两点:
(1)对同为全日制硕士学位教育,工程硕士专业学位培养方案应区别于“学术型”硕士研究生,突出“应用型”人才培养。
(2)对同为工程硕士专业学位教育,全日制工程硕士培养方案应区别于非全日制工程硕士的培养,应加强全日制工程硕士研究生实践能力训练,突出培养研究生面向应用的研究开发能力。

培养特色

(1) 仪器仪表工程硕士是与仪器仪表工程领域任职资格相联系的专业学位,侧重于面向仪器仪表工程领域培养应用型﹑开发型、复合型人才。
(2) 仪器仪表工程领域全日制工程硕士生源大部分来自测控技术与仪器专业或相近专业的优秀应届本科生或在职人员。
(3) 采取全日制在校学习的方式,学制一般为2年。
(4) 各培养单位可在统一的学位标准下,根据自己特点和需要,有针对性的开设相应课程。
(5) 学位论文选题直接来源于生产实际或者具有明确的生产背景,强调论文的应用效果和实用价值。
(6) 学位论文(设计)由学校具有工程实践经验的硕士生导师与工程单位企业选派的责任心强的具有高级技术职称的技术人员联合指导。

培养方式

(1)采用课程学习、实践教学和学位论文相结合的培养方式。
(2)课程学习和实践教学实行学分制。鼓励工程硕士研究生到企业实习,可采取集中实践和分段实践相结合的方式,实践教学原则上不少于1年。

课程体系与核心课程

仪器仪表工程领域工程硕士的课程设置以实际应用为导向,以职业需求为目标,以综合素养和应用知识与能力的提高为核心。教学内容应强调理论与实践的有机结合。注重培养学生研究实际问题的意识和能力。
课程体系包括:政治理论课程、基础英语课程、高等工程数学、计算机应用课程、基础理论课程、专业技术课程、前沿技术讲座、经济类选修课、管理类选修课、法律类选修课、信息检索等。总学分不能低于32,其中必修课20学分,选修课12学分。
根据工程单位的特点及需求,各培养单位可以根据有关规定自行设置课程,自设课程必须包括:
(1)马克思主义理论课,不少于2学分,要求掌握马克思主义的基本理论;
(2)一门外国语。不少于5学分,要求比较熟练地阅读本专业的外文资料;
(3)工程数学类课程,不少于3学分;
(4)基础理论课和专业课,一般为三至四门,不少于6学分,要求掌握坚实的基础理论和系统的专门知识;
(5)工程实践环节、领域选修课,不少于12学分;
(6)前沿技术讲座,不少于1学分;
(7)信息检索,不少于1学分。
仪器仪表工程领域的基础理论课和专业核心课程为:数字化测试技术、传感器与测试技术、高等电子线路、光电测试技术、现代控制工程、精密仪器现代设计方法、图像处理与图像测量、智能仪器设计基础、动态测量与建模、可靠性技术及其应用、现代非电量检测技术等。
为配合仪器仪表工程领域工程师职业资格认证的需求,建议各培养单位除开设以上课程外,增开“测量控制与仪器仪表现代系统集成技术(60学时)”和“测量控制与仪器仪表前沿技术及发展趋势(60学时)”两门课程。4仪器仪表工程领域全日制工程硕士培养的工程实践 工程实践注重培养研究生了解仪器仪表工程领域现实技术水平及企业运作的管理方式,通过参加实际课题的研究或企业的具体工作,培养研究生发现问题、解决工程中技术问题及管理问题的能力,提高专业素养及就业创业能力。
工程实践结束后,研究生应提交实践报告,报告内容包括实践学习计划,实习进度及完成情况。由实践单位负责人和导师对研究生的实践计划完成情况进行考核,合格后可计工程实践环节学分。
鼓励研究生将工程实践与学位论文研究相结合。

