第一篇：現代科學與技術概論

簡答

現代技術三大體系的主要內容。P8 物質變化技術體系：各種材料的設計、制備和加工

能量轉換技術體系：如噴氣推進技術、核能技術、光電技術和多種能量轉換技術 信息控制技術體系：電子電路集成化、信息處理數字化和信息傳輸網絡化 古代科學研究采用的主要方法。P22 古代實用科學形態：觀察、測量、經驗、描述 古代理論知識形態：邏輯方法、數學方法 古代自然哲學：思辨、猜測

闡空間資源以及人類進入空間需克服的障礙。P217+223 空間資源：高遠位置、微重力、高真空、無污染、太陽能和其他豐富的物質資源，包括軌道資源、環境資源和天體礦物資源。障礙：

1）要有高度可靠且推理足夠大的運載工具

2）掌握關于空間飛行環境的足夠信息，從而對人體所能承受的極限環境條件做出準確的判斷

3）能確保航天員生活、工作和安全飛行的生命保障系統

4）確保地面人員與航天員之間可靠而不間斷的通信聯系

5）掌握航天器再入大氣層和安全返回的技術等。狹義相對論的基本原理和推論。P67 基本原理：

1）相對性原理，即物理規律在任何慣性參照系中都一樣，不存一種特殊的慣性系

2）光速不變原理，即對任何慣性系，真空中的光速皆相同 推論：

1）一個物體相對于觀察者靜止時，它的長度測量值最大；

2）一只時鐘相對于觀察者靜止時，它走的最快，如果相對于觀察者運動，它就走得慢，運動速率越大，慢得越多；

3）在任何慣性系中，物體的運動速度都不能超越光速。光速是物質運動的極限速度；

4）如果物體運動速度與光速小很多，相對論力學就還原為牛頓力學。古代阿拉伯國家對世界科學技術的貢獻。P21

1）溝通東西方科學文化

2）保存古希臘學術典籍，對近代自然科學的誕生起到了難以估量的影響作用。簡介科技史上某一重大事件及其意義。P27 事件：文化復興運動

意義：這場運動不僅是一場復興古典文化的運動，更是一場新時代的啟蒙運動，把人們的眼光從神轉移到自然界和人類自身，恢復了人類的理性，使人們重新獲得了獨立思考的能力，從而鼓舞著人類靠自己和知識的力量從事創造性的工作，導致了歐洲歷史轉折、思想解放、學術發達、巨人輩出，開創了人類歷史長河中的一個光輝時代。現代生物技術的主要內容及其應用。P159+162 內容：基因工程、細胞工程、酶工程和發酵工程，其核心是基因工程 應用:農業——改良農作物品種、培育動物良種

工業——1）在化工工業的應用；

2）在食品工業的應用；

3）發展新能源

4）與微電子、自動化等現代高新技術相結合

醫藥——1）使過去無法生產或無法經濟生產的藥物得以大量生產

2）研制出一些靈敏度高，性能專一，實用性強的診斷技術新設備

3）開辟了醫治疾病，特別是遺傳性疑難病癥的新途徑 開普勒行星運動三定律。P30 第一定律：行星軌道是橢圓，太陽位于橢圓的一個焦點上，也稱“軌道定律”

第二定律：在相等的時間內行星和太陽的聯線在橢圓鬼道內掃過的面積相等，又稱“面積定律”

第三定律：任何兩行星公轉周期的平方同軌道長半軸的立方成正比，又稱“周期定律” 基因工程的步驟。P159

1）從復雜的生物有機體基因組中，經過酶切消化或PCR擴增等步驟，分離出帶有目的基因的DNA片段

2）在體外，將帶有目的基因的外源DNA片段連接到能夠自我復制的并具有選擇記號的載體分子上，形成重組DNA分子

3）將重組DNA分子轉移到適當的受體細胞，并與之一起增殖

4）從大量的細胞繁殖群體中，篩選出獲得了重組DNA分子的受體細胞克隆

5）從這些篩選出來的受體細胞克隆，提取出已經得到擴增的目的基因，供進一步分析研究使用

6）將目的基因克隆到表達載體上，導入寄主細胞，使之在新的遺傳背景下實現功能表達，產生出人類所需要的物質

科技進步與產業變革的關系。P253

1）科技推動社會生產關系的變革

2）科技推動社會形態的變革

3）科技推動社會變革的機制 恒星的演化規律。P85

1）引力收縮階段——恒星的幼年期，以引力收縮為主要能源；

2）主序星階段——恒星的成年期，也是恒星的“黃金時代”，主要能源是“氫核聚變”；

3）紅巨星階段——恒星的中老年期，主要能源是氦核聚變所釋放的能量；

4）高密星階段——恒星的臨終前，各恒星的原有質量或爆發后殘存的質量大小不同，將有白矮星、中子星、黑洞三種不同的結局。大陸板塊學說的主要內容。P110 相對剛性的板塊塊體飄浮在上地幔的塑性軟流層上，因地幔對流、海底擴張的驅動，各自作大規模水平運動。板塊在大洋中脊處分離和增生，在海溝處俯沖和消減，如此周而復始，循環往復。板塊之間的相對運動有分離、會合和平移3中，起到相互拉張、擠壓和摩擦作用。板塊內部相對穩定，其周圍邊界是巖石圈較為活動的地帶，地震、火山和斷裂等活動比較活躍。板塊之間常以大洋中脊、大陸裂谷、島弧、海溝及轉換斷層等地殼構造活動帶為其邊界。生物技術在醫藥領域的應用。P163

