测控0902 40953038 何沛华 测控技术与仪器专业发展前沿报告

测控0902 40953038 何沛华

通过上这门测控技术与仪器专业前沿选修课，对马上要考研的我有所帮助。对本专业有了较之前更深入的认识，包括本专业的基本研究领域，考研方向，专业发展方向等。

本专业的考研方向主要有一起和控制两方面。本专业研究领域很广，包括计算机应用、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，还包括计量、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。测控包括几个很重要的过程：信号采集、信号整理、信号处理、数据显示控制。信号采集主要是通过各种（温度、流量、压力、湿度、气味等）传感器采集对象发出的各种信号；信号整理主要是对采集到的电信号进行平整、滤波、模数转换等，转换成便于处理的数字信号；信号处理主要是对数字信号进行处理以便显示，或者发出控制信号；数据显示控制环节中显示主要是指将数字信号通过便于我们观察的形式显示出来以便我们进行判断，而控制主要是指将控制信号传送给并作用于对象的过程。上面的四个环节就构成了整个测控的过程。

本专业（参考网上的资料）发展方向与学科前沿有：

(1) 配合数控设备的技术创新(如主轴速度，精度创成)

数控设备的主要误差来源可分为几何误差和热误差。对

于重复出现的系统误差，可采用软件修正；对于随机误

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差较大的情况，要采用实时修正方法。对于热误差，一

般要通过温度测量进行修正。中国机床行业市场萎缩同

时又大量进口国外设备的原因之一就是因为这方面的技

术没有得到推广应用。

(2) 运行和制造过程的监控和在线检测技术 ；

为了在开放环境下求得生存空间，没有自主创新技术是没有出路的。因此应该根据有专利权、有技术含量、有

市场等原则选择一些项目予以支持。根据当前发展现状，

信息、生命医学、环保、农业等领域需要的产品应给予

优先支持。如医学中介入治疗的精密仪器设备、电子工

业中的超分辨光刻和清洁方法和机理研究等。

(3) 配合信息产业和生产科学的技术创新

为了在开放环境下求得生存空间，没有自主创新技术是

没有出路的。因此应该根据有专利权、有技术含量、有

市场等原则选择一些项目予以支持。根据当前发展现状，

信息、生命医学、环保、农业等领域需要的产品应给予

优先支持。如医学中介入治疗的精密仪器设备、电子工

业中的超分辨光刻和清洁方法和机理研究等。

这次专业选修课由几个老师共同介绍，我比较感兴趣的是迟键男老师讲的计算机视觉技术，也有意向读研时研究计算机视觉。同时，我还在做一个基于图像处理的车流量监测科技创新项目，有较大的联

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系。基于图像处理的车流量监测系统是一个计算机视觉在现实中的典型应用。

计算机视觉学是自二十世纪六十年代中期迅速发展起来的一门新学科。计算机视觉是使用计算机及相关设备对生物视觉的一种模拟。计算机视觉的主要任务就是通过对采集的图片或视频进行处理以获得相应场景的三维信息，就像人类和许多其他类生物每天所做的那样。对人类视觉感知能力的计算机模拟导致了计算机视觉的产生。计算机视觉也经常被称为图像理解,是指研究完成一项任务所需的视觉信息及如何从图像中获取这些信息的研究领域。由于算机视觉学在工农业生产、地质学、天文学、气象学、医学及军事并学等领域有着极大的潜在应用价值,所以它在国际上越来越受人重视。

计算机视觉技术分为两种：一种是背景为静态的计算机视觉（我在做的基于图像处理的车流量监测科技创新项目就属于这一种，相对背景为动态的来说算法设计来的比较简单）；另一种是背景为动态的计算机视觉技术。其基本目的有三个：

(1)根据一幅或多幅二维投影图像计算出观察点到目标物体的距离;

(2)根据一幅或多幅二维投影图像计算出观察点到目标物体的运动参数;