论文工作

(1)论文选题
仪器仪表工程领域工程硕士专业学位论文课题应具有明确的工程实际或工程技术背景及应用价值,可涉及仪器仪表工程领域系统的分析与集成,研究与开发,管理与决策等,特别是针对信息获取、传递、处理和利用的新系统、新产品、新工艺、新技术、工程软件或应用软件的研发,论文所涉及的课题应有一定的技术难度和工作量,能体现作者综合运用科学理论、方法和技术手段解决工程技术问题的能力,论文要有一定的理论基础,具有先进性、实用性与创新性。建议从以下方面选取:
l 新系统、新产品、新工艺、新技术或新软件的研发
l 引进、消化、吸收和应用国外先进技术项目
l 企业的技术攻关,技术改造,技术推广与应用
l 工程管理项目
l 仪器仪表工程工程领域设计与实施项目
l 仪器仪表工程工程领域应用基础性研究项目
工程硕士研究生入学后,应在导师指导下明确研究方向,开展研究工作。一般应在第二学期结束前确定论文(设计)题目,并作好资料和实验(设计)准备工作。
(2)开题报告
工程硕士的学位论文应按本领域的学位标准要求进行选题并进行开题报告。开题报告一般要求在第三学期结束前完成。
进行开题报告前,工程硕士研究生要通过广泛地阅读相关资料对选题内容进行深入的了解。在此基础上写出与学位论文紧密相关的文献综述。综述的内容包括:国内外的研究现状、尚需进一步研究和开发的问题和内容等。
各培养单位对工程硕士学位论文开题报告的格式要有统一的要求,内容包括:题目、课题来源、文献综述、研究内容、拟采取的技术路线和实施方法、进度安排及学分完成情况等。当研究的课题是一个集体项目时,需要在开题报告中说明本人在其中承担的内容和估计工作量。
开题报告中要列出准备中期检查的计划内容和时间安排。
(3)中期研究(设计)报告
在学位论文工作中期,培养学校要组织3-5位具有高级技术职称的老师参加中期检查。查过程包括:听取工程硕士研究生汇报课题进展情况、运用科学理论解决工程实际问题的能力、后阶段工作技术问题的预测和拟采用的技术路线以及课题结束日期的计划等。中期检查小组要根据研究生的论文研究中期报告写出评语,并给出具体的考核成绩。考核成绩包括通过和不通过两种。对于未通过中期检查的工程硕士研究生,指导老师要帮助其分析原因,提出相应的改进研究措施和要求。
(4)论文(设计)答辩
1)申请答辩条件:从正式录取工程硕士的年级算起,一般应在2.5年以上,5年以内;按本领域培养方案的要求完成规定的学分(必修课、选修课和必修环节);完成学位论文。
2)本领域工程硕士研究生的学位论文分别经学校导师和企业导师审阅,认为其达到工程硕士学位论文标准后,可申请论文答辩。
3)论文评阅:论文应聘请至少两位具有教授、副教授或相当职称的专家评阅,其中一位应来自工矿企业或工程部门。论文作者的导师不能作为论文评阅人。
4)答辩委员会组成:答辩委员会一般由3~5位具有教授、副教授或相当职称的专家和技术人员组成,其中至少有1位专家来自工矿企业或工程部门。学校和企业导师不能作为答辩委员会成员和秘书。
(5)学位论文基本要求
1)论文形式要求
仪器仪表工程领域工程硕士学位论文形式可以是工程设计或工程研究论文,论文应包括以下部分:
(1)中英文论文题目
(2)中英文摘要与关键词
(3)诚信与知识产权声明
(4)课题的来源、意义、目标、内容、技术路线与论文结构
(5)国内外文献资料综述
(6)论文主体部分:研发基础、问题描述、系统分析、算法研究、计算方法、仿真方法、实验方法、方案设计、工程实现、仿真结果、实验结果、分析比较等
(7)论文总结与创新结论
(8)参考文献
(9)致谢
(10)必要的附录
2)论文内容要求
论文前言应对论文背景及工作内容作简要说明。
论文的文献综述应对课题所涉及工程技术问题的国内外状况有清晰的描述与分析,由此提出论文工作的技术路线。
论文要综合运用基础理论、科学方法、专业知识与技术手段对涉及的工程技术问题进行分析研究,并能在某方面提出独立见解。论文成果有先进性和应用性。
论文应在导师指导下独立完成。对一些来源于大型研究课题和大型工程项目设计的论文,因其研究人员或设计者不止1人,在论文中允许引用他人工作成果(必须注明),但论文主要内容应为本人独立承担完成的部分。
论文工作量饱满,至少有一学年的论文工作时间。
论文写作要概念清晰、结构完整、层次分明、文字通顺、版式规范。
对工程设计类论文,要求设计方案先进可行,数据准确,设计符合相应行业标准,技术文档齐全,设计结果有实施印证或通过专家评估。
对技术研究或技术改造类论文,要求结合基础理论与专业知识,严密论证,科学实验,客观分析结果,论文成果具有科学性与先进性。
论文的参考文献应是与本论文内容相关的,并在论文中引用的国内外科技文献,且要求内容比较全面、新颖并有足够的数量。
(6)论文质量评审权重(供参考)
选题 10%
文献综述 10%
理论与技术的综合运用水平 15%
技术的先进性和创新性 20%
成果成效 15%
工作量 20%
写作 10%