1）使過去無法生產或無法經濟生產的藥物得以大量生產

2）研制出一些靈敏度高，性能專一，實用性強的診斷技術新設備

3）開辟了醫治疾病，特別是遺傳性疑難病癥的新途徑 新材料技術包括哪些內容。P165 1）新型金屬材料：非晶態金屬、合金材料、超導金屬材料、減振隱聲金屬 2）無機非金屬材料：陶瓷材料、玻璃材料、半導體材料 3）新型高分子材料：合成塑料、合成纖維、合成橡膠 4）新型復合材料：樹脂基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料、碳/碳基復合材料 5）光電子材料

6）生物醫學材料：生物活性陶瓷、生物化學水泥、生物復合材料、人工器官、控制釋放技術、仿生模擬 7）納米材料

遺傳密碼破譯的意義。P119

1）它等于宣布了各種蛋白質可以在試管中合成，所有的生物蛋白質都可以由無機物合成 2）從生物大分子水平上再度說明了物質的統一性 第一次工業革命發源于英國的原因。P51

1）英國資產階級上臺一百多年來，進行了農業資本主義改革

2）大規模的圈地運動，使封建莊園變成了資本主義牧場，失去土地的農民成為城市工業的“自由”勞動力

3）采取一系列保護私人財產，鼓勵工商業發展，獎勵技術發明，優待歐洲大陸的能工巧匠等政策

4）英國資產階級通過不斷擴建殖民地，擴大海外貿易，掠奪各地資源，販賣黑奴等，積累了巨額資金

新能源技術的主要內容。P174

1）太陽能利用新技術

太陽能熱利用技術、太陽能光-電轉換技術、太陽能光化學轉換技術

2）核能利用新技術

安全性的核電站、快中子增殖反應堆、低溫核供熱堆和高溫氣冷堆、受控熱核聚變反應

3）地熱能利用新技術

4）氫能利用新技術

5）風能利用新技術

6）海洋能的開發和利用

7）生物質能利用新技術

8）節能新技術 地球演化的天文時期和地質時期。P106 天文時期：1）第一階段——冷；

2）第二階段——熱；

3）第三階段——冷

地質時期：地層的形成、地殼的運動、海陸的變遷、氣候的冷暖交替，以及生命的孕育、出現和生物從簡單到復雜、從低級到高級的不斷進化 轉基因植物的應用領域。P163

1）獲得抗病毒、抗凍、抗旱、抗蟲害等植物的優良品種，并以廣泛種植，取得了巨大的經濟效益

2)培育出抗逆脫毒（即抗旱、抗寒、抗病、抗蟲、抗鹽堿以及抗除草劑等）作物優良品種

3)在速生樹木和綠地矮草方面，培育出抗病蟲的優良品種

4）生產藥物

近代科學技術興起的背景。P25

1）“十字軍東征”和東方科學技術的傳播

2）工場手工業和遠航探險

3）大學的興起

4）文藝復興運動和宗教改革

簡述科技進步對可持續發展戰略的促進作用。P266

1）科技進步將給人類發展提供巨量的能源

2）科技進步為人類發展提供新型先進材料和優質資源

3）科技進步將為人類發展提供優良的環境 論述

分析中國近代科學技術落后的原因。

1）當時中國正處在半殖民半封建時期，政治上有很多制約科技發展的因素，曾經也有官僚主張學習了近代科技，口號是求強求富，但其根本目的是為了維護已經搖搖欲墜的封建統治，最終都將是失敗的；

2）當清王朝統治被推翻后，中國又進入了軍閥混戰階段，各自爭奪地盤互相斗爭為主，忽略了科學技術的發展；

3）當各地易幟，國民黨表面統一中國后，科技正當蓬勃發展之際，但是抗日戰爭的爆發，國民政府內部的腐敗等等，又嚴重阻礙停滯科技的發展；

4）帝國主義對我國的科技封鎖和破壞，其根本意圖是不愿意看到一個崛起的中國和強大的中國。

結合所學知識談談科技進步與經濟發展的關系。P248

1）科學技術是第一生產力，是推動經濟發展的主導因素。進入20世紀特別是20世紀下半葉以來，科學技術的發展速度大大加快，它同經濟發展的關系越來越密切。尤其是高新技術對產業結構和勞動結構的更新調整會產生深刻的影響。

2）科學技術的發展是以經濟提供的物質作為基礎的。科研隊伍的建設、實驗技術的裝備、科學信息資料的建設、科學教育事業的發展都是以經濟為基礎的。如果沒有大量的投入，是做不出大的科研成果的。成功的科研要在自由的科學氣氛中進行，而這就取決于高質量的實驗技術裝備和高效率的圖書情報系統。沒有這些物質條件，再新的學術思想也不能付諸實現。

3）科學技術與經濟發展是相互依存，相互依賴不能割離的。一方面，隨著經濟的發展，在日常生產中，對勞動者的科學技術水平，對勞動資料的科技密集水平，對處理勞動關系時采用的經營管理的科學水平都提出了新要求，這就在一定程度上迫使科學技術更快的發展。另一方面，科技的發展提高了生產了，帶動了產業調整，改善了生產關系，促使經濟更好更快的發展。兩者互相協調，最終達到一個良性循環。

3.科技史上的認為最具有價值的重大發現或發明，并闡述其意義。（選一個）蒸汽機：推動了整個工業革命的發展

1）使人類有了動物類以外的機械動力，它是直接通過熱能轉變為動能，使很多機械擺脫了人力、畜力的朿縛，大大提高了生產效率。

2）帶動了冶金、煤礦和紡織業的發展。蒸汽機的出現及紡織業的機械化，提高了工業的用鐵量。由于英國擁有豐富的鐵礦和煤礦，需求量的增加刺激了冶鐵技術和煤礦業的改進，同時加快了工業化的步伐。

