测控技术论文范文1
国内外大量工程实践表明，对水利水电工程进行全面的监测和监控，是保证工程安全运行的重要措施之一。同时，将监测和监控的资料及时反馈给设计、施工和运行管理部门，又可为提高水利水电工程的设计及运行管理水平提供可靠的科学依据。
1高新测控技术的基本要素及其功能
现代化的测控技术[2],应该具有采集数据、科学管理数据，及时或实时对水利水电工程的安全状况作出分析和评价，并对其异常或险情作出辅助决策等功能.因此,高新测控技术的基本要素包括数据采集系统、数据管理系统和分析评价系统及其计算机通讯网络支撑等(见图1)。
图1水利水电工程高新测控技术示意图
1.1数据采集系统
通过测控单元(MCU)自动采集、笔记本电脑现场采集或人工观测埋入坝体或安装的传感器采集的监测效应量(大坝的变形、渗流、应力应变和温度等)和影响量(水位、气温、降雨和地震等)，并输入计算机的数据库。其中，自动化数据采集系统可以实现实时采集，半自动化和人工采集为定期采集。因此，自动化采集数据一般是对水利水电工程关键部位(或坝段)主要监测量(变形和渗流等)的采集。
1.2数据管理系统
由数据采集系统采集的数据进入计算机数据库后，由数据管理系统对其进行科学有序的管理。包括将电容、电感、电阻、电压、频率等转换为位移、扬压力、渗流量、应力应变、裂缝开合度以及温度等，及它们的误差识别和处理，并将监测量按有关监测规范进行整编和初分析；编制月报和年报等。
1.3分析评价系统
分析评价系统根据监测到的数据，进行观测资料的分析和反分析，结构和渗流正、反分析，建立各类监控模型和拟定监控技术指标等；将收集到的工程设计、施工、运行管理、有关法规和规范等方面的专家知识进行编辑，构成分析、评价、辅助决策等方面的知识库和推理分析知识。
现简述几种传感器的主要工作原理及其应用情况.
(1)差动电阻式传感器
该传感器为美国加州大学卡尔逊教授所研制。置于其内腔的两根弹性钢丝作为传感元件，受力后一根受拉、一根受压.当环境量发生变化时，两者的电阻值向相反方向变化，根据两个元件的电阻值比值,测出物理量的数值。
我国南京电力自动化设备厂从20世纪50年代开始，已研制出几十万支差动电阻式传感器，并应用于大量的水利水电工程中，取得了成功经验。
(2)振弦式传感器
由前苏联的达维金可夫发明。其核心元件是一根钢弦，钢弦的一端固定，另一端则固定在测量元件(受压膜片或测量端块)上。当受力后，钢弦长度将产生微小变化，引起固定频率的变化，从而测出物理量的数值。
加拿大的Rocktest公司，美国的Sinco,Geokon公司等生产的振弦式传感器性能良好，其中真空式为最佳。近几十年来，我国较多的工程应用了这种传感器。
(3)差动电容式传感器
由我国南京电力自动化研究院研制。其工作原理是，将垂线或引张线穿过由4块组成矩形的电容极板中，当测线发生位移时，电容极板的电容产生变化，从而测出位移量。
该传感器经过20多年的完善，其精度和长期稳定性等均有较大提高，已在不少水利水电工程中应用。
(4)差动电感式传感器
首先由原法国的Telemac公司研制。其工作原理是，当高频交变电流通过垂线坐标仪时，在周围产生交变磁场,接收点的磁感应强度与导线距离成反比；当垂线产生位移时，接收点测得的感应电势发生变化,其变化量的大小反映位移量的大小。
该传感器在我国龙羊峡等水利水电工程中得到成功应用。我国有关厂家也仿制了这类传感器。
(5)步进马达式传感器
由原法国Telemac和意大利ISMS公司研制.其工作原理是，由步进电机驱动光电探头，探头中的光照准器先后对准基准杆和垂线钢丝，然后返回原点，在此过程中，测量电路记录探头前进及返回基准点和垂线钢丝的脉冲数,经计算得到位移量。
该传感器的机械部件较多，易出现故障，其长期稳定性也不易保证。我国有关厂家也仿制了这类传感器，在实际工程应用中的故障率较高。
(6)CCD传感器
由河海大学结合国家三峡工程重大基金项目研制。该传感器由若干个特别研制的CCD线阵模块和发光二极管阵列模块组成，当垂线穿过并产生位移时，CCD线阵模块记录垂线位移与基准点的位置，从而计算出位移量。
该传感器技术先进，精度和可靠性高，在上标和响洪甸等水利水电工程中得到应用。
(7)其它新颖传感技术
①光纤传感技术光导纤维是由不同折射率的石英玻璃包层及石英玻璃细芯组合而成的纤维。它能使感受到的各种物理量而计算出监测量，以及传送感受的信息通讯。目前，应用于光纤传感的监测量主要是裂缝，应力应变尚需进一步研究。应用信息通讯较为广泛，且安全可靠。
②CT技术意称计算机层析成像。它指的是在不破坏物体结构的前提下，根据物体周边所获取的某种物理量(如波速、X线光强)的一维投影数据，应用数学方法，通过计算机处理，重构物体特定层面的二维图像及其由此重构的三维图像；从而定量描述物体内部材料分布和缺陷。该技术将成为工程结构物内部隐患监测和老化评估的一种重要手段，在国内外得到应用，我国丰满水电站等工程中也得到成功应用。
③渗流热技术依据渗流场与温度场同时满足扩散方程及其初始和边界条件的原理，利用埋设的温度计测值分析渗流场的分布及其异常部位。
④GPS技术利用卫星定位技术(GPS)监测堤坝和岩土边坡的表面变形.