学位申请与授予

(1)完成工程硕士的学分要求;
(2)完成工程硕士学位论文的各个环节要求;
(3)通过工程硕士学位论文答辩;
(4)通过各级学位委员会的审查;
(5)公示1个月无异议。
附录二 仪器仪表工程领域全日制工程硕士培养要点工程硕士与工学硕士属同一层次,但不同规格,培养本领域工程硕士要树立科学质量观,要突出工程硕士的特色。

导师职责

本领域工程硕士研究生实行双导师制,两位导师都必须具有副高及以上专业技术职称,其中一位导师来自培养单位, 即学校导师,也称第一导师;另一位导师原则上要求来自研究生所在的单位,称为企业导师或第二导师。学校导师由具有指导硕士研究生资格、并且具有工程经验的教师担任。学校导师应在工程硕士入学一年内采用双向选择的方式确定。
企业导师一般由工程硕士研究生所在单位具有高级职称的工程技术人员或具有博士学位的人员担任。企业导师应在工程硕士入学后一年内确定。
学校导师(第一导师)负有工程硕士研究生指导的主要责任。其主要职责包括:
(1)关心工程硕士研究生的学习和工作;
(2)指导研究生制定培养计划;
(3)与企业导师共同商议、指导研究生选择工程硕士学位论文的研究课题;
(4)指导研究生开展学位论文研究并进行阶段性的检查与考核,负责组织实施工程硕士学位论文的开题报告、中期考核;
(5)指导研究生撰写学术论文和学位论文,组织实施学位论文答辩,防范学术不端行为,严把论文质量关。
企业导师(第二导师)配合学校导师指导工程硕士研究生,其主要职责有:
(1)关心工程硕士研究生的学习和工作,帮助研究生落实完成学位论文所需要的时间;
(2)推荐或提供单位可供选择的工程研究(或设计)课题;
(3)指导工程硕士学位论文研究;
(4)协助学校导师指导研究生撰写学位论文,把握学位论文中实验数据的真实性;
(5)防止学位论文中泄露涉及企业技术机密的资料和数据,以免对企业造成利益损害。防范学术不端行为,严把论文质量关。
根据学生的论文研究方向,学校可以决定是否采取论文指导小组的方式对学生给予指导。