(3)根据一幅或多幅二维投影图像计算出观察点到目标物体的表面物理特性。

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要达到的最终目的是实现对于三维景物世界的理解,即实现人的视觉系统的某些功能。也就是利用二维投影图像来重构三维物体的可视部分。

我认为计算机视觉能达到上述的三个目的，就会有很大的应用领域，主要包括对照片、视频资料如航空照片、卫星照片、视频片段等的解释、精确制导、移动机器人视觉导航、医学辅助诊断、工业机器人的手眼系统、地图绘制、物体三维形状分析与识别及智能人机接口等。我认为在捣蛋精确制导、移动机器人视觉导航者两方面计算机视觉技术显得尤为重要。

同时，计算机视觉在研究经历了近40年的过程中虽然提出、解决了一些问题,但是由于视觉问题的特殊性和复杂性,仍面临许多问题。主要由于这一方向是多学科的交叉与结合,同时视觉是一个涉及生理、心理的复杂过程,不仅与眼睛有关,还和大脑的推理、学习有关。视觉过程很难用类似于问题求解的方法符号化，因此设计算法的难度也大大增加了。但由于计算机视觉的应用重要性和广泛性，我们仍然需要克服很多问题继续将其发展。

总而言之，这门选修课对我有很大的帮助，尤其是对计算机视觉技术的了解。

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第二篇：测控技术与仪器专业调研报告

测控技术与仪器专业调研报告

声明：本文为本人大学学期的作业，仅供参考！

报告正文

前言

人类在研究未知世界中是离不开测控技术的。测控技术不仅为工业自动化提供正确的信息，而且是科学研究中寻找规律的重要手段。现代测控技术的发展将主要表现在传感器水平的提高、测控方法的推进，比如以计算机为中心的测控系统的发展等方面。

测控技术就是一门研究如何测量周边物理量和如何控制周边物理量的技术。一般是指对工业生产过程及其机电设备进行测量与控制的自动化技术，是计算机技术与自动控制技术结合的产物。测控技术主要研究如何将检测与传感技术、计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程并设计出所需要的计算机测控系统。测就是测量和感知，也就是要获得目标对象的信息，控就是控制，是根据目标对象的现象判断目标对象是否符合预期控制目标，并采取相应措施。测和控只是某一时间段就可以完成的行为，而根据测量结果判断目标状态是否符合要求则需要控制算法的判断参与，这一作出决定的过程可以由人工或控制系统来完成，测、控、以及控制算法就构成一个测控系统。

对于测量来说，它包括了传感技术和电子电路、物理量的显示技术和数据存储技术。对于控制来说，它包含了控制理论、电子电路、执行机构的拖动技术等。

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。

随着科技的发展，计算机技术的应用，测控技术的发展趋势越来越向智能化仪表转变。本次专业调研我主要从测控技术背景意义、测控系统的结构与分类、应用状况和发展趋势展开。

一测控技术背景意义

测控技术是一门新型的技术科学，也是一门边缘科学。早在一千多年以前，我国就先后发明了铜壶滴漏计时器、指南针以及天文仪器等多种自动测控装置，这些发明促进了当时社会经济的发展。从 1788 年瓦特（J.Watt）发明蒸汽机飞球调速器算起，测控工程已有了二百多年的历史。然而，测控工程作为一门学科，它的形成并迅速发展只有五六十年的历史。

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测控技术与仪器专业调研报告

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测控技术可分为测试与控制两大部分，两部分相辅相成，密切相连。测试是控制的前提，而控制反过来又往往为测试提供原理或方法保障。即使是单纯的测试系统，甚至单个的测试环节也与控制理论密切相连，如反馈式加速度传感器、伺服指示仪表等均需在控制理论的指导下进行分析设计。