⑤激光传感技术由激光点光源(即发射点)发射的激光与激光探测仪(即接收端点)构成激光淮直线，由发射的激光在波带板及支架(测点)上观测位移量。它可分大气激光和真空激光准直，其中的真空激光准直除包括激光点光源、波带板及其支架和激光探测仪，即发射点、测点和接收端点以外，,还有真空管道。我国丰满和太平哨水电站等大坝坝顶水平位移和垂直位移的10多年观测资料表明，真空激光准直具有精度高、长期稳定等优点。
2.1.2数据采集装置数据采集装置将各类传感器测出的物理量(如电阻、电阻比、电容、电感和频率等)转化为数字量(如位移、渗压、应变和温度等)，即A/D转换,以便远程输送。当距离超过100m以后，传感器输出的电量和频率等信号，随距离的增大急剧衰减，以至无法测出物理量，但数字量可远距离输送。因此，一般将几十个传感器按部位接入数据采集装置，使传感器观测的物理量转换为数字量。按监测方式不同，数据采集装置可大致分为以下几种类型。
(1)自动化数据采集装置国内外自动化数据采集装置主要有，美国Geomation公司的2300系统、Sinco公司的IDA系统；我国台湾研华公司的ADAM4000和ADAM5000系统；南京电力自动化设备厂的FWC-1系统等。按结构的不同可归纳为总线型和集散型两大类。
①总线型结构Geomation公司的2370型、IDA、ADAM4000、ADAM5000以及FWC-1等系统均属于总线型结构.以IDA系统为例,其系统结构见图2(a)，模块箱的结构见图2(b).图中主机为工控机，中继起联接和中断作用。
IDA母线有二线信号、二线电源；A1～An是智能测量模块，每个模块可接8个传感器；B1～Bm是智能传感器。A和B有解释指令、多路传输、A/D转换和错误查询等功能。同时具有自动和人工测读的两种功能，并可防雷。
②集散型结构Geomation公司研制的2350型、2380型等系统属集散型结构。其系统结构见图3。
从图3中可见，NMS为主机；NRU起中继和网点(即可转成有线的调制信号)的作用；MCU(3)是异地单元,也起中继作用(距离近的可以不用)；MCU(4)和MCU(5)也是异地单元，但它能起无线电发射和接收作用；MCU(6)～MCU(N)是监测传感器。在这两种型式中，总线型结构具有抗干扰能力强、可靠性高、现场调机方便和造价低等优点。其中Geomation公司的2370型、IDA等系统可接入电式和频率式传感器。
(2)人工或半自动化数据采集装置人工或半自动化数据采集仪可在现场测读传感器的测值，或用笔记本电脑采集。其中，差动电阻式采集仪主要有SQ-2型数字电桥、XJ型数字式电阻比检测仪、ZJ型数字式和PSM-R型电阻比检测仪等；钢弦式采集仪主要有SDP-3型钢弦温度测试仪和GPC-1型袖珍式钢弦频率测定仪等。
2.2数据管理系统
水利水电工程大坝可埋有几百个、几千个甚至上万个传感器。如长江三峡水利枢纽建筑物就埋设约一万多个传感器，其采集数据每年达几百万个，并随着观测年限的增加，数据将越来越多，对这些海量数据必须进行科学有序地管理，以便为分析评价系统提供可靠的信息。数据管理系统的核心是数据管理软件和应用软件。
2.2.1数据库管理软件平台在大、中型水利水电工程中，目前常用的数据库管理系统有Oracle、Sybase、Informix以及SQLServer等4大类。其中以Oracle和Sybase数据库在中国应用最广。而Sybase为单进程、多线索结构，即通过单进程的多重通路来同时服务于多用户，提高内存的有效使用率，便于优先程序的查询。因此，Sybase数据库无论在总体结构、功能和特性等方面都有较大优势。本文作者开发和研制的7个大型水电工程的数据(或信息)管理及专家综合评价系统，主要采用了Sybase数据管理系统。在小型水利水电工程中，目前常用的数据库管理系统有DBase，Foxbase和Foxpro等。而Foxpro为用户级数据库系统,目前采用较多。
2.2.2数据库逻辑模型检测的目的是分析评价工程的安全状况。因此，根据分析评价的需要，数据库的逻辑模型包括工程档案、原始数据、整编数据和生成数据等4个分库(见图4)。
(1)工程档案分库该分库管理工程概况以及与工程安全有关的设计、施工资料等.
(2)原始数据分库管理监测资料的原始数据，包括物理量(电阻、电阻比、电感、电容、频率等)和监测效应量(变形、扬压力、渗流量、应力应变和温度等)，并应保证原始数据的真实性。
(3)整编数据分库依据有关标准和规范，对原始数据进行误差识别和转换；按结构单元和监测项目进行整编，包括测值统计表及其过程线图，以及特征值(如最大值、最小值等)和环境量(如水位、气温、降雨、地下水位等)的统计等；对测值进行初步分析，初步识别异常值以及复测；编制日报、月报和年报，其中，日报是刊录测频高(每日一次或数次)的自动化监测系统的数据。
(4)生成数据分库对监测资料分析和反分析的成果，结构和渗流分析和反分析的成果，以及与工程安全有关的设计、施工和运行的专家知识等进行管理，为工程安全分析评价提供定性和定量的依据。主要包括大坝或各结构单元在各荷载组合工况下的应力和位移、坝体温度场、坝体和坝基渗流场(等势线和流线)；位移和扬压力的力学规律计算值；各测点的统计模型，变形测点和空间位移场的确定性模型和混合模型；变形、应力和扬压力的监控指标；历次异常或险情的分析评价成果等。
2.2.3应用软件根据数据库的逻辑模型,在数据库的软件平台上，开发和研制数据库的应用软件，主要包括：
(1)菜单编程对数据库的菜单和各个分库的菜单等编制应用程序。可以采用下拉式或全屏幕式。
（2)原始数据管理的应用软件包括与采集系统相联的通讯软件；按结构单元和测控装置将传感器监测的物理量(电阻、电阻比、电感、电容和频率等)或数字量(变形、渗压、渗流量、应力应变和温度等)编制成图表的软件。
(3)整编数据管理的应用软件包括误差识别和处理程序；将物理量转化为数字量(应变转化为应力，以及测控装置没有转换为数字量的物理量)；按结构单元，将数字量及其相应环境量编制整编成图表的软件；初分析软件；编制日报、月报和年报的软件等。