3）它對近代科學和生產的巨大貢獻，具有劃時代的意義，它導致了第一次工業技術革命的興起，極大的推進了社會生產力的發展。汽車：載著時代向前奔駛

1）改變了人類的整個交通狀況，擁有汽車工業成了每一個強大工業國家的標志。2）使人類的機動性有了極大的提高，使20世紀人類的視野更加開闊，更追求自由。3）拉近了人與人之間的聯系，提高了效率 4）刺激了內燃機等技術的發展

5）汽車的平民化縮小了階層之間的差異，有利于社會進步

第二篇：2013—2014 學年第 一 學期《現代科學與技術概論》課程復習材料

2013—2014 學年第 一 學期《現代科學與技術概論》課程復習材料

一、名詞解釋

1．科學9．人造地球衛星

2．技術10．生物技術

3．黑體11．光纖通信技術

4．黑箱方法12．數字通信技術

5．知識經濟13．厄爾尼諾現象

6．細胞工程14．可持續發展

7．納米材料15．溫室效應

8．超導材料

二、簡答題

1．簡述科學和技術之間的區別。

2．簡述科學的特征和屬性。

3.分別舉例說明中國古代科學的五大學科成就。

4．簡述古代阿拉伯國家對世界科學技術的貢獻。

5．簡述近代科學技術興起的背景

6．簡述第一次技術革命發源于英國的原因。

7．近代科學技術的特征有哪些？

8．簡述開普勒、伽利略和牛頓的主要貢獻。

9．簡述近代物理學理論的三次大綜合。

10．簡述三次技術革命的主要標志。

11．簡述人們對元素認識過程中經歷的五次變革。

12．簡述分子生物學產生的基礎。

13．簡述現代分子生物學的主要內容。

14．簡述生物技術在醫藥領域的應用。

15．簡述魏格納大陸漂移說四大證據。

16．簡述21世紀化學學科的發展趨勢。

17．現代化學的作用表現在哪些方面？

18.簡述信息技術的核心內容。

19．簡述現代系統科學方法有哪些。

20．簡述科技進步與產業變革的關系。

三、論述題

1．分析中國近代科學技術落后的原因。

2．試述十九世紀自然科學的三大發現的意義。

3.試述現代科學的特征及其對我國的啟示。

4.論述科學技術與人文文化之間的辨證關系。

5．聯系實際，論述科技進步與社會變革的關系。

6．聯系實際闡述科學技術對促進人類精神文明建設的重要作用。

第三篇：測控技術與儀器專業——專業概論

專業概論課程論文

其實，選擇測控技術與儀器這個專業時，我對它一無所知，我本來選擇的是建筑設計，可是在陰差陽錯之中我“被選擇”了這個專業。周圍的同學對此也是一知半解。想來，學院開設這個課程，著實是用心良苦，希望我們在學習專業課程之前，先對自己的專業有個概括的了解。

專業的具體現狀： 根據相關資料了解到，測控技術與儀器專業是一門研究信息的獲取和處理，以及對相關要素進行控制的理論與技術；是電子、光學、精密機械、計算機、信息與控制技術多學科互相滲透而形成的一門高新技術密集型綜合學科。

測控技術與儀器的操作過程是將自動化系統上的信號加以采集、整理、處理、而后進行顯示或者發出控制信號的過程。目前由計算機和工作站作為結點的網絡也就相當于現代儀器的網絡，因此計算機已成為現代測控系統的中堅。

以下幾點是測控技術與儀器專業的技術研究狀況(1)以自然基準溯源和傳遞，同時在不同量程實現國際比對。

(2)高精度。目前半導體工藝的典型線寬為0.25μm，并正向0.18μm過渡，如果定

位要求占線寬的1/3，那么就要求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于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。

(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。通訊接口過去常用GPIB，RS232，目前已逐步被高性能標準的USB、IEEE1394和VXI所代替。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。

未來趨勢

1．發展方向與學科前沿。

(1)配合數控設備的技術創新。數控設備的主要誤差來源可分為幾何誤差和熱誤差。

對于重復出現的系統誤差，可采用軟件修正；對于隨機誤差較大的情況，要采用 1

實時修正方法。對于熱誤差，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，我國需要自主開發高速多通道激光干涉儀。

(2)運行和制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傳感器具有非接觸、高靈敏度、高柔性、應用范圍廣的優點。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。

2．優先領域

(1)納米溯源技術和系統。

(2)介入安裝和制造的坐標跟蹤測量系統。應用范圍：航空航天行業對此已經提出

迫切要求，這是今后坐標測量機發展的關鍵技術。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，用于生物芯片精密機器人校準等。

(3)非接觸測頭以及各種掃描探針顯微鏡。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。

(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。我國需要

根據已有基礎，發展特長，有利于克服重復研究。

(5)新器件，新材料。新的突破點可能出現在新光源、新型高頻探測器。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，對于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。半導體激光器用于計量需要解決很多問

題，但如果解決了諸多問題以后，半導體激光系統比氣體激光系統更復雜，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。

我校測控專業的所處的現狀和發展機遇

測控技術與儀器專業在廣東只有我校和廣東工業大學兩所大學開設，兩校該專業的就業歷史均甚為輝煌。周圍各省開設本專業的高校也不多，就業環境良好，但是開設本專業的學校有增多的趨勢，就業壓力增大。

從我校來看，我校測控專業的師資力量雄厚，實驗器材設備齊全，研究成果頗豐，這是個好的環境。但是我校的學生在專業素質上相比起其他高校就有壓力了，這是個嚴峻的問題。

從整個廣東來看，社會對這個專業的需求甚大，但是要求高，要求學習能力極強。根據國家今年已經開始執行的“十二五”規劃，要求促進產業結構優化升級研究和提高我國產業競爭力研究、提高自主創新能力的措施研究與建設人力資源強國的對策研究。這是個好機遇，廣東省及全國大范圍調整產業結構，產業結構的調整必然對技術的要求提出新的要求，同時，政府在政策方面一定會對技術創新提供支持與幫助。

