电子测量技术投稿经验分享

电子测量技术的发展及应用 英国科学家A • H • 库克（cook ）说：“测量是技术生命的神经系统。我们通过测量认识周围的物质世界，通过测量把这些知识变成数字语言，然后用数学方法把它整理成合乎逻辑的系统；通过测量，可使这种系统性知识借助于工程技术用来改造物质；世界精密的测量是精确的知识和经济的设计所必需，方便的测量是敏捷的通讯和有效的组织所必需。”这一段话深刻地揭示出了测量对于我们人类社会的重要性。人类社会从远古时代发展到物质文明和梢神文明都高度发达的今天，没有测量技术的作用是不可想象的。 一、测量的意义 所谓测量就是借助于专用的技术工具通过实验和（或）计算，对被测对象收集信息的过程。在自然界中，对于任何被研究的对象，若要定量地进行评价，必须通过测量来实现。在电子技术领域中，中肯的分析只能来自正确的测量。通过测量，我们对大自然认识才由感性世界跨入了理性世界，才逐步对大自然有了理性的分析，通过分析和归纳，我们才能得到规律性的知识来改造世界，科学技术才能得以高速发展。牛顿开创的早期自然科学的工作方法可归纳为“观察、实验、理论”，可见，人们是通过观测试验的结果和已经掌握的规律，进行概括、推理，再对所研究的事物取得定量的概念和发现它的规律性，然后上升到理论。因此，测量技术的水平在相当程度上影响着科学技术的发展速度和深度，科学技术上有一些突破是以测试技术的突破为基础的。 这种例子在科学发展史上是不胜枚举的。 在没有显微镜时，人眼只能看清大小为1—2 毫米的东西，这大大限制了人类对自然界中微观世界的认识，在这种情况下，绝对不会有微生物学等技术的产生。16 世纪出现了光学显微镜，它的分辨率可达2000埃，相应的放大率约为1500倍，大大扩展了人的眼力。在显微镜的帮助下，人类发现了构成生物基础的细胞（大小约为10-100微米），使人类对生物界的认识有了一个极大的飞跃，这一发现对推动生物学各方面的研究作出了重要贡献，被恩格斯誉为19世纪三大发现之一。20 世纪30 年代出现了电子显微镜，它的分辨本42领高达2一3 埃，又比光学显微镜提高了约三个数量级。由此可见电子技术引入测量领域的巨大的推动作用。在电子显微镜下，可以洞察小小细胞内的超微机构，连细胞膜也可清晰地辨出是由三个薄层组成的，并发现了致病的病毒、形成了生物科学的又一次飞跃。现代科学技术、生产和国防的重要特点之一，就是要进行大量的观测和统计。现代工业大生产，用到测量上的工时和费用约占整个生产所用的20％一30％。提高测量水平，降低测量成本，减少测量误差，提高测量效率，对国民经济各个领域都是至关重要的。 二、电子测量技术的发展 电子测量技术的发展是建立在测量技术的发展最新电子技术的发展基础之上的。广义地说，凡是利用电子技术进行的测量都称为电子测量。从现存的史料上我们得知古人用漏斗滴水来测量时间，用草绳打结来计数，这可以说是原始的测量方法，以后人们逐渐发明了称、算盘等较为先进的测量和运算工具，到了本世纪20年代，科学技术的发展导致了电子管的出现，即电子技术的出现。由于电子技术独特的优点：频率范围宽，测量快速，易于实现遥控等，使得电子技术迅速被应用并普及到国民经济各个领域，包括测量技术中，开创了测量技术的新天地。但是由于电子管的体积较大，从而造成了电子管做成的测量仪器体积较大，耗电量多，价格贵，工作效率也不是很高，到了本世纪50年代，半导体技术有了飞速的发展，晶体管相对于电子管而言，体积大为减小，功耗降低，稳定性大为提高，同时其应用频率范围更宽，除测直流量外，还可以测高至100GHZ 左右的信号，从而使晶体管迅速取代了电子管的位置，如各种示波器、晶体管测试仪，频谱测试仪等。这些测量仪器仍在国民生产各个领域中发挥着极大的作用。