(4)生成数据管理的应用软件包括对监测资料分析和反分析成果、结构和渗流分析和反分析成果，以及有关专家知识等，并编制成相应图表的软件。
2.3分析评价系统[3]
对水利水电工程监测和监控的目的是，依据监测资料和相应的专家知识，对工程的安全状况作出综合分析和评价。因此，完整的现代测控系统必须包括分析评价系统.其功能是依据监测资料、结构、渗流等分析和反分析成果，以及与工程安全有关的设计、施工、运行管理、法规和规划等专家知识，对监测资料进行分析和评价，从中寻找异常值或不安全因素，并对此进行成因分析和辅助决策等。因此，分析评价系统应包括资料评价、综合检查分析、观测检查、物理成因分析、专家综合诊断和辅助决策等部分，其结构和流程分别见图5和图6。
2.3.1资料评价应用时空分布、力学规律、监控模型、监控指标、日常巡查和关键问题等6类评判准则，对监测值进行分析评判，从中识别异常值或不安全因素。
2.3.2检查分析对异常值或不安全因素，通过同一部位的同类监测量、相关监测量和环境量的综合分析(或相关分析)检查，从中识别引起异常值或不安全因素的成因。如由观测引起的，则进入观测检查；是由结构和荷载引起的，则进入物理成因分析。
2.3.3观测检查对由观测引起的异常测值，首先检查观测记录，然后检查采集系统。对观测记录错误的测值宜进行删除或修改；对监测采集系统引起的异常测值，在排除故障后重测并进行修正。
2.3.4物理成因分析对由结构和荷载引起的异常值或不安全因素，首先检查环境量(或外因)有无产生特殊荷载工况。若有，则分析坝基异常(包括变形、稳定和应力等)成因，然后分析建筑物异常(变形、应力、裂缝等)成因，当稳定和强度满足安全要求时，则“异常”或“不安全因素”是由荷载引起的，为结构调整所致,所以属基本正常。若无特殊荷载工况，则反分析坝基和坝体的计算模型和计算参数等；然后，正演分析监测量,若与实测值一致，则为计算条件改变而引起的；并复核坝基和坝体的稳定和强度，若满足安全要求，则虽为结构引起，但尚属基本正常；若稳定和强度不满足安全要求，则为异常或险情，随即进入辅助决策。若分析不出物理成因，则进入专家综合诊断。
2.3.5专家综合诊断对异常或不安全因素的疑难杂症，即难以分析成因的，进行专家综合诊断，包括对其影响因素和安全度的专家综合评判。
2.3.6辅助决策依据异常或险情的程度，首先提出报警级别，然后提出辅助决策的建议。其中报警级别分三级，一级为险情，二级为异常，三级为局部异常。辅助决策建议包括运行控制水位和补强加固处理措施的建议等。
2.3.7支持库群为了给以上分析评价提供定量依据，该系统还包括数据库、方法库、知识库和图库等支持库群。
(1)数据库主要管理监测资料及其分析和反分析成果，与工程安全有关的设计、施工和运行资料等。
(2)方法库依据安全分析评价需求，方法库主要包括监测资料分析和反分析软件包，结构和渗流分析软件包,综合分析和评价程序，以及辅助决策程序等。如本文作者给多座水利水电工程开发的分析评价系统中，共设置40个程序。其中，监测资料分析和反分析软件包有监测资料预处理、资料分析和反分析等22个程序；结构和渗流分析软件包有规范法的应力和稳定分析，有限元静力、动力以及粘弹性和粘弹塑性分析等13个程序；综合分析和评价包括影响因素和安全度评价等2个程序；辅助决策包括报警、洪水反调节等3个程序。从而，总体上能满足安全分析和评价的定量分析需要。
(3)知识库包括专家语言的定量化知识,隐蔽薄弱部位的设计和施工的专家知识，历次安全定期检查以及异常或不安全因素的分析评价成果等。
(4)图库包括图形库和图像库。其中，图形库包括分析和评价过程中的各类图表；图像库包括分析评价结论的多媒体演示等。
2.3.8分析评价的人工智能技术为了实现分析评价的人工智能化，分析评价系统采用正向推理、反向推理、混合推理和元控制等4种技术。其中，正向推理为已知问题的事实，在知识集中寻找匹配知识，反复循环直至找到有解结论；反向推理为已知或假设结构，从知识集中寻找匹配的解，反复循环，直至找到匹配的解；混合推理为融合正向和反向推理的原理，先正向后反向或先反向后正向；元控制是将元知识(即知识的知识)构成元知识库，以求解问题的目标。
2.4计算机及通讯网络技术
由于高新测控技术是将数据采集、信息管理和分析评价融汇在一起的庞大系统工程，必须在现代计算机及通讯网络技术的支持下才能实现。
2.4.1计算机网络拓扑结构常用的拓扑结构有总线形、星形和树形等(见图7)。其中，总线形结构为网络所有结点连在通信总线上；星形结构为网络所有结点连接在中心结点上，由中心结点负责数据处理和交换；树形结构为自顶而下的层次化的扩展式结构，顶部结点为根结点，连接2个以上结点的称为支节点，以下为端结点，以根结点为网络核心、支结点为子网络中心、端结点为面向用户的桌面。
一般大中型水利水电工程结构单元(如坝段)较多、布置的测点也较多，宜用总线形；对省局(厅)或大网局，由于所属水利水电工程较多，分布也广，而需要由局中心控制时，宜用星形结构，其中一个结点为一座水利水电工程；对特大型水利水电工程.如三峡工程，由于分项工程较多，宜用树形结构(见图8)。
2.4.2计算机通讯网络平台单个的水利水电工程一般用局域网，可采用高速光纤、载波或微波等网络通讯。对省网局(厅)或大型水利水电工程需要有外部技术支持的，一般采用广域网，亦可采用以太网或Intranet网等。
2.4.3计算机工作方式一般采用C/S(客户机/服务器)方式。其中，服务器主要存储监测数据以及与工程安全有关的设计和施工等资料，应该有强大的存储和处理数据的功能；其型号和数量视工程规模、监测项目的多少，由需求分析确定，一般应有双机或多机热备份。客户机主要面向用户的分析评价和辅助决策等，可由多台并行计算机完成。
3结语
(1)现代化测控技术应包括数据采集、管理和分析评价等功能，以及完成这些功能的计算机软硬件环境和通讯网络环境。