发展方向

地位

当今世界已进入信息时代,信息技术成为推动科学技术和国民经济高速发展的关键技术。仪器仪表在学科分类上属于“信息获取”技术的范畴,它与信息传输技术和信息处理技术共同构成当代信息科学技术的三大组成部分。如何获得自然界的信息,是人类在认识世界、改造世界的过程中需要解决的首要问题,“信息获取”是“信息传输”、“信息处理”工作的重要基础,而仪器仪表则是人类获得自然界信息的工具,是对物质世界的信息进行测量与控制的基础手段和设备,因此仪器仪表是信息产业的源头和组成部分。高度发展的仪器仪表科学技术,成为信息时代的一个重要特征。
(1)发展仪器科学已成为国家的一项战略措施
现代仪器仪表的发展水平,是国家科技水平和综合国力的重要体现,仪器仪表制造水平反映出国家的文明程度。为此,世界发达国家都高度重视和支持仪器仪表的发展,美、日、欧等发达国家和地区早已制定各自的发展战略并锁定目标,有专门的投入,以加速原创性仪器的发明、发展、转化和产业化进程。发达国家中的科学仪器的发展,已从自发状态转入到有意识、有目标的政府行为上来。
(2)仪器技术是信息技术
著名科学家钱学森明确指出:“发展高新技术,信息技术是关键,信息技术包括测量技术、计算机技术和通信技术。测量技术是关键和基础。”而测量技术则是仪器技术中的一项重要内容,所以说仪器技术是信息技术。
(3)仪器技术是信息技术中的源头技术
信息技术包括信息获取、信息处理、信息传输三部分内容。其中,信息获取是靠仪器来实现的。仪器中的传感器、信号采集系统就是完成这一任务的具体器件。如果不能获取信息,或信息获取不准确,那么信息的存储、处理和传输都是毫无意义的。因而,信息获取是信息技术的基础,是信息处理、信息传输的前提。仪器是获取信息的工具,起着不可或缺的信息源的作用,没有仪器是不可能进人信息时代的。因而,仪器技术是信息技术中“信息获取--信息处理--信息传输”的源头技术,也是信息技术中的关键技术。
(4)仪器技术是现代科技的前沿技术
工欲善其事,必先利其器。第一代测试仪器是以电磁感应基本定律为基础的模拟指针式仪表。当50年代出现了电子管、60年代出现晶体管时,便产生了以电子管或晶体管为基础的第二代测试仪器——分立元件式仪表。70年代出现了集成电路,产生了以集成电路芯片为基础的第三代仪器——数字式仪表。随着微电子技术的发展和微处理器的普及,80年代以微处理器为中心的第四代仪器——智能式仪表迅速普及。微电子技术与计算机技术的飞速发展,测试技术与计算机深层次的结合正引起测试仪器领域里一场新的革命,一种全新的仪器结构概念导致新一代仪器——虚拟仪器的出现,进而产生集成仪器,再由单台仪器子系统向多台仪器组成的大的测试系统方向发展。现代高新技术,如航天、遥感、生物工程、医疗、环保、新材料等的研究发展以及各类基础科学实验工作,无一不直接依靠仪器来完成。现代仪器技术是知识创新和技术创新的基础,电子显微镜、质谱技术、CT断层扫描仪、J射线物质结构分析仪、光学相衬显微镜、扫描隧道显微镜等先进仪器的诞生对人类的科学研究产生了划时代的作用。纵观人类科技发展史不难看出,科技重大成就的获得和科学新领域的开辟往往是以测试仪器和测试技术方法上的突破为先导的。
仪器科学与技术在当今我国国民经济和科学技术发展中的作用日益明显,最初作为测量器具的仪器在促进科技和生产发展的同时,在现代科学技术和生产力的推动下,已成为完整的仪器科学与技术学科。作为测量和测试技术集中体现的仪器科学与技术学科,在当今我国国民经济和科学技术发展中的作用日益明显,仪器仪表是工业生产的“倍增器”、科学研究的“先行官”、军事上的“战斗力”、国民活动中的“物化法官”已广为人们所理解。
实际上,随着人类制造和使用工具的规模不断向高、大、精、尖发展,人类活动的规模和深度不断扩大和深入,人类已不可能通过自己的感觉、思维和体能器官直接观测和操作工具使之达到既定的目标,仪器科学与技术的内涵就是专门研究、开发、制造、应用各类仪器以使人的感觉、思维和体能器官得以延伸的科学技术学科,从而使人类具有更强的感知和操作工具的能力来面对客观物质世界,能以最佳或接近最佳的方式发展生产力、进行科学研究、预防和诊疗疾病及从事社会活动。