1 测量技术的重要性

在高质量产品的制造和高效率生产环境的构建中，测量技术起到了很大的作用，其重要性与日俱增。测试是具有试验性质的测量，是测量和试验的综合，测试的目的是确定被测对象或系统属性的量值。测试技术又由传感器技术、检测技术和数据处理技术共同构成。其中传感器类似于人的感觉器官，它将被测对象的输出以及内部的状态等属性量，如力、位移、温度等，转换为易于量测的信号，传递给检测环节；检测环节对来自传感器的信号进行进一步的处理，将信号量化为一定的数值；而数据处理则对量化后的信号进行进一步的运算、分析，将其转变为直观的结果显示给操作者或用于控制系统的运行行为。

2 控制技术的发展

第二次世界大战前，控制系统的设计因缺乏系统的理论指导而多采用试凑法。二次大战期间，由于建造飞机自动驾驶仪、雷达系统、火炮瞄准系统等军事装备的需要，推动了控制理论的飞跃发展。19xx年N.Wiener发表了著名的《控制论》，从而基本上形成了经典控制理论，使控制工程有了扎实的理论支撑。经典控制理论以传函为基础，主要研究单输入—单输出系统的分析和控制问题。

除了威纳之外，在经典控制理论的形成和发展过程中作出重大贡献的还有： 1868年,J.C.Maxwell发表了《调速器》一文，首先提出了“反馈控制”的概念； 1875年,E.J.Routh和 1895年,A.Hurwifz先后独立地提出了判别系统稳定性的代数判据；1932 年,H.Nyquist提出了著名的尼奎斯特稳定性判据；此后，H.W.Bode总结了负反馈放大器；19xx年,W.R.Evans提出了根轨迹法，进一步充实了经典控制理论。

二次世界大战后，控制理论扩展到民用，在化工、炼油、冶金等工业部门得到了进一步的应用，控制理论也日渐成熟。19xx年，我国科学家钱学森发表了《工程控制论》，为控制工程这门技术科学奠定了理论基础。

20世纪50年代末和60年代，由于导弹制导、数控技术、空间技术发展需要和电子计算机技术的成熟，控制理论发展到了一个新的阶段，产生了现代控制理论。它是以状态空间分析法为基础，主要分析和研究多输入—多输出、时变、非线性等系统的最优控制问题。

近年来，在计算机技术和现代应用数学高速发展的推动下，现代控制理论在

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最优滤波、系统辨识、自适应控制、智能控制等方面取得重大进展。

纵观控制工程发展历程，它是与控制理论、计算机技术、现代应用数学的发展息息相关的。目前，控制理论正在与模糊数学、分形几何、混沌理论、灰色理论、人工智能、神经网络、遗传基因等学科的交叉、渗透和结合中不断发展。二测控系统的结构与分类

1 测控系统的结构

测控系统是指由相关的器件、仪器和测试控制装置有机组合而成的具有获取某种信息，并实施控制被控对象或系统运行行为之功能的整体。

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包括信号处理、反馈控制、显示等环节，目前的发展趋势是经 A/D 转换后采用计算机等进行分析、处理，并经 D/A 转换控制被测控的对象。

2 测控系统的分类

（1）闭环控制系统的组成

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1、给定元件

主要用于产生给定信号或输入信号。例如，图 1.3 中电位计里的可变电阻。

2、反馈元件

反馈元件通常是一些用电量来测量非电量的元件，即传感器 , 它量测被控制量或输出量，产生主反馈信号。一般，为了便于传输，主反馈信号多为电信号。 必须指出，在机械、液压、气动、机电、电机等系统中存在着内在反馈。这是一种没有专设反馈元件的信息反馈，是系统内部各参数相互作用而产生的反馈信息流，如作用力与反作用力之间形成的直接反馈。内在反馈回路由系统动力学特性确定，它所构成的闭环系统是一个动力学系统。例如，机床工作台低速爬行等自激振荡现象，都是由具有内在反馈的闭环系统产生的。