(2)数据采集包括传感器和测控装置，完成A/D转换，以便监测的数字量能远距离输送。
测控技术论文范文2
关键词：虚拟技术；测控技术；网络研究
1引言
互联网最大的优势就是可以在网络上进行模拟测试，在新时代的今天，运用虚拟技术方法，充分运用资源以减少资源浪费，从而降低成本，提高效率。结合互联网与虚拟技术的配合，对测控技术进行测试，从而将用户之间的信息进行整合与运用，能够更好提高测控技术的研究效；并且互联网技术的特点是不受时间与空间的限制，对系统测试更加的方便，能尽快满足系统的测试要求，获得测试的结果。现代虚拟技术正是基于互联网的前提下，对测控技术的应用研究发展方向不断转变为分散和远程的特点，测试的内容也更加丰富多彩。在现代虚拟技术的基础上，对测控技术的应用研究是本课题的主要内容，并对其进行设计和研究，从而寻求能够有利于测控系统的方法，寻求有利于测控技术在现代虚拟技术的创新之处。
2现代测控技术概述
在现代测控技术的研究中，计算机是其重要的组成部分，这源于计算机在测量和控制方面的优势，以及它能够准确的对现代测控技术进行有效的计算。计算机的应用对现代测控技术有着重要的作用，它能够全方位实现测量和计算，形成数据信息的共享，推动着现代测控技术的发展[1]。
2.1测控技术现状介绍现代测控技术的发展呈现着快速发展的态势，不断的应用在生活与工作的各个方面。当前，现代测控技术是一套综合的系统，包含测量与控制，智能化的发展从而实现自动管理。不过我国的技术发展水平还比不上其他先进的国家，测控技术水平的发展状态也没有其他国家优秀，还需要不断的学习和自我创新，尽快提升测控技，形成独特的研究体系。
2.2测控技术背景与发展方向测控技术的发展需要互联网技术等一系列科学技术的支持。随着互联网技术的不断发展，测控技术的发展将会向着多元化方向。使用者可以自由的学习和运用测控技术，对工作的内容有效的了解，如此能够更好的把握测控技术，提高学习和工作的效率。未来测控技术除了向多元化发展，还会更多的开放用户，不断的融入市场。当前，科学技术的引入是现代测控技术发展的一大支持，它极大的促进了测控技术的发展，这一点上文也有所提及。信息技术的不断丰富，使得测控技术也在不断的创新，现代测控技术朝着智能化发展，这些都离不开互联网技术（尤其是现代虚拟技术）的发展，它将是现代测控技术
3虚拟技术下现代测控技术设计
互联网的到来，打破了时间和空间的限制要求，现代测控技术的发展也慢慢步向远程化，所谓远程主要是基于互联网这一有利优势。测试技术系统主要包含虚拟技术、数据信息的远程采集以及通信三个方面的网络化测试，在现场将虚拟的测试设备与网络连接在一起，通过互联网使用者能够通过浏览器对其进行操作，从而能够远程控制现场，进行数据信息的远程采集和通信。虚拟测试系统主要有三个重要的组成部分，对服务器以及虚拟仪器和数据库进行现场测试，将数据库和服务器以及监控管理组成服务器单元进行数据收集，不同的用户共同组成客户，图1是虚拟测试系统的主要组成部分。测试设备与数据库共同组成了现场测试服务器，每一个测试设备都是独力的，并且数量很多，它是测试的数据来源；现场测试服务器对数据进行有效的收集，以及进行数据的传输，对使用者的测试和运用的用处很大；并且它与客户之间形成紧密联系，对测试结果进行汇总[2]。通常若干台电脑组成服务器端，它是测试系统的主体，不仅将使用者与数据库之间的信息进行有效的交流，还对现场测试服务器的数据信息进行汇总，并对使用者进行管理和维护，从而保障测试的正常运行；并且服务器端存有大量的数据库，用于对使用者信息进行比对，更好的对测试系统进行分析，以此不断完善测试系统。
4虚拟技术在现代测控技术的运用
科学技术的不断创新，更加的便捷了现代测控技术的运用和发展，也提供了有效技术支持。它广泛的运用在生活与工作的各个方面，生产全球化，往往需要通过虚拟技术在地球的一端对另一端的产品进行测试和分析，在生产领域有着重要的作用，不仅节约了时间和成本，也提高了测试效率[3]。不仅如此，现代测控技术的运用不论对工作或是生活都有着重要的作用，在以后对测控技术运用会更加的广泛，也更加的频繁。测控技术的运用在军事国防方面有着重要的作用，能够通过远程对各项武器装备进行有效的检测，能够快速有效的对武器装备进行保养和维护，这对国家安全有重要的作用；在航天飞行的测控，对航天仪器进行有效的测量，从而获得最新的数据信息，实时保障航天英雄的安全；运用现代测控技术，实时了解农作物的生产状况，从而有效提高生产产量。而现代虚拟技术对测控技术的极大提升，不论是以上哪方面，都可以先进行虚拟技术的模拟，从而有效的把握测控进度，这很大程度上节约成本，保障安全，提高效率。图2测控技术的运用分类5结论本文在现代虚拟技术的基础上对测控技术进行有效的研究和分析，对现代测控技术的发展现状和背景进行相应的介绍，并以此验证现代虚拟技术对测控技术有着重要的作用。在互联网时代，现代虚拟技术的运用离不开它，同时也间接推动了测控技术的不断发展和进步。课题中，对虚拟技术的框架进行简单的设计，它存在于互联网并运用互联网的多元化和智能化对现代测控技术进行有效的交流和研究，其所表达的优势尤为明显并在文末做出介绍。
参考文献：
[1]HanY,GaoQ,LiX.ResearchontheApplicationofModernPowerSystemBasedonAutomaticControlTechnology[C]//InternationalConferenceonModelingandSimulation.2015:25-28.
[2]LiuCJ.ResearchonApplicationandDevelopmentofCompetitiveSportsSimulationBasedonVirtualRealityTechnology[J].AdvancedMaterialsResearch,2011,179-180:1063-1068.