到了本世纪60年代中期，中小规模集成电路问世。所谓集成电路，就是将电阻、电容、二极管、三极管等各种元器件经过半导体工艺或薄膜工艺制作在同一块硅片上，并按某种电路互联起来，制成的具有一定功能的电路，从而打破了半导体元器件组成的传统电路的概念，实现了材料、元件、电路三位一体。由于集成电路的问世，使得原来的电路变得更小，因此，由集成电路做成的电子测量仪器体积更为减小，同时其测量范围更为宽广，测量精度大为提高。现在一些比较先进的电子测量仪器均用集成电路做成，并且有了智能功能，特别是在尖端技术和现代化的工农业生产中，集成电路测量仪器的优势更为明显。例如，一个射程为八千公里的洲际导弹，如果航向误差有03度，也会造成导弹偏离目标5一8公里，那样，导弹的威力将大为降低，甚至起不到作用。制造炸药的甲苯，在生产中测量温度如有一定的误差，也可能造成严重的事故。现代化科学技术和现代化大生产中那些要求精密和准确测量的内容通常都是运用了电子测量的方法来实现的。 三、电子测量的特点及应用 随着电子技术的不断发展，测量的内容愈来愈多，通常包括以下几个方面： ① 电能量的测量，包括对于电流、电压、电功率的测量；② 信号的特性及所受干扰的测量，例如信号的失真度、频率相位、脉冲参数、调制度、信号频谱、信噪比等；③ 元件和电路参数的测量，例如电限、电感、电容、电子器件（电子管、晶体管、扬效应管等）的测量，集成电路的测量，电路频率响应、通频带宽度、品质因数、相位移、延时、衰减和增益等的测量。 随看电子技术的发展，由于电子测量技术的许多无可比拟的优点，许多非电量的测量也可以通过传感器转换成电信号，再利用电子技术进行测量。例如，高温炉中的温度、深海的压力等许多人们不能亲身到的地方或无法直接测量的量，都可以通过这种方式进行测量．电子测量除了对电参数进行稳态测量以外，还可以对自动控制系统的过渡过程及频率特性进行动态测量。例如，对一个轧钢的电气传动系统通过模拟计算机可以自动描绘出动态过程曲线；对于化工系统的生产过程进行自动检测与分析等。与其它的测量相比，电子测量具有以下几个明显的特点： ① 测量频率范围极宽，电子测量能工作在这样宽的频率范围，这就使它的应用范围很广。 ② 量程很广，由于所测量的大小相差极大，要求测量仪器的量程也极宽．同一台电子仪器，经常能做到量程宽达很多数量级。例如一台普通的欧姆表，可以测出几欧姆至几十兆欧姆的电阻，量程宽达六、七个数量级。电子计数器的量程更宽，可达17个数量级。量程宽正是电子仪器的突出优点。 ③ 测量准确度高。电子仪器的准确度通常可比其它测量仪器高很多。特别是对频率和时间的测量，由于采用了原子频标和原子秒作为基准，使误差减小到极小量级，这是目前人类在测量准确度方面达到的最高标准。电子测量准确度高，正是它在现代科技领域得到广泛应用的重要原因。例如发射人造卫星的控制和遥测系统，如果不够准确，最后一级火箭的速度有千分之二的相对误差，卫星就会偏离预定轨道一百公里． ④ 测量速度快．电子测量由于是通过电子运动和电磁波的传播来进行工作的，因此具有其它测量方法通常无法类比的高速度。 ⑤ 易于实现遥测和长期不间断的测量，显示方式又可以做到清晰、直观。由于可以把电子仪器或与它连接的传感器放到人类不便长期停留或无法到达的区域去进行遥测，而且可在被测对象正常工作的情况下进行测量。对于测量结果，电子测量的显示方法也比较清晰、直观，例如发光二极管直接数字显示，便于直接给出结果；荧光屏示波方法，便于形象直观地给出被测量的特征。测量结果还便于打印、绘图或启动指示灯或替铃显示。 ⑥ 易于利用计算机，形成电子测量与计算技术的紧密结合。