3、比较元件

用来接收输入信号和反馈信号并进行比较，产生反映两者差值的偏差信号。

4、放大元件

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对偏差信号进行放大的元件。例如，电压放大器、功率放大器、电液伺服阀、电气比例/伺服阀等。放大元件的输出一定要有足够的能量，才能驱动执行元件，实现控制功能。

5、执行元件

直接对受控对象进行操纵的元件。例如，伺服电动机、液压（气）马达、伺服液压（气）缸等。

6、校正元件

（2）开环控制系统

如果系统只是根据输入量和干扰量进行控制，而输出端和输入端之间不存在反馈回路，输出量在整个控制过程中对系统的控制不产生任何影响，这样的系统称为开环控制系统。

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开环控制系统的输入量与输出量之间有明确的对应关系，但如果在某种干扰的作用下，使得系统的输出偏离了原始值，则由于不存在反馈，控制器无法获得关于输出量的实际状态，系统将无法自动纠偏，所以，开环系统的控制精度通常较低。但是如果组成系统的元件特性和参数值比较稳定，而且外界的干扰也比较小，则这种控制系统也可以保证一定的精度。开环控制系统的最大优点是系统简单，一般都能稳定可靠地工作。

三测控技术应用

测控技术广泛应用十国民经济建设的电信、民航、石油、化工等许多领域。计算机网络技术的迅速发展，推动着测控技术向着网络化、分布性和开放性的方向发展。这种发展趋势使测控系统功能的扩展更加灵活，性能不断提高，使用更加简便。

计算机、微电子、通信和网络等技术是网络化测量技术与仪器产生并迅速发展的强劲支撑。自从迅猛发展的计算机技术及微电子技术渗透到测量和仪器仪表技术领域，便使该领域的面貌不断更新。相继出现的智能仪器、总线仪器和虚拟仪器等微机化仪器，都无一例外地利用计算机的软件和硬件优势，从而既增加了测量功能，又提高了技术性能。信号被采集变换成数字形式后，更多的分析和处理工作都由计算机来完成。近年来，新型微处理器的速度不断提高，采用流水线、RISC结构和cachE等先进技术，极大提高了计算机的数值处理能力和速度。在数据采集方面，数据采集卡、仪器放大器、数字信号处理芯片等技术的不断升级和更新，也有效地加快了数据采集的速率和效率。与计算机技术紧密结合，已是当今仪器与测控技术发展的主潮流。对微机化仪器作一具体分析后，配以相应软件和硬件的计算机将能够完成许多仪器、仪表的功能，实质上相当于一台多功能的通用测量仪器。这样的现代仪器设备的功能已不再由按钮和开关的数量来限定，而是取决于其中存储器内装有软件的多少。从这个意义上可认为，计算机与 - 4 -

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现代仪器设备日渐趋同，两者间已表现出全局意义上的相通性。

与此同时，网络技术已越来越成为测控技术满足实际需求的关键支撑。当今

时代，以互联网为代表的计算机网络的迅速发展及相关技术的日益完善，突破了传统通信方式的时空限制和地域障碍，使更大范围内的互联网拥有的硬件和软件资源正在越来越多的领域中得到应用，比如电子商务、网上教学、远程医疗、远

程数据采集与控制、高档测量仪器设备资源的远程实时调用，远程设备故障诊断。 高性能、高可靠性、低成本的网关、路由器、中继器及网络接口芯片等网络互联设备的不断进步，又方便了互联网、不同类型测控网络、企业网络间的互联。利用现有互联网资源而不需建立专门的拓扑网络，使组建测控网络、企业内部网络以及它们与互联网的互联都十分方便，这就为测控网络的普遍建立和广泛应用铺平了道路。

1遥控遥测技术

遥控遥测技术目前已应用于国民经济各个领域。例如，对工农业生产和交通

运输的集中监视和统—调度管理，以及危及人身安全和恶劣环境工作场所的无人作业，远程医疗、环境监测、生物遥测跟踪等方面部离不开遥测遥控技术。

遥测遥控系统出于在应用场合和完成特定任务方面有很多种类，有的可能是很简单的单一的系统，有的可能是一个复杂的庞大系统，遥控遥测系统都是由基本遥测系统和基本遥控遥测系统组成的。