测控技术论文范文3
关键词：航天测控；教学改革；教学模式
作者简介：陆必应（1976-），男，安徽舒城人，国防科学技术大学电子科学与工程学院，副教授；王建（1981-），男，湖北宜城人，国防科学技术大学电子科学与工程学院，讲师。（湖南 长沙 410073）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）25-0141-02
“航天测控”是国防科学技术大学电子工程专业本科生的一门专业必修课程，同时也是通信工程和信息工程专业本科生的选修课程。课程重点讲述基于无线电的航天测控系统的概念、体制、组成和工作原理，引导学生了解现代航天测控技术的发展动态和方向。[1，2]作为一门专业课，一方面要传授学生航天测控系统的专业知识，另一方面要培养学生对复杂电子系统的分析能力并掌握设计方法，加强学生的工程素养。航天技术的发展及其在军事和国民经济中日益广泛的应用，特别是我国载人航天技术的跨越式发展，激发了学生学习本课程的热情，同时对课程的教学也提出了越来越高的要求。[3]本文先分析“航天测控”课程特点和教学中存在的问题，随后介绍以教学内容、教学方法、教学实践环节相配套的教学改革探索和实践，以实现专业知识学习和工程能力培养兼顾的教学目标。
一、课程特点与教学现状
“航天测控”课程教学具有如下特点：一是基本概念多，涉及领域广 。包括天文学基础、航天器轨道运行基本原理、无线电测距定位原理、高速无线数据传输原理等。二是基本原理复杂，涉及的理论基础宽，包括随机信号分析、信号与系统、雷达原理、通信原理等。三是系统复杂，安排实践环节困难。航天测控系统是复杂的电子系统，而先修课程偏重基础知识的学习，对电子系统的介绍偏少，学生很难通过一两个简单的实验课达到理解和掌握复杂航天系统的目标。以上特点决定采用传统的方法进行教学时，教师讲授难度大，学生学习理解困难，学习效果差。
该课程教学现状与存在的主要问题有：
1.教学内容多，课时少
本课程内容包括航天测控的基本原理、统一载波测控系统、跟踪与数据中继卫星系统、全球定位系统及其在航天测控中的应用四大部分，仅统一载波测控系统就包括跟踪测轨分系统、遥测分系统、遥控分系统。上述每一门技术都具有相对的独立性，涉及的理论、方法和系统都有其独特的内容。国防科学技术大学（以下简称“我校”）电子科学与工程学院早期设有航天测控专业，上述内容安排80～120课时讲授，现行的教学大纲仅安排了40课时，教学内容却没有减少，要完成教学任务，学生学习上存在较大困难。
2.教材相对陈旧，新技术介绍少
本课程的教材编写于1998年，内容上继承了航天测控专业所用内部教材的精华，重点内容为统一载波测控系统的原理、系统分析和系统设计。其优点是基本概念清楚，理论推导详实，系统分析深入，但也存在如下几个问题：一是内容过多，部分内容分析得过于深入，基础稍差的学生掌握起来有困难；二是近年来航天测控技术进步迅速，不断涌现出新概念、新方法和新技术，航天测控体制也从传统的统一载波测控体制加速向以跟踪与数据中继卫星系统为代表的天基测控体制发展，而教材没有充分反映航天测控技术的新发展。
3.教学手段单调，实践环节不足
原先的课程教学以教师板书讲授为主，配合以少量的幻灯片和课后习题作为辅助手段；学生的学习停留在阅读教材和参考书目、做课后习题上，缺少必要的实践环节。这种以讲授为主的教学模式无法充分调动学生的学习兴趣和积极性，缺少必要的实践环节，学生对理论和技术的理解无法深化，学生的主观能动性没有充分发挥，分析问题、解决问题的能力和工程素养得不到提高。
二、教学改革探索与实践
1.突出教学重点，合理选择教学内容
综合考虑航天测控技术的发展现状，并结合电子工程专业本科生的预修课程以及学时数，对教学内容进行了重新安排，修订了教材。将教学内容根据测控体制划分为统一载波测控系统、跟踪与数据中继卫星系统、全球定位系统的原理及其在航天测控中的应用三个部分。对统一载波测控系统部分内容进行了三个方面的删减：一是与先修课程内容有重复或雷同的，如跟踪测轨技术中的角度测量技术，在先修课程“雷达原理”中已有讲述，直接删除；二是要求具备比较专业的预修知识而学生又不具备的，如遥控编码体制，对电子工程专业的本科生来说由于不具备相应的预修课程，理解存在较大的困难，进行了删减，并提供相关的参考书籍供有兴趣的学生参考；三是难度太大的内容，如测控信道的设计，这部分内容要求学生在理解信号调制理论的基础上，结合特定工程实际设计出最佳波形，对大部分学生来说要求过高，也进行了删减。根据航天测控技术的发展趋势，对跟踪与数据中继卫星系统的组成、工作原理以及采用的新技术等部分内容进行了扩充。调整后的教学内容，既重视基本原理的教学，也重视测控系统的分析，还涉及测控新技术的介绍。
2.采用多种模式教学方法，提高教学效率
对课程的总体教学目标和教学所包含的知识点进行了分析，并对教学方法和教学过程进行精心设计。针对不同的教学内容，采取多种形式的教学方法，包括课堂理论教学、比较教学、案例教学、讨论教学等，并有机地结合起来。
基本原理如测控信号基本理论、测距原理、GPS工作原理等内容采用课堂理论教学，开发了多媒体教学课件，除传统的公式推导和文字描述外，配以适当的图片、动画，直观地说明理论分析结果，使学生对一些重要的结论留下深刻的印象，强化教学效果。
航天测控系统的教学若采用简单的讲授教学，由于学生工程实践经验少，往往不能深刻领会系统的内涵，抓不住重点，因此采用案例教学法与比较教学法相结合的教学方法。选择航天测控系统中较为简单但具有代表性的“单通道锁相接收机”作为教学案例，先对系统作简单介绍，使得大家对航天测控系统有一个感性认识，然后提出问题，供同学们分组分析、讨论。如跟踪测轨系统锁相接收机与一般雷达系统接收机进行比较，通过比较启发学生思考二者结构上的根本区别是什么，工作原理有什么不同，航天测控系统采用这种特殊类型接收机的原因是什么。通过比较学生较易理解航天测控跟踪测轨系统与一般雷达系统的异同，达到触类旁通的效果。通过开设讨论环节，营造生动、活跃的课堂气氛，培养学生思考问题、解决问题的能力，变被动接受为主动思考。最后以科研成果进课堂的形式对案例进行总结，同时引导学生了解航天测控系统设计基本方法。将教学团队在航天测控接收机领域所作的科研成果——某改进型航天测控接收机实物搬进课堂，分析传统接收机存在的缺陷，改进型接收机性能有哪些改善，从哪几个方面着手进行改善，如何进行改进等。通过这一具体案例，充分激发了学生的积极性，对航天测控系统设计方法这一难点也有了初步的认识。