個人就業意向

根據我的家庭情況和學習現狀，想到外省與本專業相關的企業就業學習。

給學校的建議

學校要切實落實測控專業的培養目標，加強師資隊伍的建設，優化培養方案和課程體系，目前我校測控專業的課程安排有著明顯的缺陷與不合理性，加強測控專業的專業實踐環節和工程訓練，這方面我校還需要改善。

結束語

總之，既然選擇了這個專業就要堅持走下去，除了堅持努力，別無選擇。這門課程的性質決定了它給予我們的知識是蜻蜓點水。我們要以無限的好奇去探索這門課程背后更深奧的知識，這不僅僅是一門課程，是一項可以改變人類的技術。熱切期盼廣東石油化工學院的測控專業能給我們帶來美好未來。

【參考文獻】

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43.Mr.Louis Frenzel，《Synthetic Instrumentation No Longer A Test Case 》

4、郭亞春，《淺談測控儀器與技術專業建設》，20105、韓九強，《現代測控技術與系統》，20066、徐宏飛，《測控專業概論》，20097、耿桂宏，《測控技術與儀器專業導論》，20068、劉君，《計算機測控技術》，20099、王先培，10、侯媛彬，2010 《測控技術與儀器專業導論》，2010 4《測控技術與儀器概論》

第四篇：測控技術與儀器專業概論

測控技術與儀器專業

摘要：簡述儀器儀表與高新技術、網絡信息技術的關系；簡述MEMS技術與微型力學傳感器；展望智能傳感器與網絡智能哈的應用；闡述計量科學與本專業的聯系

關鍵詞：儀器，高新技術，網絡信息技術；MEMS技術，微型力學傳感器；智能傳感器，網絡智能化；計量科學，量子單位制。

1.儀器與高新技術、網絡信息技術的聯系

儀器是認識物質世界的工具，它的主要作用在于測量和控制兩方面。測量是為了確定量值，而控制是指在精準測量的基礎上跟蹤對象，傳送信息，反饋狀態并由此控制對象的動作。

著名科學家錢學森曾指出，“發展高新技術信息技術是關鍵，信息技術包括測量技術、計算機技術和通信技術。而測量技術是關鍵和基礎。”科學是從測量開始的，而測控技術與儀器專業所代表的儀器科學與技術學科，在經濟和科技發展中的作用是不可估量的。儀器儀表是工業生產的“倍增器”，科學研究的“先行官”，軍事作戰的“戰斗力”，社會生活的“物化官”，這些無一不體現儀器儀表的在各個領域中的地位。

儀器科學與技術學科最顯著的技術特征就是“精確”。所謂精確，即信息屬性完整、量值準確。儀器技術主要研究信息轉換、處理、控制、傳輸、儲存、顯示與應用等技術，并達到最終獲取信息的目的。所以儀器科學是多學科理論為基礎，多學科交叉的一門邊緣科學。

所以，儀器科學對各種高新技術都相當敏感，并且集各種高新技術于一身的應用型技術。早期儀器多為機械機構，而后又逐漸引入光學技術，形成光、機一體結構。隨著電子技術的發展，電子技術也逐漸成為儀器科學中的重要部分，于是儀器設計中又不斷引進先進的光學、激光技術，使得儀器向光、機、電結合的方向發展。隨著計算機技術的發展，儀器儀表更加智能化，同時尖端現代儀器還結合了生物技術、材料科學等。儀器也不再是單純的采集數據的工具，它同時兼備信號傳輸、信號處理以及控制。隨著計算機網絡技術、軟件技術、納米技術的發展，測量控制與儀器技術有虛擬化、遠程化和微型化的發展趨勢。各種高新技術為儀器技術提供了新原理、新材料、新工藝，使儀器技術學科交叉性與邊緣學科屬性的特點越來愈鮮明。

為什么把儀器科學與技術定位成信息技術，而且是信息技術中的源頭技術呢？信息獲取是靠一起來實現的。一條完整的信息鏈的構成是“信息獲取——信息處理——信息傳輸”，如果不能獲取準確的信息，那么信息的各種處理如存儲、傳輸等都失去了意義。因此，信息的準確獲取是信息技術的基礎。而儀器正起到了不可或缺的信息源的作用。

儀器儀表發展的核心在于提高測量控制的技術指標和功能。具體而言，包括：（1）技術指標不斷提高（檢測范圍，測量精度，測量速度，環境適應度等）；（2）測量單元的微型化、智能化；（3）測控范圍的立體化、全球化，測量控制的系統化、網絡化；（4）便攜式、手持式以及適應各種不同的特殊需要的儀表的大量發展。

在以信息技術和網絡思想來指導儀器儀表的設計與應用的情況下，傳統儀器的結構在不斷演

變并產生了新的突破。現在，儀器儀表本身的硬件和軟件的界限已經模糊化了，儀器儀表設計的主要基礎是它的軟件，而不是傳統儀器儀表的硬件，這就是所謂的“虛擬儀表”。可以說，這是一起領域內的一次革命！實際上，它是一種基于計算機的數字化測量測試的儀器，利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。而其最大的特點，就是用戶能根據自己的應用需求，設計自己的儀器系統。另外，虛擬儀器能夠與網絡技術結合，將虛擬儀器實時測量的數據上傳。