电子测量的测量结采和它所需的控制信号都是电信号，这非常有利于它宵接或通过A/D、D/A变换与计算机连接，现在随着微型计算机功能的提高和成本的降低，就可以在不增加仪器体积和不明显增加成本的情况下，使测量仪器的性能发生很大的飞跃，使它具有高性能、多功能的特点。由于以上电子测量技术的一系列特点，使它广泛应用于自然科学的一切领域．大到天文观测、宇宙航天，小到物质结构、基本粒子，从复杂深奥的生命、细胞、遗传间题到日常的工农业生产、医学、商业各部门，都越来越多地采用了电子测量技术和设备。电子测量技术的发展是与自然科学特别是电子技术的发展互相促进、互相推动的一方面电子测量技术的发展为自然科学特别是电子学的研究、实验、分析和检验提供了条件，另一方面自然科学的发展特别是电子科学技术的发展向电子测量技术不断提出新课题。同时，近代电子学、计算科学、物理学和材料学等的发展又反过来为电子测量提供了新理论、新技术、新工艺、新材料、新器材，形成了相辅相成不可分割的关系。 目前电子测量设备在性能、测试功能、工艺结构等各方面都取得了很大的进展，其研制和生产正向着自动化、系统化、数字化、高性能、多功能、快速、小型等方面发展．拥有先进的科学实验手段，这是科学技术现代化的一个重要标志，而一个国家电子测量水平的高低，往往是反映这个国家科技水平的重要方面。所以，我们必须努力提高我们的电子测量技术，争取早日达到国际先进水平。

nonlinear dynamic是中科院Q4区。该杂志的范围涵盖了与机械、结构、民用、航空、海洋、电气和控制系统相关的所有非线性动态现象。评论文章和原始贡献是基于分析、计算和实验方法。 还研究了李群、多体动力学、机器人学、流固相互作用、系统建模和识别、摩擦和阻尼模型、信号分析和测量技术。nonlinear dynamics的指数解析如下：nonlinear dynamics杂志属于工程技术行业，“工程：机械”子行业的中等级别杂志。 投稿难度评价：影响因子偏低，但是接稿量比较大，容易发表 审稿速度：偏慢，4-8周级别/热度：黑评语：冷门杂志，关注人极少。 说明：指数是根据中国科研工作者（含医学临床，基础，生物，化学等学科）对SCI杂志的认知度，熟悉程度，以及投稿的量等众多指标综合评定而成。当然，具体的，还可以结合“投稿经验分享系统”，进行综合判断，这更是大家的实战经验，更值得分享和参考。

随着科技的迅猛发展，信息技术，电子技术，自动化技术及计算机技术日渐融合，成为当今社会科技领域的重要支柱技术，任何领域的研发工作都与这些技术紧密联系，而他们的相互交叉，相互渗透，也越来越密切。作为信息科技的前沿应包括下面一些内容：微电子学与纳米电子学；RISC精简指令系统与并行计算技术；Multimedia（多媒体）与Virtual Reality（虚拟现实，（又称灵境）技术；软件工程、CASE软件工程开发环境以及根据人的一般思维方法和认知过程去开发的面向对象的软件技术；自动控制（除了第一、第二代控制理论及系统外，还有模糊控制、人工智能、神经网络的理论与系统等），最后是与近代通信相关的科技……我们从微电子学与纳米电子学、电子计算机科技与现代通信这几个方面做简要介绍 一、 微电子学与纳米电子学 微电子技术微电子技术是现代电子信息技术的直接基础。美国贝尔研究所的三位科学家因研制成功第一个结晶体三极管，获得1956年诺贝尔物理学奖。晶体管成为集成电路技术发展的基础，现代微电子技术就是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术。集成电路的生产始于1959年，其特点是体积小、重量轻、可靠性高、工作速度快。衡量微电子技术进步的标志要在三个方面：一是缩小芯片中器件结构的尺寸，即缩小加工线条的宽度；二是增加芯片中所包含的元器件的数量，即扩大集成规模；三是开拓有针对性的设计应用。