发展特点

仪器科学与技术学科作为工程性学科,有关仪器运行、应用的理论研究、新技术、新器件、新材料、新工艺的研究和应用集中体现出新型仪器仪表及相关的传感器、元器件和材料等领域的研究和产业化中,科技研究和产业发展紧密结合。日前,根据国际发展潮流和我国现状,仪器科学与技术学科主要组成包括:工业自动化测控技术及工业自动化仪表与系统;科学测试、分析技术及科学仪器;人体诊疗技术及医疗仪器;信息计测技术及电测仪器(主要是电子测量仪器和电工测量仪器,包括仪表校验装置和计量基准);专用检测技木及各类专用测量仪器,相关传感器、元器件、材料及技术。
根据仪器科学与技术学科的内涵和组成,仪器仪表工程领域的科技和产业发展具有以下主要特点:
(1)产品种类多样化
据不完全的统计,我国仪器科技产品如:工业自动化仪表及控制系统、科学仪器、电工测量仪器及其他各类测量仪器仪表已发展到13大类,145小类,800多个系列,16000多个产品品种;属信息技术电测仪器有20大类,2000多个产品品种;属医疗仪器也有23大类,2000多个产品品种;相关传感器、元器件及材料的产品品种更是不胜枚举。
(2)产品的稳定性、可靠性和适应性要求高
信息技术的要素包括信息的获取、存储、处理、传输和利用,而各行各业的信息获取正是靠仪器科技装备来实现的。如果获取的信息不准确、不稳定、不可靠,都会使随后的存储、处理、传输毫无意义,甚至产生错误,造成巨大损失。加上很多部门对仪器科技装备获取信息是要求24小时连续,长年不懈,这就对产品的稳定性、可靠性提出特别高的要求。此外,仪器科技装备几乎运行于地球及其外层空间的任何地点,很多时候是需在有毒、强腐蚀、有爆炸危险或失重、高速的状态下进行监测、监控任务,因此对产品的环境适应性要求很高。
(3)技术指标和功能不断提高
就如奥林匹克运动的口号是“更高、更快、更强”一样,仪器科学与技术学科在提高科技研究水平及其相关仪器的技术指标和功能上的追求是无止境的,测控技术及其相关仪器的技术指标水平是一个国家仪器科学与技术水平的量化标志。以扩大检测范围指标来说,如电压从纳伏至百万伏;电阻从超导至1014Ω;谐波测量到51次,加速度为10-4-104g;频率测量至1012 Hz;压力测量至108Pa等;温度测量从接近绝对零度至108C等。以提高测量精度指标来说,工业参数测量提高至0.02%以上,航空航天参数测量达到0.05 %以上,计量精度和科学仪器达到的精度更是与时俱进。以提高测量的灵敏度来说更是向单个粒子、分子、原子级发展。提高测量速度(响应速度),静态0.1-0.02 ms,动态为1μs。提高可靠性,一般要求为(2-5)×104h,高可靠要求2.5×105 h。稳定性(年变化)<±0.05%(高精度仪器)或 <±0.1%(一般仪器)。提高产品环境适应性,根据不同用户的要求,有高温、高湿、高尘、腐蚀、振动、冲击、电磁场、辐射、深水、雨淋、高电压、低气压等条件下的适应性。
(4)大量采用高新技术
仪器作为人类认识世界、改造世界的第一手工具,是人类进行科学研究和工程技术开发的最基本工具。仪器科学与技术学科作为研究、开发、制造、应用仪器的学科,新的科学研究成果和发现(如信息论、控制论、系统工程理论,微观和宏观世界研究成果)及大量高新技术(如微弱信号提取技术、计算机软、硬件技术,网络技术,激光技术,超导技术,纳米技术等)均成为仪器科学与技术学科发展的重要动力。仪器不仅本身已成为高技术的新产品,而且利用集成新原理、新概念、新技术、新材料和新工艺等最新科技成果的仪器装置和系统层出不穷。
(5)仪器及测控单元微小型化、智能化,可独立使用,也可嵌入式使用和联网使用
仪器及测控单元大量采用新的传感器、大规模和超大规模集成电路、计算机及专家系统等信息技术产品,不断向微小型化、智能化发展,从出现的“芯片式仪器仪表”、“芯片实验室”、“芯片系统”等等,仪器和测控单元的微小型化和智能化将是长期发展特点。从应用技术看,微小型化和智能化仪器及测控单元的嵌入式连接和联网应用技术得到重视。
(6)仪器测控范围向立体化、全球化扩展,测控功能向系统化、网络化发展
随着仪器所测控的既定区域不断向立体化、全球化甚至星球化发展,仪器和测控装置已不再呈单个装置形式,它必然向测控装置系统化、网络化方向发展。例如,一个大型水电站的测控系统,仅检测大坝安全性的传感器就达数千个,此外各个发电机组状态及水位情况的检测控制点(I/O测控点)将超过万点,要达到大型水电站的正常发电和送电,必须将各个测控点的测控装置形成网络化结构,形成一个有机的测控网络系统。又例如卫星测控系统,人造卫星上配置的各种传感器就达到数千,它首先要将卫星上各种测控装置构成一个完整的自动测控子系统,然后和多个地面站的测控系统构成一个广域测控系统。
(7)便携式、手持式及个性化仪器大量发展
随着生产的发展和人民生活水平的提高,人们对自己的生活质量和健康水平日益关注,检测与人们生活密切相关的各类商品、食品质量的仪器,预防和治疗疾病的各种医疗仪器是今后发展的一个重要特点。科学仪器的现场化、实时在线化,特别是家庭和个人使用的健康状况和疾病警示仪器将有较大发展。