當然，虛擬儀器本身不完全脫離硬件。如采集的本身是以硬件作為基礎。虛擬儀器只是更為強調于計算機的融合度。而且相比傳統儀器，虛擬儀器在測量速度、測量精度上也有一定差距。

2.MEMS技術

那么，是什么直接決定了獲取信息的質量，關系到整個測試系統精度？答案是傳感器。傳感器作為現代測試系統中的首要環節而占有重要地位；而在基礎科學研究中，傳感器具有突出地位，許多重大的科學發現往往都源于一種新的傳感測試手段的發明。在某些極端技術領域，如超高溫、超低溫、超強磁場、超弱磁場等，要獲取大量的感官無法獲取的信息，沒有相應的傳感器是不可能的。軍事領域中，傳感器是決定武器的性能和實戰能力的重要因素，如洲際導彈慣性制導用的加速計傳感器，其精度可達萬分之一，保證了高精度命中能力。

MEMS技術即微電子機械，又稱微機電系統。它是在微電子技術的基礎上發展起來的，但又區別于微電子技術。在21世紀，MEMS技術將對人類社會產生革命性的影響，是關系國民經濟建設和國家安全保障的戰略高科技。MEMS時美國建立在半導體技術基礎上的稱謂，而更強調系統概念的歐洲稱之為為系統，在精密機械加工方面有傳統優勢的日本則稱之為微機械。

MEMS是一種典型的多學科交叉的前沿性的高科技研究領域，它設計自然科學和工程技術的方方面面，如電子工程、機械工程、生物工程、物理科學、化學科學和材料科學等，可廣泛地應用于航空、航天、軍事、光通信、無線通信和生物醫學等人類生產生活的諸多方面，被認為是面向21世紀的新興技術乃至主導技術之一。

MEMS測試技術主要包括幾何量、機械量、材料特性、力學特性、熱學特性、電學特性、光學特性及聲學特性等參數的測試。以上參數的測試又可分別歸屬到兩大類，即通用特性測試技術和專用特性測試技術。MEMS通用特性測試技術主要指與微結構相關的測試，主要包括幾何量（如幾何尺寸及三維形貌）、機械量（如運動位移、運動速度和諧振頻率）、材料特性（如硬度）及力學特性、溫度場分布等方面的測試。MEMS專用特性測試技術根據MEMS力學傳感器、光MEMS、射頻MEMS等不同功能MEMS器件的要求，重點是力學特性、電學特性、光學特性及聲學特性等綜合參數的測試。

在前沿傳感技術中，微電子機械系統對精密測試技術提出了新的要求，MEMS測試技術已經成為MEMS設計、仿真、制造以及質量控制和評價的關鍵環節之一。MEMS具有結構尺寸小和集成度高等特點，研制精度高、簡單便捷和成本低的精密測試手段已經成為MEMS發展的迫切需要。

面向微結構的MEMS通用特性測試技術按照實現方式可分為接觸式和非接觸式，按照測試原理又可分為光學測試非光學測試。由于MEMS具有結構尺寸小、集成度高和運動頻率高等特點，而非光學測試方法一般都要求在被測結構上附加相應的傳感元件，這會影響微結構的完整性和機械特性，將導致不可預計的測量誤差。而光學測試技術具有非接觸、快速、高靈敏度、高精度和抗干擾能力強的有點，可實現大視場的測量，能夠很好地滿足MEMS測試的要求，因此光學測試技術在MEMS測試中處于主導地位。

對MEMS的機械運動參數（如位移、速度、振幅和頻率等）進行精確的測試已經成為MEMS發展的迫切需求。目前采用的微機械量測試方法主要有電測法和光測法等。為機械的特征尺寸一般為毫米級乃至亞微米量級，遠小于宏觀機械，故微機械的動態特性很容易被測試過程所干擾。由于光學測試方法屬于非接觸測量，同時又具有分辨率好和精度高等特點，目前已經成為微機械量測試領域的研究熱點。

3.簡單介紹MEMS技術最早取得成功的領域——微型力學傳感器

微型力學傳感器是MEMS技術最早取得成功的領域。硅有良好的力學性能和力學傳感特性，而且便于加工，是目前微型力學傳感器的主要構成材料。微型力學傳感器根據被測量，又可細分為壓力傳感器、應力傳感器、力矩傳感器、流量傳感器和慣性（角速度和加速度）傳感器等幾類。以下簡單介紹下微型壓力傳感器以及微型慣性傳感器。

壓阻式壓力傳感器。目前大多數商品化的壓力傳感器均有采用。

電容式壓力傳感器。它是根據電容器兩塊電極板之間距離的變化導致的電容值的變化來測量壓力變化。

諧振式壓力傳感器。它是通過檢測微機械諧振梁諧振頻率的變化來實現壓力的測量。

而至于未來的發展趨勢，微型壓力傳感器在生物醫療中的應用是當前該領域的熱點，其主要用于人體血管及腦內壓力的監控，脈血壓以及尿道、膀胱、子宮等內壓力的測量，心室壓力波形的檢查研究和腸胃壓力的短期監控等等[3]。

微型慣性傳感器，包括微加速度計和微陀螺，是利用物體的慣性性質來測量物體運動情況的一類傳感器。這類傳感器在進行輪船、飛機、航天器和武器的導航、制導、姿態控制和慣性測量上應用性很強。與衛星導航不同，慣性傳感器導航不受外界條件的影響，完全通過記錄自身運動情況來完成定位，而衛星導航又常常受到地理環境或人為因素的破壞、干擾導致不能正常運行。只要確定初始的位置、速度、姿態，理論上就可以記錄當前的運動狀態以及位置。但實際上，能夠滿足慣性級性能要求的微機械慣性傳感器還很不成熟。除了在器件的結構、材料等方面繼續努力以外，對于測試電路和封裝技術等主要制約因素的深入研究也很有必要。