大规模集成电路指每一单晶硅片上可以集成制作一千个以上的元器件。集成度在一万至十万以上元器件的为超大规模集成电路。国际上80年代大规模和超大规模集成电路光刻标准线条宽度为0．7一0．8微米，集成度为108 。90年代的标准线条宽度为0．3一0．5微米，集成度为109。集成电路有专用电路(如钟表、照相机、洗衣机等电路)和通用电路。通用电路中最典型的是存贮器和处理器，应用极为广泛。计算机的换代就取决于这两项集成电路的集成规模。存贮器是具有信息存贮能力的器件。随着集成电路的发展，半导体存贮器已大范围地取代过去使用的磁性存贮器，成为计算机进行数字运算和信息处理过程中的信息存贮器件。存贮器的大小(或称容量)常以字节为单位，字节则以大写字母B表示，存贮器芯片的集成度已以百万位(MB)为单位。目前，实验室已做出8MB的动态存贮器芯片。一个汉字占用2个字节，也就是说，400万汉字可以放入指甲大小的一块硅片上。动态存贮器的集成度以每3年翻两番的速度发展。中央处理器(CPU)是集成电路技术的另一重要方面，其主要功能是执行“指令”进行运算或数据处理。现代计算机的CPU通常由数十万到数百万晶体管组成。70年代，随着微电子技术的发展，促使一个完整的CFU可以制作在一块指甲大小的硅片上。度量CPU性能最重要的指标是“速度”，即看它每秒钟能执行多少条指令。60年代初，最快的CPU每秒能执行100万条指令（常缩写成MIPS)。1991年，高档微处理器的速度已达5000万一 8000万次。现在继续提高CPU速度的精简指令系统技术(即将复杂指令精减、减少)以及并行运算技术(同时并行地执行若干指令)正在发展中。在这个领域，美国硅谷的英特尔公司一直处于领先地位。此外，光学与电子学的结合，成为光电子技术，被称为尖端中的尖端，为微电子技术的进一步发展找到了新的出路。美国《时代》杂志预测：“21世纪将成为光电子时代。”其主要领有激光技术、红外技术、光纤通信技术等。（一） 微电子技术与大规模集成电路 小型化集成系统微电子学给人类带来了半个世纪的繁荣。目前国际上集成电路生产线已普遍采用8圆片，35um工艺。我国集成电路的大生产水平发展也很快。1995年已经达到了6'2um的水平，IC产量到2000年可望达到年产10亿块。1995年4月，中科院微电子中心已开发出8um的CMOS工艺，在0×7mm 面积上集成了26000只晶体管、输出管脚数为72，制成了通用的模糊控制集成块。 （二） 高密度电子组装技术集成电路IC实际上完成了芯片级的电子组装，有着极高的互联密度。那么，能不能将高集成鹊胨SI/VLSI/ULSI（大规模／超大规模／特大规模集成电路）和ASIC/FPGA/EPLD（专用IC／现场可编程门阵列／电可擦除可编程的逻辑器件）等组装在一起实现集成电路的功能集成呢？这就是SMT（表面安装技术）、HWSI（混合大圆片规模集成技术）和3D（三维组装技术）。这些技术，推动着电子设备和产品继续向薄轻短小发展，在片状元件的小型化和自动安装设备所能处理的元件尺寸已濒临极限的今天，起着关键的作用。进入90年代，代表性技术则轮到了MCM，人称多芯片组装时代，到2000年即下世纪初，将是WSI/HWSI/3D时代！WSI是将复杂的电子电路集成在一个大圆片上。将IC芯片，MCM和WSI进行三维迭装的3D组装突破了二维的限制，使组装密度更上一层楼。（三） 纳米电子学近几十年来，电子计算机已历经了几代的更迭，而代代更迭都是以存储或处理信息的基本电子学单元的尺度变化为标志的。从80年代开始，科学家开始探索特征尺寸为纳米量级的电子学，纳米电子学主要研究以扫描隧道显微镜为工具的单原子或单分子操纵技术。