发展趋势

(1)学科领域科技发展趋势
学科领域科技发展的趋势是利用各学科最新科技成果,特别是结合材料、微电子、光电子、生物化学、信息处理等各学科及大规模集成电路、微纳加工、网络等各种新技术,开发新的微弱信号敏感、传感、检测、融合技术,物质原子、分子级检测技术,复杂组成样品的联用分析技术,生命科学的原位、在体、实时、在线、高灵敏度、高通量、高选择性检测技术,工业自动化测控的在线分析、原位分析、高可靠性、高性能和高适用性技术,医疗诊治的健康状况监测、早期诊治、无损诊断、无创和低创直视诊疗、精确定位治疗技术,新学科领域的计量技术,各类应用领域的专用、快速、自动化检测和计量技术。这些科技发展趋势,具体表现在下列一些方面。
1)与微电子技术、MEMS技术结合,实现敏感单元与信号调理电路集成,有利于敏感单元微弱信号检测、放大及处理,大大减小了传感器体积,有效提高了传感器的抗干扰能力。
2)与纳米技术结合,基于传感器实现的新方法,采用纳米结构或纳米材料的某些典型特征,设计极高灵敏度的痕量检测微系统。
3)与生物技术结合,开发微型生物、化学传感系统,用于疾病检测、生化分析、有毒有害物质检测等领域。
4)与网络、通信技术结合,开发网络化传感技术和微弱信号融合技术,用于有用信号增强及原位、在体、实时、在线、高灵敏度、高通量、高选择性检测等。
5)与太赫兹辐射技术结合,开发太赫兹光谱检测、太赫兹成像分析和太赫兹遥测技术,用于国防、安全检查、材料识别与诊断、生产监测、生物医学应用等领域。太赫兹辐射(T-射线,波长为30-3000μm范围内的电磁波)可以像X-射线那样穿过某些材料“看”到其背后的物质,T-射线光子能量极低,不会对人体和其他材料造成电离,大多数包装材料如纸张、碳素板、塑料等对T-射线都是透明的,而金属和含有水分的材料不能透过T-射线。可以利用T-射线进行成像,透视出包装物品内部物体的T-射线图像来,从而可以应用于机场的安全检查和人体内有损伤或破裂器官的检查。
6)结合分子影像学,开发活体内可见光成像分析、小动物光学分子成像分析技术,可实现无创伤、实时、活体、特异、精细(分子水平)的显像分析。
7)结合表面增强拉曼散射(SERS)技术,开发针尖增强拉曼显微分析、生物芯片SERS分析技术,具有灵敏度高、干扰小的特点,适合于研究界面效应,可以解决生物化学、生物物理和分子生物学中的许多检测难题,有望解决超高灵敏度分析问题,甚至进行单细胞和单分子分析。
8)结合核磁共振技术,开发新的核磁共振波谱分析、核磁共振成像分析技术,以提高灵敏度、空间分辨率和时间分辨率。其中高时空分辨成像技术,还直接导致形成了脑功能成像这一新的研究领域。
9)结合像差校正技术,开发电子、粒子束微区分析技术,利用电子、粒子束探索和分析样品表面形貌、原子和分子结构、元素组成、化学状态。电子、粒子束微区分析技术在材料科学、微电子学、化学与催化、环保、能源、生命科学等领域应用很广,其分辨本领有日益提高的趋势,点分辨已突破1A的限制,能量分辨率达到0.1eV水平。
10)结合生命科学技术,开发基因测序和基因转录检测技术、蛋白质鉴定和大规模蛋白质间相互作用检测技术、蛋白质组生物信息检测和代谢组学分析技术。
11)结合生命科学、化学科学与信息科学的发展,在生物芯片技术基础上开发生物芯片检测分析技术、微流控检测分析技术,这是当前正在急速发展的高新技术和科技前沿领域之一,是未来生命科学、化学科学与信息科学发展的重要技术平台,能提供生命信息的微全分析系统;通过分析装备微型化、芯片化、集成化,使分析效率成百倍、千倍地提高,试样和试剂消耗大幅度下降,其最终目标是在芯片大小的空间实现化学实验室的全部功能,即所谓“芯片实验室”,受到科技界高度重视。