4.智能傳感器與網絡智能化

把敏感技術和信息處理技術結合起來，就是所謂智能傳感器。智能傳感器的概念最初是NASA在開發宇宙飛船的過程中形成的。宇宙飛船在太空飛行時，要安裝大量的傳感器進行科學實驗，而處理如此多的有傳感器所獲取的信息，需要一臺大型的計算機，二者在飛船上

是無法做到的，于是提出了分散處理的設想，從而產生出智能傳感器。微處理器的出現使得智能傳感器的設想得以實現。一般來說，智能傳感器具有如下幾個特點：1.能夠進行自動補償 2.具有自檢、自診斷和自校準功能 3.具有復合敏感功能 4.具有判斷、決策能力 5.具有數據存儲、記憶與信息處理功能 6.具有雙向通信和標準化數字輸出的功能。如此，不僅有多項功能來保證高精度，而且傳感器不再只是個數據源，更扮演了整個信息鏈中其他環節的部分角色，優化了效率。

智能傳感器是傳感器今后一個重要的發展方向。隨著硅微細加工技術的發展，新一代智能傳感器功能將會更加豐富，體積更加微型化；它將利用人工神經網絡、人工智能、信息處理技術等，使傳感器具有更高級的智能化水平。

早在上世紀80年代，人們就開始探索將神經網絡應用到智能傳感器上。人工神經網絡使智能傳感器具有更多的潛能，對于傳感器應用而言，提高其測量精度，特別是在不清楚傳感器的數學模型或其傳遞函數的情況下，就更具有重要意義。目前，神經網絡主要用于智能傳感器的多傳感器融合、數據處理、目標識別和故障診斷等方面。

網絡化智能傳感器是目前國內外競相研究的傳感器前沿技術之一。網絡化智能傳感器融合了通信技術和計算機技術，其實質是在智能傳感器的基礎上實現網絡化和信息化，是傳感器具備自檢、自校、自診斷和網絡通信功能，從而實現信息的采集、傳輸和處理。網絡化智能傳感器是以嵌入式微處理器為核心，集成了傳感單元、信號處理單元和網絡接口單元的新一代傳感器。

應用網絡接口技術是傳感器能方便地接入網絡，為系統的擴充和維護提供了極大的方便。網絡化智能傳感器時傳感器由單一功能、單一檢測向多功能和多點檢測發展，從孤立元件向系統化、網絡化發展，從就地測量向遠距離實時在線檢測發展成為了可能。

而網絡化智能傳感器的關鍵技術是網絡接口。網絡化智能傳感器必須符合某種網絡協議，是測控數據能直接入網。隨著電子和信息技術的高速發展，通過軟件或硬件方式將通信協議嵌入到智能化傳感器已經成為可能。

5.計量科學與本專業的聯系

計量科學與制造自動化與測控技術專業緊密相關，更是自然科學的基礎和前沿。計量是保證儀器儀表質量，研究測試方法和規范國民經濟和社會發展各領域量的度量，是直接體現測量控制與儀器儀表作用的科學。

毫無例外，每一項科技發明、每一項技術創新從論證、實驗、鑒定乃至推廣，驗證其科學與成功的每一環節都必然需要計量測試數據，是自然科學的發展中不可缺少的手段。例如，美籍華人吳健雄博士就是通過精密測量，用實驗方法在美國國家標準技術研究院的實驗室里驗證了世界著名物理學家諾貝爾獎獲得者李政道和楊振寧所提出的弱相互作用下的宇稱不守恒理論。

而在現代化生產過程中，產品質量是企業的一大根本。沒有精確的計量儀器和測量方法，就難以保證產品的質量和效益。原材料、元器件進場的監測和分析，生產加工的質量監控，到成品的檢驗，以及物料和能源的消耗情況都需要計量提供準確的數據。所以質量的管理與

效益的提高，必須建立在計量科學技術的基礎上。

我們可以從幾個側面大致了解當今計量測試技術的發展情況。

激光銫原子噴泉鐘350萬年不差一秒。銫原子時間頻率基準復現的原子秒，其準確度比其他計量單位提高了10^6倍。這樣的準確度并非沒有意義。相反，比如像導彈上面安裝了精密傳感裝置，以接受裝有GPS的衛星發來的信號，但要使導彈命中率高，關鍵有精確的計時裝置。億分之一秒的誤差就可能導致導彈3米的誤差！

又如中國計量科學研究院在03年建成了量子化霍爾電阻標準裝置，并使我國的量子化霍爾電阻標準準確度比國外最好的同類裝置高出近10倍，誤差僅為百億分之一。這一重大成果，不僅突破了國外技術封鎖，還為課題提供了核心器件，并具有我國自主知識產權。

當代計量學正處于經典物理學與量子物理學的交界處。21世紀的計量學是利用原子與原子間的物理特性及其新型量子效應和基本物理常數，建立的新型量子單位制。

例如，利用量子躍遷現象來復現計量單位，就可以從原理上消除各種宏觀參數不穩定產生的影響，所復現的計量單位不再會發生緩慢飄移，計量基準的穩定性和準確度可以達到空前的高度。更重要的是，量子躍遷現象可以在任何時間、任何地點用原理相同的裝置重復產生，不像實物基準是特定的物體，一旦由于事故而損毀，就不可能再準確復制。如第一個使用量子計量基準的長度單位，其原理是利用86Kr原子在兩個特定能級之間發生量子躍遷時所發射的光波波長作為長度基準，準確度達到10^（-9）量級。又如秒的新定義為“銫-133原子基態的兩個超精細能級之間月前所對應的輻射的9192631770個周期的持續時間”