这些技术都有可能在纳米量级进行加工，目前已形成纳米量级的、信息存储器，存储状态已维持一个月以上，希图用此技术去制作16GB的存储器。德国的福克斯博士等制出了原子开关，达到了比现今芯片高100万倍的存储容量，获得了莫里斯奖。量子力学告诉我们，电子与光同时都具有粒子波的特性，今天的微电子学和光电子器件将缩到。1线宽，电子的波动性质再也不能忽视，把电子视为一种纯粹粒子的半导体理论基础已经动摇。这时电子所表现出来的波动特征和拥有的量子功能就是纳米电子学的任务。纳米电子学有更多诱人之处。科学家们已经预言，纳米电子学将导致一场电子技术的革命！ 二、电子计算机科技 （一） 巨型机与微型机 中型计算机目前，电子计算机硬件总的发展方向依然是提高速度、扩大容量、增加功能、改善界面与缩小体积。计算机系统小型分散化的倾向，促进了PC个人计算机与工作站的发展，正在逐步替代大中型机。至于巨型机，世界各国都万分重视。1991年美国副总统，戈尔就提出了高性能计算机与通信计划（HPCC计划），目的是在1992~1996年间加快计算机与信息网的研究，加强美国的领先地位。他们大力发展巨型机以解决如下问题：征服癌症与艾滋病特效药的研制；下一代超音速客机的研制；节省燃料、污染又小的新一代汽车发动机的开发；长期天气预报；星系形式的探索。目前百亿次级的巨型机已在美、日全面开花，千亿次级的巨型机已陆续出台。1992年，美国NCUBE公司已宣布要研制性能指标全部达到3T（Trillion）即万亿次浮点运算、万亿字节的存贮以及CPU与内存间有每秒万亿字节带宽的新一代巨型机。（二） Internet全球性的计算机网络为了实现信息资源的共享，计算机互联网的规模日益扩大，最具代表性的大网，莫过于已联接140多个国家与地区、网上运行的计算机数达380多万台，用户数逾3500多万个的Internet网了。有超过4800个组织已注册了Internet网络地址，有超过160个国家和地区的用户通过它来进行E-mail通信。预计到本世纪末，将有100万个网络、1 亿台计算机和10亿个用户来使用它。现代通信的目标是“全球一网”！其基础是数字技术、计算机技术、微电子与光电子技术。总的趋势是数字化、宽带化、综合化，智能化与个人化，最终是构成一个全球一体的宽带、智能、个人化的综合业务数据网。当今通信界的三股热流是：光纤通信、卫星通信与移动通信。现代通信技术（一） 光纤通信技术 光缆通讯光波是电磁波，其波长在微米级，频率在1014Hz数量级，比微波要高出103~104倍，所以比之有高出千万倍的通信容量。光纤现有窗口可容纳20000GHz带宽的信号，如何发挥其潜力呢？一是提高信号的码率；一是用相干光通信；一是用掺铒光纤放大器；一是采用光波频分复用技术，还可采用光孤子通信。什么是光孤子？光脉冲在光纤的非线性和光纤的色散特性相互补偿下会形成光孤子。光孤子脉冲可以在光纤中长距离传输而不发生畸变，因而可得到很高的码率，是高速度、长距离光纤通信的优越方案。（二） 卫星通信技术 卫星通讯的示意图卫星通信具有容量大、覆盖面广、通信质量高、选站灵活和成本低廉的特点。卫星通信按运行轨道分有同步轨道卫星、中轨道卫星和椭星轨道卫星。卫星的业务范围很广，除电话、数据和电视广播外，还为海陆空提供移动通信、GPS定位导航和VSAT（卫星小型地面站）等。到1995年为止，全世界的卫星通信转发按36MHz有效带宽计已达3140个。80年代出现了国防海事卫星通信系统，目前已有5颗卫星正在为三大洋的航船提供海陆空商务和遇难/救援工作。近期，他们又在原卫星通信系统的基础上使用了11颗距地面35860公里的同步卫星将开展14项服务业务。