通过遥测感知其工作状态，这个状态和约定状态进行比较产生误差信号，在

调节过程中这个误差信号不断减小直至消失，使被控对象的实际状态与预先给定的实际状态相一致时才结束。在这个意义上，遥调与自动控制系统没有什么不同，但遥调是远距离，它对控制的准确性和精度要求通常不高。

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2测控技术与国防

兵器技术的发展是离不开测试技术的，或者可以说测试技术是兵器发展的基

础和前提。任何一种兵器从设计到定型装备部队，都要经过若干环节的试验。从 - 5 -

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零部件试验到总体试验，从地面静止试验到飞行打靶试验，从缩比试验到全尺寸试验，从模拟试验到实战试验，只有经过严格的科学试验，最终测量得到各项性能指标达到战术要求才能装备部队使用。

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固体火箭发动机，作为火箭和导弹的动刀装置,其性能参数的优劣，直接影响到火箭和导弹的总体性能指标，在研制发动机过程中，需进行大量的地面试车台静止试验，测试发动机内弹道参数(主要是压力、温度、速度)和推力大小以及发动机壳体温度分布和强度。

宇航飞行器、原子能反应堆、生产大规模集成电路的生产设备、钾能机器人等，都要求具有高的精度和运转时的可靠性能，其元件必须有很高的精度和优异性能,这时测试技术就可以对这些设备及元件的质量和性能提供准确和客观的评价，为合理改进生产技术提供必不可少的基础数据。

3.探月工程

由于旅途遥远，所以测控系统尤为重要。测控系统将以中国现有的s频段航天测控网为主，辅以甚长基线干涉仪天文测量系统组成，并进行必要的适应性改造。

嫦娥1号卫星不仅需要对月球进行全天候的观测，还需要把太阳能电池板始终对准太阳，同时又要把传送天线对准地球。目前，中国在上海佘山和乌鲁木齐分别拥有一个直径25米的天线，但它们只能有4～6小时可用来接收星上信息。为了嫦娥1号计划的顺利实施，中国将分别在北京和昆明设一个直径50米和一个直径40米的天线。这样在我们的国土上，可用4个天线交叉干涉，对近40万千米远的嫦娥1号进行测控，并为应对外界干扰因素和意外因素留有应急的能量。

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地面应用系统包括月球探测卫星运行管理中心、数据接收中心以及科学数据 - 6 -

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处理和研究中心三个部分。

四测控技术发展趋势

1测量方式的多样化

① 多传感器融合技术在制造现场中的应用 多传感器融合是解决测量过程中测量信息获取的方法，它可以提高测量信息的准确性。由于多传感器是以不同的方法或从不同的角度获取信息的，因此可以通过它们之间的信息融合去伪存真，提高测量精度。

② 积木式、组合式测量方法 增加测试系统的柔性，实现不同层次不同目标的测试目的。

③ 便携式测量仪器 如便携式光纤干涉测量仪、便携式大量程三维测量系统等，用于解决现场大尺寸的测量问题。

④ 虚拟仪器 虚拟仪器是虚拟现实技术在精密测试领域的应用，一种是将多种数字化的测试仪器虚拟成一台以计算机为硬件支撑的数字式的智能化测试仪器；另一种是研究虚拟制造中的虚拟测量，如虚拟量块、虚拟坐标测量机等。

⑤ 智能结构 它属于结构检测与故障诊断，是融合智能技术、传感技术、信息技术、仿生技术、材料科学等的一门交叉学科，使监测的概念过渡到在线、动态、主动的实时监测与控制。