小結：制造自動化與測控技術是一門應用性較強的學科。它與時俱進，同許多最新高新技術都有密切聯系；并且其學科交叉性很強。測量是自然科學的基礎，所以要想適應科技發展的需要，有所突破，必須對多個領域均有所涉獵。并且，一定要樹立“儀器科學技術是信息技術”的觀念，因為只有這樣的儀器儀表科學技術才是高度發展、順應時代的。

第五篇：抗疲勞制造原理與技術概論

抗疲勞制造原理與技術概論

一、抗疲勞制造定義

1964年國際標準化組織（ISO）在《金屬疲勞試驗的一般原理》中給疲勞下了一個描述性定義:金屬材料在應力或應變的反復作用下所發生的性能變化叫疲勞。所謂的抗疲勞制造技術是指在不改變零件材料和截面尺寸的前提下，通過在制造工藝過程中改變材料的組織及應力分布狀態來提高零部件疲勞壽命的制造技術。這種技術的一個突出的特點是不改變零件的結構和材料，不增加材料重量，但能大幅度提高材料的疲勞壽命。

二、抗疲勞制造設計與制造的重要性

在現代工業各個領域中，大約有50-90%以上的結構強度破壞都是由于疲勞破壞造成的，如軸、曲軸、連桿、齒輪、彈簧、螺栓、壓力容器、海洋平臺、汽輪機葉片和焊接結構等，很多機械零部件的結構件的主要破壞方式都是疲勞，而且遍布在工業、交通、軍事等要害部門，給航空、造船、交通運輸、動力機械、化工機械、工程機械等工業造成嚴重威脅[1-2]。因此，認識疲勞，了解疲勞破壞的機理，探求抗疲勞制造的方法并去指導現代工業技術的發展，已經成為現代工業生產中的重要課題。

三、抗疲勞制造技術的原理

疲勞是一個非常復雜的過程，疲勞壽命受許多因素的影響，其中包括零件表面殘余應力、表面顯微組織、缺口效應、尺寸效應、表面效應、材料靜強度以及腐蝕環境等多種因素。一些對材料或構件的靜態特性影響很小的因素，如構件和結構的表面狀態、缺口形式等，在疲勞現象中卻起到非常顯著的作用。

因此，提高金屬材料抗疲勞性能應主要從以下四方面來進行:(l)合理選材，注意零件的細節設計，提高加工精度和降低表面粗糙度，盡量減少形成應力集中的各種因素。

(2)在金屬材料表層，特別是局部應力集中的薄弱部位引人高的殘余壓應力。(3)細化材料的表層顯微組織，細化亞晶粒，減少材料內部的非金屬夾雜物，提高冶煉精度。

(4)在保證芯部具有足夠強度的前提下，提高材料表層的硬度和強度，抑制在循環應力作用下表層產生局部塑性形變。

四、疲勞設計方法

1、無限壽命設計法。無限壽命設計法是謝聯先生在40年代提出的，是最早

使用的抗疲勞設計方法。使用無限壽命設計法時，常先用靜強度設計確定零件尺寸，再用這種方法進行疲勞強度校核。

2、名義應力有限壽命設計法。有限壽命設計法要求構件或結構在一定的使用期限內不能產生任何疲勞缺陷，又稱安全壽命設計法。

3、局部應力應變分析法。在實際使用過程中，決定零件疲勞強度和壽命的是應變集中處的最大局部應力和應變。也就是說，決定疲勞強度和壽命的是應變集中處的最大局部應變。

4、損傷容限設計法。損傷容限設計法是以無損檢測技術和斷裂韌性與疲勞裂紋擴展速率的測定技術為手段，以有初始缺陷或裂紋零件的剩余壽命估算為中心，以斷裂控制為保證，確保零件在使用期內能夠安全使用的一種疲勞設計方法。

5、疲勞可靠性設計。這種設計方法是概率統計法和疲勞設計法相結合的產物，它考慮了載荷、材料疲勞性能和其它疲勞設計數據的分散性，可以把破壞概率限制在一定的范圍內。

五、抗疲勞制造技術分類

在目前的生產實踐中，有關抗疲勞制造的方法多種多樣，從物理、化學、機械和高能束處理四個方面對其進行分析，如圖l所示。

2.1物理方法

物理方法通過提高材料表層的硬度和強度來提高材料抗疲勞性能的。其特點是不改變表層化學成分，通過表層相變來提高零件的疲勞強度。常用的工藝有火焰淬火、高頻和中頻感應加熱淬火以及近年來發展的超聲波、雙頻感應加熱淬火等。表面淬火淬硬層中的馬氏體組織很細，硬度和強度比一般的整體淬火高，因而具有較好的抗粘著磨損與疲勞磨損的能力。馬氏體的比容大，使淬硬層中存在較大的殘余壓應力。這種具有殘余壓應力的高硬度表面層能使工件的疲勞強度明顯地提高[4]。

2化學方法

化學方法是利用化學熱處理技術通過改變表面化學成分，并形成單相或多相的擴散層，大大提高材料表層的硬度，同時還可以建立很高的殘余壓應力，從而提高了材料的疲勞性能。主要包括滲碳、滲氮、碳氮共滲、磷化和陽極氧化等工藝，近年來離子滲碳、真空擴滲、滲硼和多元共滲等新方法也得到了較大的發展，并且在微動摩擦學領域中進行了較多應用[5]。國外有人研究了滲氮層的微動性能，發現其表面損傷程度隨表面機械強度的提高而降低，特別是殘余壓應力和較