在教学手段上，除采用计算机辅助教学外，还充分利用校园网资源，开展网络教学。编制适合网络教学的课件，提倡学生网上提问，进行网上答疑，对课外拓展性的内容提供更多的学习资料和参考文献。此外，利用网络教学可部分缓解教学内容多而课时少的矛盾。
3.重视实践环节，提高学生工程素养
“航天测控”是一门理论较深、实践性强的课程，提高学生的工程素质也是本专业课的一个重要学习目标。航天无线电测控系统是一个复杂庞大的系统，没有条件开展针对整个系统的实践性教学，但在基本原理和分系统教学过程中增加了实践性环节，如简单的实验设计、开放式研究性习题设计等。另外，对深空测控、小卫星测控、星座测控等测控领域的新课题、新技术、新发展，根据情况开设一两个专题讲座，使学生了解航天测控技术的最新发展，提升学生应用能力。
4.加强教学团队建设
作为一门专业课，虽然面向的专业范围窄，学生层次相对统一，只要一两名老师就可完成课程的教学任务，但不能因此就忽视教学团队的建设。作为教学活动中的关键要素之一和教学活动的具体实施者，教师本身的专业理论知识、实践能力、教学能力、科研能力对课程的教学效果有决定性的影响。因此，我校建立了一个由教授、副教授、讲师等不同层次教师组成的教学团队。团队中所有成员都从事航天测控领域的科研工作，由同时具有丰富科研经验和教学经验的副教授担任主讲老师，由教授开展航天测控领域新技术、新发展专题讲座，其他成员的科研成果为教学案例提供支撑。同时通过“跟、帮、带”，促进年青教师的成长，保证教学团队教学水平的稳步提高。
三、结束语
随着航天技术在国防、国民经济中日益广泛的应用，航天测控技术也获得了快速发展和广泛重视，对“航天测控”课程教学提出了越来越高的要求。本文对“航天测控”课程存在的问题进行了分析并提出了切实可行的改进措施，通过教学内容、教学方法、教学过程和师资队伍建设的改革，精简了教学内容，采用了以比较教学法和案例教学法为主导的多样化教学方法，充分调动了学生的学习积极性和主动性，培养了学生自主学习能力、分析解决问题能力，达到了专业知识学习和专业技能培养并举的目标。
参考文献：
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测控技术论文范文4
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测控技术论文范文5
关键词：光电检测技术；培养目标；教学改革
作者简介：闫俊红（1978-），女，内蒙古包头人，内蒙古科技大学信息工程学院，讲师；李文涛（1963-），女，内蒙古包头人，内蒙古科技大学信息工程学院，教授。（内蒙古 包头 014010）
基金项目：本文系内蒙古科技大学教改项目（项目编号：JY2011021）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）04-0056-02
一、“光电检测技术”课程教学现状
光电检测技术在科学技术的发展史上占有重要的地位，“光电检测技术”的教学和研究也越来越得到国内外高等院校和科研机构的重视。目前国内开设“光电检测技术”课程的高等院校达50多所，专业覆盖了测控技术与仪器、光电信息工程、光信息科学与技术、电子信息工程、通信工程、应用物理、探测制导与控制、生物医学工程等。[1-3]
内蒙古科技大学（以下简称“我校”）测控技术与仪器专业充分结合教育教学背景及教学资源，以培养宽口径、综合实践型人才为目标，以光机电算一体化为主体，以光电为特色，开设了“光电检测技术”课程，对于培养具有创新能力的综合实践型人才具有良好的促进作用。该课程衔接了“工程光学基础”、“单片机原理及应用”、“智能仪器”等，不仅能够使学生了解光电领域新技术的发展和应用，更有利于培养学生的综合实践能力和创新能力，拓宽测控技术与仪器专业的就业口径。“光电检测技术”课程具有内容多、应用性强、发展快等特点。如何通过课程教学与实践，使学生熟练掌握各种光电检测系统的设计，提高学生的综合实践能力，各高校测控技术与仪器专业都做了很多探索。[4，5]本文根据自身的教学实践和对我校测控技术与仪器专业的教学开展情况，结合我校的培养目标对“光电检测技术”课程的理论教学与实践教学做出了改革探索，提高课程的教学质量。
二、“光电检测技术”课程改革思路
“光电检测技术”课程是我校测控技术与仪器专业一门重要的专业基础课。该课程内容丰富、实践性较强，着重培养学生计算机应用、测量与自动控制、智能仪器设计等领域的综合实践能力。根据培养目标和专业设置的变化，我校“光电检测技术”课程经历了几次改革。第一，为适应光电检测技术的蓬勃发展和学生就业的需要，开设了本课程，共50学时，包含了光电子和光电检测两部分，课程的内容主要是光电传感、检测原理及光电检测系统等几部分。第二，由于测控技术与仪器专业培养目标及培养方案的调整，为满足我校学生的就业需求，将该课程的教学内容及教学学时数进行了改革，内容上着重光电检测及光电检测系统的设计，学时更改为32学时。第三，为突出本校的办学特色及教育教学优势，在教学过程中不仅注重基础理论的讲授，更注重对学生综合实践能力的培养，对“光电检测技术”课程教学环节及实践环节进行改革，以培养工程实践型人才为目标，充分培养学生创新思维和综合实践能力，满足社会对高层次检测技术人才的需要。