2测控技术的具体动向

（1）传感器向新型、微型、智能型方向发展；

（2）测控仪器向高精、多功能、小型化、在线监测、性能标准化和低价格发展；

（3）参数测量与数据处理以计算机为核心，使测量、分析、处理、打印、绘图、状态显示及故障预报向自动化发展。

3极端尺寸的测量

极端就是指相对于现在测量尺寸的大尺寸和小尺寸。通常尺寸的测量已被广为注意，也开发了多种多样的测试方法。近年来，由于国民经济的快速发展和迫切需要，使得很多方面的生产和工程中测试的要求超过了我们所能测试的范围，如飞机外形的测量、大型机械关键部件测量、高层建筑电梯导轨的准直测量、油罐车的现场校准等都要求能进行大尺寸测量；微电子技术、生物技术的快速发展，探索物质微观世界的需求，测量精度的不断提高，又要求进行微米、纳米测试。纳米测量也多种多样，有光干涉测量仪、量子干涉仪、电容测微仪、X射线干涉仪、频率跟踪式法珀标准量具、扫描电子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜、分子测量机等。

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结束语

在全球经济一体化进程的加速下，中国的测控市场已迅速发展。进入新队纪以来，军事国防、电子制造、工业一自动化等行业都进入了前所未有的高速发展阶段，测控技术的迅猛发展为整个社会技术进步和产业升级起到了推动、提升和改造的作用，测控技术的前景必然会越来越广阔！

作为一名测控技术与仪器专业的学生,通过本次专业调研,我对测控技术有了更加深刻的认识，与国家工业自动化建设密切相关的的测控技术在计算机技术的发展和应用的背景下得到了迅猛突破和成功应用。

著名科学家钱学森早就明确指出:“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。”这不仅界定了信息技术的内涵，还突出明确强调了测量技术的重要性，信息通常是通过测量技术和测量仪表获得的。

嫦娥飞天，增强了民族自信心，提升了国家综合实力。航天业的发展，航空技术的进步离不开测控技术的高速发展。但是我们还必须清醒的认识到我国的测控技术水平和发达国家还有一定的距离，发展测控技术在高精尖领域的应用是当代中国人所要做的。

没有赶上大航海时代的热闹,怎样能够在测控高精尖时代到来时有所作为？测控技术与仪器专业的灵魂就是测控，同时测控是我校的王牌专业。所以，对于我们来讲，学好本专业任重而道远。当然，学好本专业的必要条件是熟练掌握与测控相关的知识，同时这也给我们在读的本科学生提出了新的要求，掌握扎实科学文化知识，为将来的核心技术的发展做贡献。

我们为测控努力，我们为此奋斗！

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测控技术与仪器专业调研报告

参 考 文 献

[1] 李宗扬.计量技术基础.原子能出版社,2002

[2] 林玉池.测量控制与仪器仪表前沿技术及发展趋势.天津大学出版社,2005

[3] 王江.现代计量测试技术.中国计量出版社,1990.

[4] 韩九强.现代测控技术与系统.清华大学出版社，2007

[5] 潘盛辉.测控技术与仪器专业人才模式的探索与实践.高教论坛，2005

[6] 于英杰.现代测控技术的发展及应用.学术研究，2004

[7] 沈荣骏.赵军.我国航天测控技术的发展趋势与策略.宇航学报，2001

[8] 陈毅静.测控技术与仪器专业导论.北京大学出版社，2010

[9] 李平,李国强.20xx年航天测控技术研讨会.飞行器测控学报,2000,

[10] 刘嘉兴. 航天测控技术的过去、现在和未来.电讯技术,1999

[11] 许其凤.GPS卫星导航与精密定位.解放军出版社，1994

[12] 吴广军等.卫星导航.人民交通出版社，1998

[13] 赵玉珠.测量仪表与自动化.石油大学出版社，1997

[14] 李湘闽等.测控与仪器专业创新人才培养模式的研究.江西理工大学学报，2006

[15] 孙先逵，秦岚.远程测控技术的发展现状和趋势.仪器仪表学报，2004 - 9 -