高的屈服強度降低了表面承受的有效載荷，使裂紋形核時間延長，擴展速率降低，因而磨損減小，微動疲勞性能大大提高。

3、機械方法

機械方法的突出特點是利用冷變形技術，使金屬材料表面產生形變硬化層，并引入高的殘余壓應力，因而減少了疲勞應力作用下裂紋的形核并抑制裂紋的早期擴展，從而顯著提高機械零件的抗疲勞斷裂和抗應力腐蝕開裂的能力。主要工藝方法包括滾壓、擠壓、噴丸、干涉配合和拋光處理等，是抗疲勞制造的一種主要方法。其中噴丸強化工藝不僅可以在極為寬廣的幅度上改變金屬材料的疲勞強度和抗應力腐蝕性能，而且其適應性也極為廣泛，在航空工業中，孔冷擠壓強化工藝包括芯棒擠壓和開縫襯套擠壓技術，已廣泛地應用于航空工業發達國家的軍機和民機，而包括冷擠壓在內的干涉孔配合工藝更是大大促進了這種工藝的成功應用，其抗疲勞效果更為顯著[6]。

2.4高能束處理

高能束處理的作用在物理、化學、機械等方面都能得到體現。單獨將其作為一類是因為高能束能量密度極高的特性，使得經高能束處理方法得到材料抗疲勞性能比傳統方法有顯著地提高，其發展應用前景極為廣闊。高能束處理技術是在材料局部表面施以極高密度的能量，并使之發生物理、化學變化，達到顯著抗疲勞增壽的目的。目前正在研究和應用于抗疲勞制造的有激光沖擊、激光相變硬化、激光熔凝、激光合金化以及離子注人等，這些是極有發展前途的抗疲勞制造方法。激光相變硬化工藝不改變物質的狀態，強化后材料表面仍很光滑，變形一也很小，同時處理后的表層內應力為壓應力，對材料的疲勞性能有很大的提高，有較大的技術經濟效果。實驗人員對AlsII045鋼旋轉彎曲光滑試樣進行的激光相變硬化抗疲勞試驗表明:用475w激光束以2.07mm/s速度掃描可獲得100um厚的硬化層，疲勞壽命提高約30%，在5I2MPa應力水平下，疲勞壽命提高15倍。激光沖擊能有效提高地強化碳鋼、合金鋼、不銹鋼、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、鋁合金、以及鎳基高溫合金，在提高金屬材料疲勞壽命方面，激光沖擊已能取代噴丸處理。離子注人通過在材料中引人固溶強化、析出強化和壓應力來提高材料的抗疲勞壽命。在精密零件的杭疲勞措施中，離子注入有著重要的作用了、因為離子汀一人一般在較低的溫度下在真空中進行，離子認幾人后測不出零件尺、日勺變化能保持原有的尺寸精度和表l(lJ粗糙度，工然離J氣洲人尺寸較小.通常離子注人層厚度不大于1ulll，使得離r注人技術的應川受到一定限制。但是在一些實驗中.當

注人層磨很深度達到”幾人深度、O不時，由于接觸而溫升使氮沿位錯和品界打散，們一人層中仍然有10-es20%的注入元素存在11川，表明在這個深度l_，離]’i1幾入技術仍然可以產生作用。因此在抗微動疲勞制造技術中，離J氣注人技術有一定的應用前景在實際應用中，可以將luJ種以l一的抗疲勞制造方法翅介使川的，這能充分發揮各自的優勢和特點，比如帶襯公擠壞和}幾涉配合相結合等，往往能取得比使用單一方法更好的杭疲勞效果.3抗疲勞制造技術發展趨勢

抗疲勞制造技術的研究越來越受到人們的亞視，并已經取得了明顯的進展。但是隨著現代科學技術的飛速發展，現代!-業設備要求在高溫、高速、高壓等復雜條件I汀吏用的J勇合越米越多，承受的交變應力越來越高，疲勞破壞問題日益突出在這種情況下，我們必須結合實際擊要進行深人系統的抗疲勞制造技術研究。

(l)開展斷裂力學、彈塑性斷裂力學以及損傷容限設門的應用研究。(2)加強對疲勞損傷機理的研究，利用現代分析于段，深人研究疲勞損傷的機理、根據機械零部件的材質一五作環境、._作狀態等狀況，有針對性地采用抗疲勞制造技術，提高經濟效益，(3)開展復雜工作條件卜的疲勞壽命研究，如腐蝕疲勞、接觸疲勞、微動疲勞、隨機疲勞、高低溫疲勞、熱疲勞、絲合應)J疲勞在變幅載荷、微動、真空、腐蝕環境、，島低溫及多軸應]]狀態等特殊工況下的疲勞問題，金屬在核輻射毋響卜的，;百溫疲毛玲以及材料的疲勞強度的研究、熱電站設備和燃’、輪機葉片的疲勞加蠕變的復合問題的研究。這些問題的研究對航空航大、核(_業部門等國民經濟重要產業的發展共有垂大意義

(4)開展疲勞損傷的計算機模擬與計算，(5)開展對高分子材料、復合材料、先進陶瓷的微動損傷規律的研究。[美]福克斯.工程中的金屬疲勞.北京:中國農業機械出版社,1983.2 [英]N.E.弗羅斯特.金屬疲勞.北京:冶金工業出版社,1984.3 王珉.抗疲勞制造原理與技術.南京:江蘇科學技術出版襯，1999.4 材料耐磨抗蝕及其表而技術叢書編委會主編.材料耐磨抗蝕及其表面技術概論.北京:機械工業出版社.1986.5 徐桂珍，劉家浚，周宗榮.表面改性技術在微動摩擦學領域中的應用.摩擦學學報，1998，18(2):285-190.6 謝方琳.孔冷擠壓強化在飛機裝配中的應用.航空工藝技術.1992.l:33-36