第1章仪器科学与测控系统工程技术 1.1科学与技术的关系 科学是反映自然界规律性的知识体系，目的在于求知与求真。作为对自然界的认识，科学包括两层含义： 一是指科学认识主体（科学劳动者）应用科学工具（科学仪器和科学方法）所进行的科学认识活动； 二是指这种活动或特殊劳动生产出来的产品是知识。知识是人们在社会实践、科学实验和生产实践中发现的事实和规律。科学不仅仅是知识，而且是方法、建制、生产力要素、观念层次上体现的科学精神。 技术是在生产实践经验和自然科学原理基础上发展起来的方法、技能和工具的体系，目的在于满足需求和市场的竞争。在科学技术一体化的大科学时代，技术是作为一个动态系统存在的，它是人类为了满足社会需要，遵循自然规律，在利用、控制和改造自然的实践过程中，所创造的劳动手段、工艺方法和技能体系的总和。 科学与技术往往被看做是难以分离的，人们常以“科技”二字将两者缩略为一词，用以称谓科技事业、科技工作、科技人员等。但是，用词上的简略与科学上的准确毕竟不是一回事。在确定和执行科学技术工作的方针政策时，经常会碰到一些带根本性的理论问题： 在基础科学研究与应用技术研制之间，发现与发明之间有什么关系？如何理解知识密集型技术、资本密集型技术、劳动密集型技术的划分？是否存在着以科学为基础的技术和以经验为基础的技术的区别？这些问题都涉及科学与技术的区别和联系问题。 科学与技术是两种不同的社会文化，自然科学（主要指基础科学）与技术（主要指工程技术）之间存在着多方面的区别，主要表现在如下几个方面： （1） 形态不同。科学一般表现为知识形态和理论形态； 而技术则一般表现为物质形态。 （2） 任务不同。科学主要解决对象“是什么”和“为什么”的问题； 技术直接解决“做什么”和“怎样做”的问题。 （3） 目的不同。科学的目的是现象之中求本质，以认识对象为己任。科学家关心的是如何从认识过程的经验水平上升到理论水平，有所发现。技术是来自某种认识或经验的升华，用于改造对象的活动； 技术是要有所发明。 （4） 风险不同。科学研究的目标是相对不确定的，要求科学探索必定成功或指日可待是不切实际的。技术活动一般有相对确定的目标，可以有较明确的方向、步骤和经费预算，计划性较强。 （5） 活动的特点不同。科学活动的自由度要大些，个体性也较强。技术活动中有个人的独创性，但相对来说，集体性较强。 （6） 人才素质不同。科学工作者更需要有丰富的知识，善于观察和发现问题； 技术工作者更需要有运用知识解决问题的能力和经验。 （7） 结果和评价不同。科学的答案在世界各国都是一样的、唯一的，它的评价标准只有一个，用实践证明其是否合乎客观实际，重视一个“深”字。技术过程、技术活动的结果在不同民族、不同地域则有多样性。对于技术的评价，有的以正确与否来评价，有的则从实用、有效与否来评价，比较复杂，往往着重一个“新”字。 （8） 科学是不保密的，没有商品属性，不能出卖和转让。技术一般都是保密的，属于商品，可以出卖和转让。 正确认识科学与技术的这些区别，对我们发展科学技术事业是有益的。但是把科学与技术截然分开，也是不正确的。科学与技术形成整个社会链条的重要环节，它们之间是没有严格界限的，二者有区别，又互相联系，它们是相互制约又相互促进的关系。 科学与技术的联系可以用图1-1所示的简单模式来表示。 图1-1科学与技术联系的简单模式 当然，科学与技术的联系并非如此简单，它是经过不同类型的中间环节相互作用的，科学与技术的相互作用可以用“生产—技术—科学”和“科学—技术—生产”来表述。就现代科学对技术所起的向导作用来说，可以认为科学是一切技术成就的源泉，而技术又为科学开辟新的科学研究领域。 人类历史上，科学和技术共同起源于人类的生产实践活动，本来是统一的。但在很长的历史时期内，技术主要依靠生产劳动的经验，不是科学理论有意识的运用。这是因为当时生产力水平低下，科学还没有发展到足以为技术开发提供理论基础的程度。 近代以来，一次接一次的科学和技术革命，使科学、技术和生产三者的相互作用日益加强。如没有固体物理的深入研究，就不可能发明晶体管，更不会有计算机的更新换代； 如果没有发现内燃机原理，就不会生产出内燃机。自然科学作为人类对自然界及其规律的认识，已经渗透到技术的各个要素中，成为技术发展的关键。技术由过去的经验性，变成了真正科学化的技术。 20世纪以来，随着现代科学革命和新技术革命的兴起，出现了科学技术一体化的趋势。其主要表现是： 一方面，现代科学的发展在越来越大的程度上依赖于先进、复杂的技术手段，如高能加速器、自动化检测仪器、射电望远镜、电子显微镜、电子计算机、克隆技术等，使现代科学技术研究有可能向新的深度和广度进军； 而且现代科学研究本身越来越带有工程技术的特点，离不开各种类型技术人员的合作，科学活动技术化，已变成了预定目的的知识生产过程。另一方面，现代技术的发展也越来越大程度上依赖于科学的进步，许多新兴技术特别是高技术的产生和发展，就直接来自现代科学的成就，已变成物化了的科学。过去认为科学是认识世界，技术是改造世界，界限分明，现在已经结合成为统一的科学技术系统，很难分清是科学还是技术了。