12)结合控制技术、通信技术、计算技术、制造技术,开发高性能测控技术,从而使仪器科技产品具有高的测量精度和丰富的功能,使工业控制系统具备适应超大规模、快速响应、核级安全等各种复杂工况所需的功能,并且以软硬件结合的方式向控制优化、管理优化、工程集成方向发展,使大型控制系统具备大量工业自动化设备的协调应用和管理功能,能将不同厂家生产的各种仪器仪表产品无缝地集成为一个协调系统,以满足用户的要求。
13)结合纠检错理论和自校正、自适应、自诊断等技术,在应用新器件、新材料基础上,开发高可靠性和高适用性测控技术及其产品,从而使仪器科技产品的可靠性呈数量级提高,并适合在高温、高压、高压差、强冲刷、强辐射、强腐蚀、强毒性、多相流等复杂工况和恶劣环境中使用。现场仪器仪表复杂、易损、难以维修的状况正在改变,出现了使用期不需调整维修的仪器科技产品。
14)结合纳米科技的发展,开发纳米测量技术,建立纳米计量测试标准。
15)结合量子物理的发展,开展基于量子物理的计量基准的建立和完善。
(2)产业领域发展趋势
国际上仪器科技产品的发展趋势是微型化、数字化、智能化、集成化和网络化进一步向纵深发展,并在产品性能上向高精度、高可靠性、高环境适应性目标前进,在人机界面土更便于人的操作、使用,以及与人类生活、健康有关的各类仪器科技产品有望得到较大的发展并进入家庭。通过家庭、社区、医院联网将使保健、疾病诊治从医院向社区、家庭发展。
仪器科技产品的微型化发展趋势,主要依托于微机电系统(MEMS)的微米/纳米制造技术和微电子IC制造技术,使仪器科技产品集机械、传感、测控等部件于一个芯片上,并能按微电子IC批量加工工艺制造。
仪器科技产品的数字化、智能化发展趋势,随微电子技术、计算机技术、人工智能技术的发展而进步,它使仪器科技产品与数字处理器,超大规模专用集成电路、PC技术、人工智能技术进一步融合在一起。国际上先进的数字化、智能化仪器仪表系统构成,以数字信号处理系统(DSPS)为代表,它以DSP为核心,配合先进的混合信号电路,专用系统集成电路、元件及开发工具等组成对整个应用系统的完整解决方案。在数字化和智能化发展趋势中,硬件和软件处于同样重要的地位,硬件是基础,仪器使用新器件、新工艺,特别是超大规模集成的新器件,能使原来不能实现的指标成为可能,因此新器件的采用能成为产品竞争的重要筹码。另一方面软件在智能仪表的发展中起着越来越重要的作用,现代仪器仪表设计中软件工作量已占到70%-80%,这在某种程度上决定着仪器的功能和性能。软件能完成性能指标补偿、自动测试,自检、自诊断、数据采集、控制、传输、显示等功能。有的如计算机、光盘等的评估测试,主要由软件完成。软件将成为今后智能仪表发展的重要方向。未来10年,更高程度的智能化应包括理解、推理、判断与分析等一系列功能,是数值、逻辑与知识的结合分析结果,智能化的标志是知识的表达与应用。
仪器科技产品的集成化、网络化发展趋势,以总线技术、仪表及其模块开放式互联标准及通信技术为基础,包括测试软件的规范化、标准化,使自动测试系统的构成向大生产领域和军事工程领域扩展,并能提供所需测试的系统方案或系统的集成能力。
仪器技术始终以各种高新技术作为发展动力,利用新原理、新概念、新技术、新材料和新工艺等最新科学技术集成新仪器、新装置。取多种高新技术为仪器所用,使仪器仪表学科成为对高新技术最敏感学科,其多学科交叉而形成的边缘学科属性和多技术集成的特点越来越鲜明。
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