三、“光电检测技术”课程教学改革实践
1.教学内容改革
由于开设“光电检测技术”课程专业的多样性，应根据各个专业的培养要求合理选择教学内容。结合我校测控技术与仪器专业的培养目标，对“光电检测技术”课程的教学内容进行了改革，目的在于使学生通过课程的学习，既了解光电检测技术的发展前景、光电器件的工作原理及光电检测的基本方法，又能对光电检测系统的设计有整体的把握，达到课程的教学目的。具体改革方案如下：
（1）注重基础，突出重点难点，合理安排教学内容。目前“光电检测技术”教材内容各有优缺点，有些教材较注重基础理论、基本原理，而对光电检测系统设计的内容介绍较少；有些教材兼顾理论教学与实践教学，但对于光电检测领域新技术、新发展的介绍较少，使教材内容落后于光电产业的发展；有些英文教材在光电检测技术新发展方面的编写较为突出，但对光电检测技术及光电检测系统的整体性上把握较差，且与教学大纲不符。因此必须结合本专业需求，合理选择“光电检测技术”课程教材内容，做到基础知识重点讲授，难点重点精讲细讲。例如光电检测器件是光电检测技术的重要内容，在教学中着重讲解光电器件的工作原理、结构、性能参数及应用范例，而对于光电检测器件的偏置电路、前置放大电路、匹配滤波等前期课程中已经涉及的内容进行略讲。光电探测器分为光电效应型和热电效应型，由于热电器件在“热工测量仪表”课程中为重要学习内容，在本课程的教学中将热电器件一章改为自学。而涉及计算机接口等内容由于在“单片机原理及应用”中详细讲解，在本门课程中将其删去。
（2）结合测控技术与仪器专业的培养目标及专业设置，补充反映专业特色的内容。结合我校冶金背景、测控技术与仪器专业的培养目标及学生的就业需求，加强本课程与其他专业课程的衔接，对光电检测的新理论、新技术、新应用和新成果进行了补充。例如在光电检测方法的讲解过程中以智能机器人定位技术为例介绍光电器件的应用，激发学生自主学习的动力。在讲解光电位置传感器时，以光电位置传感器用于智能汽车防追尾系统为具体案例，启发学生认真思考，激发学生的学习兴趣。在讲解激光器、光电耦合器件CCD的过程中，结合器件的应用背景，把器件最新的制作工艺、应用前景介绍给学生，并将光电耦合器件CCD的成像原理与手机采用CMOS的成像原理进行对比，激发学生的学习兴趣。根据学生的就业需求，在课程的教授过程中补充与冶金企业生产过程密切相关的光电检测系统。例如基于CCD的锅炉燃烧控制系统，以光电耦合器件CCD获取锅炉内部燃烧图像，用图像信息确定炉膛内部的温度分布，确定锅炉内部燃烧机理，及时有效控制锅炉燃烧效率，达到锅炉温度控制目标。结合科研课题“基于CCD的比色测温研究”，将CCD的应用领域进行拓展，使学生系统全面地掌握光电系统的设计，培养学生的工程实践能力。
（3）立足培养综合实践型人才，加强光电检测实践教学环节。实践教学有利于培养学生的综合实践能力和创新精神，该教学环节学时有限，如何在有限的学时内完成预期的目标，必须对基础验证型实验、综合型实验及创新型实验的比例作出调整。光电检测实践教学以我校光电检测实验室为基础，秋实科技创新实验室为媒介，构建实用型光电检测实验教学平台。在具体实践教学中，采用基于项目设计的实验教学方法，合理保证基础验证型实验，并结合集中演示的方式进行教学，提高综合型及创新型实验的比例。我校光电检测实验室的主要实验设备有CSY-2000型光电检测实验台，包含光电传感器模块、信号采集模块、信号处理及自动控制模块等。在实验室内不仅可以完成光电探测用光源、光电探测器原理及特性等验证性实验，还可以根据具体的对象搭建实用的光电检测系统。秋实电子实验室致力于鼓励大学生完成科技创新活动，在光电检测实验平台的基础上，结合秋实电子实验室现有设备，可以完成综合设计型实验，例如智能机器人视觉系统、智能小车竞速系统、智能小车防追尾系统等设计，帮助学生在完成“光电检测技术”基础知识、系统理论学习的同时，提高学生的实践动手能力，使学生通过实践环节的学习，达到培养工程实践型人才的目标，并结合科研课题增设创新型实验，以具体的科研项目拓展实验教学内容，及时反映光电检测的最新发展情况，培养学生的科研创新能力。
2.教学方法改革
“光电检测技术”是一门多学科交叉科学，如何提高教学质量、提升教学效果，使学生既能有效地掌握基础理论、基本方法，又能灵活运用基本原理。传统的以课堂教学为主、实验教学为辅的教学模式必须进行改革。
（1）有效地将课堂教学、实践教学相结合，引入多元化教学方式，增强教学效果。如讲解光电效应的过程中，采用图文并茂的多媒体课件形式，制作动画效果，将涉及半导体理论的抽象原理直观形象地演示出来，并以日常生活中光电探测器的应用为实例，激发学生的学习兴趣，拓展学生的视野。在讲授光电器件的性能参数过程中，量子转化效率、光电响应度、光谱响应范围、光电响应时间等性能参数均为抽象的物理参数，而光电器件的性能参数又是光电检测系统设计的关键，在讲授中以光电检测系统中光电器件性能参数变化对系统测量结果产生的影响为例进行讲解，以直观的数据将抽象的物理参数简单化。
（2）充分发挥学生的主观能动性，提高学习效果。在课堂教学过程中，充分发挥学生的学习积极性，加强学生与教师的互动，活跃课堂气氛，提高学生的学习效果。如绪论部分引入光电产业的发展前景，以日常生活中的小故事为例，引出光电产业的背景及发展趋势；以创新型实验为例，鼓励学生根据日常生活中的测量参数设计光电检测系统，发挥学生的主观能动性，培养学生的综合实践能力。
（3）改变考核手段，注重培养学生的综合能力。课程考核是评价课程教学质量的重要手段，传统的考核方式均采用卷面形式，具有一定的局限性。本课程采用卷面考核成绩、课堂提问、综合设计作业成绩相结合的考核方式。其中课堂提问成绩根据课堂提问结果给出，及时考查学生对所学知识的掌握程度。综合设计作业成绩以学生所完成的综合型创新型实验报告书给出，全面考查学生的综合能力。将三部分成绩结合起来，合理反映学生对于本门课程的学习情况。实践表明这种方式极大地调动了学生的学习积极性，取得了良好的效果。