目前全球汽车电话系统已经开通，用户汽车上都安有一个无线系统，不论汽车的运行方向与速度如何变化，天线系统均能自动跟踪Internet通信卫星，从而实现在汽车运行中的全球通信。目前已有6500个用户，每个用户每天平均使用2次时间约2分钟，每分钟通话费仅4-6美元。目前已开通电话与传真收发业务，今年年底将开通数据传输业务。（三） 移动通信技术移动通信有着丰富的内容：蜂窝移动电话系统、集群式专用调度移动通信、CT无绳电话系统与无线寻呼（BP）机系统。总的发展趋势是数字化、小型化与个人化。 全球最小卫星电话蜂窝式移动电话系统已有二十多年的历史了，可过去是模拟制的，存在着频率利用率低、保密性差、功能少、设备复杂及价格偏高的缺陷，所以从80年代开始，不少国家都开发了第二代数字化的蜂窝移动电话通信系统。预计2000年用户可达12亿，美国占50%，模拟制被淘汰。（四） GPS卫星导航定位系统1964年世界上第一个卫星导航系统——美国“子午仪”投运，通过4~6颗卫星组成的导航卫星网，运行于近似圆形的极轨道上，卫星由南向北运行，高度1100公里，运行周期；107分钟，可完成全球、全天候的经纬二维定位，精度才100~300M。为了满足现代战争的需要，美国防部已投资100亿美元，历时20年开发制成了GPS系统。系统由卫星、设在美国本地及三大洋的主控站、监控站组成。不仅在海湾战争中发挥了作用，而且在全球掀起了GPS热潮，引发了导航界的一场革命，大有取代所有导航方式的趋势，包括地下与水下。难怪美国军方声称GPS的应用仅限于人们的想象力。目前不论用户在任何地点、任何时间至少能同时观测到5颗卫星，GPS系统可从其中3~4颗星发出的信号里通过数据转换成导航的批示。它具有全球性、全天候和实时的导航、定位、定时功能，能实时地提供三维坐标（经、纬、高度）和速度与时间信息，定位精度10M。我国“远望”号测量船已用国产的GPS为发射的第二颗澳星测轨。（五） BIP-ISDN 智能ISDN网络终端实际上，今天业已存在的长途电信网、卫星通信网、海底光缆网、国际计算机互联网已无一不是国际性的全球网络了。所有的通信网都是由传输设备、交换设备、终端设备与网控设备四部分组成的，信息高速公路的目标模式是BIP-ISDN。首先是B-ISDN，B-ISDN应采用CCITT的建议，用同步数字系列（SDH）进行复接传输，全国要采用统一的时钟同步，这样的光纤网就叫作同步光纤网SONET。BIP-ISDN在交换方面采用ATM异步转移模式，也就是宽带综合业务的交换系统，包括电的、光的、光电混合的ATM技术。在终端方面，必须采用多媒体终端。智能网采用开放式结构与标准接口，在网络中应引入语言识别，语音合成、人工智能、神经网络技术，网络的智能化应包括网络自身的管理、组织、监控、调度的智能化以及向用户提供如电话翻译等带智能化的信息服务业务。随着BIP-ISDN的逐步完善，通信业务除了传统的电话外，像数据、文字、可视电话、语音信箱、电子邮政、电子数据交换、彩色传真、智能用户电报、会议电视、大众广播、虚拟专用网，尤其是Internet业务都可开展。信息化的程度已被认为是衡量一个国家现代化水平和综合国力的标志。信息化有三个要素：计算机、通信网与信息源。目前我国每年统计的原始信息量约150~200亿个字符。我国不仅地大物博，而且信息丰富，所以不论是三金工程（金字号工程）还是BIP-ISDN在我国都是大有可为的，千万不可忽视信息源的建设！信息化是一个大课题，要提高信息网络的智能化程度，首先要掌握自动化，平淡的信息网、数据库（信息源）其价值是不高的，在市场竞争中的地位也是可怜的，让我们共同努力，把自动化的理论与技术融合进信息化的开发中，加快祖国的BIP-ISDN建设，迎接21世纪——信息化世纪的到来！