四、结论
结合我校测控技术与仪器专业的培养目标及学生的就业情况，对“光电检测技术”课程教学进行改革，首先对课程教学内容体系进行了优化，接着采用项目教学法对原有实践教学环节进行改革，加大综合型创新型实验的比例，最后对教学方法进行改革，以有效的教学方式达到预期的教学效果。实践结果表明，课程内容体系改革、实践教学改革和教学方法改革提高了本课程的教学效果和人才培养质量。
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测控技术论文范文6
关键词：测控技术；仪器仪表；专业现状；未来发展
0 引言
测控技术与仪器专业，顾名思义，即是研究如何以精密机械仪器为工作依托，以机、光、电以及计算机为主要技术手段，对自动化工作系统进行测试与控制的学科。先进科学技术的快速更新，为测控技术与仪器专业的研究学习提供了大量新鲜科技血液。测控技术与仪器专业所培养的是精通仪器仪表原理、熟稔测试控制系统的综合性技术人才，为我国的科技发展及工业建设贡献着高水平的人力资源。因此，测控技术与仪器专业具有重要的分析利用价值。
1 测控技术与仪器专业的国内发展现状
我国高等院校开设测控技术与仪器专业的历史，始于新中国成立初期。当时国家工业百废待兴，亟需大量高科技技术支持。测控技术与仪器专业的前身是精密机械仪器专业，最初成立于我国工业建设重镇天津。后来，随着我国高等院校的恢复教学，仪器仪表类专业在各大著名高校陆续开设并茁壮成长，为现今的测控技术与仪器专业奠定了坚持的学术理论与社会实践基础。
之后，对精密仪器仪表的研究愈发难以满足工业建设的自动化需要。串联各种精密仪器仪表的测控技术，因其能够满足自动化发展的需要而茁壮成长起来，逐步形成了如今的测控技术与仪器专业。目前，我国已有近两百所本科高等院校开设测控技术与仪器专业，并且仍陆续有院校增设该专业。总体来看，该专业生源已经呈现趋稳态势，搭建起专业建设的广阔平台。同时，该专业的硕、博研究生点也逐渐增加，所培养的高等专业学术研究人才规模愈发庞大，为测控技术与仪器专业的深层次建设奠定了科研基础。
2 测控技术与仪器专业存在的发展问题
测控技术与仪器专业作为一门高新技术学科，密切联系着精密机械、计算机科技、电子电力以及自动化控制等诸多高精尖技术。随着国际范围内的科技大发展，我国测控技术与仪器专业的发展暴露出一些痼疾，主要涉及教学理念、教育模式以及社会衔接等三方面。
2.1 教育理念滞后
我国的测控技术与仪器专业教育，相比于发达国家而言仍然处于发展初期，教育理念仍然稚嫩，甚至在某些程度上处于滞后状态。一方面，教师在教学过程中不能及时引入国际先进科研成果，教学内容依然局囿于传统教材。正因如此，我国测控技术与仪器专业的普遍教学水平低于国际化标准，难以在教学中丰富学生的专业前沿认识。另一方面，有相当规模的教师群体以及高等院校，仍持有培养“技术工人”的专才教育理念，在理念层面限制了学生的未来发展趋向，一定程度上扼杀了学生对测控技术与精密仪器的创造能力。
2.2 教育模式陈旧
测控技术与仪器专业和社会工业生产密切相关，需要在工作实践中完善其理论体系，创造崭新的技术成果。但从普遍意义上来看，我国测控技术与仪器专业的教育方法陈旧，仍然以课堂教学为主要模式，严重忽略专业实践的重要作用，逐渐产生理论与工作实践脱轨的现象。教育模式陈旧已经成为阻碍测控技术与仪器专业发展的重要桎梏。
2.3 社会衔接不畅
测控技术与仪器专业的最终培养目标，是使学生成为掌握先进仪器仪表测控技术的科技人才，为社会发展贡献高科技力量。但目前测控技术与仪器专业的学校教育与社会需求之间产生了较深的沟壑，学与用的衔接不畅。一方面，专业教育内容与工作实际脱节，难以得到有效运用。另一方面，上至高校、下至学生，对专业实习的重视程度不够，理论知识转化为实践经验的速度缓慢。
3 测控技术与仪器专业的未来发展策略
测控技术与仪器是保障工业发展、促进经济进步的重要支柱性技术，具有较高的社会效益价值。因此，必须着力解决当前专业发展过程中存在的问题，以科学、优质的发展策略，为测控技术与仪器专业创造更加美好的发展前景。
3.1 适应学科发展，满足社会需要
伴随着科技的突飞猛进，测控技术与仪器在未来会面临更加多样的技术融合，形成融合度更高、交叉性更强的学科体系。在这一背景下，测控技术与仪器专业的学生与教师，都要努力适应学科融合的发展趋势，综合性掌握学科技术体系。另外，测控技术与仪器专业课程难度较大，应当合理衔接社会实习工作，使学生在实践中丰富知识体系，使测控技术与仪器专业的发展最大程度满足社会需要。
3.2 优化课程体系，加强实践教学
测控技术与仪器的专业体系复杂，因而课程所学难度较大，总体来说学生的课业负担较重。针对这一情况，高校要致力于优化该专业课程体系，积极编制符合国际技术发展前沿的教学材料。此外，高校要做好实践教学与课堂教学的衔接，采取模拟实验操作、实习基地工作的双重实践教学体系，着力培养学生的实践创新能力。
3.3 建设创新基地，完善人才培养
测控技术与仪器专业要随着科技进程的推进不断创新发展，因此要大力建设测控技术与仪器创新基地，通过技术支持、财力保障与师资配合，鼓励学生进行专业技术的创新探索。并且通过创新培训，着力提升学生的专业思考能力、动手能力与创新能力，从而完善测控技术与仪器的人才培养体系。
4 结语
承前所述，测控技术与仪器专业既是高等院校科学研究体系的重要组成部分，又是国家工业发展的人才储备与培养平台。我国测控技术与仪器专业自创设以来取得了不菲的研究成果，创造了重大的实用价值。但同时，其学科建设中所存在的突出问题也不容忽视。因此，社会、高校以及测控技术与仪器行业内部，要协同共进，共同致力于构建完善的测控技术与仪器专业发展模式。
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