科学与技术的统一，已成为当今科学时代的一个基本特征。 1.2工程技术的特点及其思维方法 工程技术活动作为认识与改造客观世界的极为重要与普遍的实践活动，具有一系列显著的特点，且时时处处与科学的思维密切相关，这是每一个工程技术人员都应该充分认识和高度重视的。 1.2.1工程技术的特点 1. 科学性 工程技术是整个科学技术体系的一个重要组成部分，又是科学、技术和生产全过程的一个关键环节。工程技术是科学理论在改造物质世界中的具体应用。任何一门工程技术学科都是以数门基础学科为理论基础的。例如，化学工程的基础学科包括高等数学、无机化学、分析化学、有机化学及高分子化学以及物理化学等； 土木工程的基础学科包括高等数学、材料力学、水力学、弹性力学以及结构力学等。很难想象一个缺乏基础理论知识的人能顺利地从事工程技术工作且有所作为。一个工程师应善于抽象工程技术系统的理论模型，善于用数学、物理学、化学基础知识分析工程技术系统的工作原理，只有这样，他才会有较强的认识能力与适应能力。 与此同时，工程技术必须在现代思维科学理论的指导下进行。工程技术人员应自觉地将辩证唯物论、系统论、信息论和控制论的有关理论与方法应用于解决工程技术的实际问题。 工程技术的科学性还体现在工程技术工作需要严肃的科学态度，做到求真求实、严谨细致、正确无误、精益求精，坚决克服主观臆断、盲目蛮干、粗枝大叶和侥幸心理，反对独断专制、虚伪和谬误。严肃的科学态度是工程取得成功的重要保证。例如，在决定是否兴建三峡工程的过程中遇到的一大难题是泥沙问题： 如果不能采取有力的措施解决长江上游的泥沙，过若干年以后泥沙就会把水库填满。有关部门作了大量的调查研究和实验，切实证明泥沙问题是可以解决的，在此基础上才下决心建设三峡工程。相反，那些未经严密论证和严格审查便草草实施的工程项目或技术方案，往往会出现重大偏差，造成严重后果。 工程技术还需要科学精神。首先是实事求是的精神，一个正直的工程技术人员，要坚持真理、不唯上、不唯书、只唯实。其次是执着的探索精神，工程技术人员应做到既有方向和信心，又有锲而不舍的意志。再次是改革与创新精神，这是科学技术的生命所在。此外是理性精神，工程技术人员不能沉溺于现有的经验，而是通过归纳、概括、分析与综合不断深化认识，将经验上升为理论，并自觉地、严格地坚持用科学的理论指导工程技术实践。 2. 应用性 工程技术有明确的社会目标，即增进社会利益和满足社会需求，充分理解社会需求是关系到工程成败的关键因素。工程技术必须讲究经济效益，一个成功的项目，技术上先进成熟，经济上效益巨大。工程技术人员仅懂专业技术是远远不够的，他们必须深入系统地认识社会与经济环境，必须善于对工程项目或技术方案做经济分析，评判、预测和审核。工程技术知识主要用于解决实际问题，更加强调实用。与基础理论相比，它更加具体、简洁，有些地方是近似解，有些地方根据实际情况作了某些修正。例如，工程计算中一些非线性因素要进行线性化处理，一些复杂的计算式被改造成简单的数据表格，一些次要的因素往往忽略不计。工程技术的应用性决定了工程技术人员难以在自然科学基础理论有重大的发现，这同时也决定了他们的主要任务是学习、领会和掌握他人所创立的自然科学原理和技术方法，并在实践中创造性地应用这些原理与方法，对现实世界进行改造，且取得显著的社会效益和经济效益。 3. 实践性 工程技术活动是解决实际问题的实践活动，它不仅需要知识，还需要技能，如测试技能、调整技能、操作技能、维修技能等，而这些技能只能通过实践获得。由于一些相关因素是复杂多变且难以测控的，而且工程技术工作的具体环境常常有很大的差异，使得工程技术的理论无法将实践活动中的所有问题及其解决办法无一遗漏地介绍给工程技术人员，因此很大一部分实际问题是由工程技术人员在实践中探索并获得正确认识后予以解决的。现场经验和技术秘诀都是人们在长期的实践中不断积累所形成的。工程技术方案的构思、评估和前景预测，工程技术问题的解决，都离不开实践经验。工程技术系统的一些技术特点也是人们在实践中发现和归纳出来的。例如，若要问某一台设备或某一个电器元件的技术性能如何，只有经常使用它们的人才能得出最切合实际的结论。工程技术实践活动同时也是技术理论具体运用和综合运用的过程。所谓“具体运用”是指这个过程要解决理论的一般性与具体工程环境的特殊性之间的矛盾，不可生搬硬套。所谓“综合运用”是指这个过程要用上多方面的理论知识，而且它们之间是一个有机的整体。 4. 复杂性 首先，工程技术的复杂性表现在其相关因素的不确定性。工程技术活动往往是在信息不全或条件不太明确的情况下着手进行的，一些条件与参数是在工作过程中逐步弄清和确定的。 其次，工程技术的复杂性表现在技术方案的多元性。一个问题往往具有多种解。平常讲的最佳方案，其实就是优点较多或缺点较少的方案，如果时间和条件允许，还可能得到更好的方案。 工程技术方案的选择和实施，往往要受到社会、经济、技术设施、相关人员技术水平、市场需求和法律等因素的约束和限制，工程技术人员在充分发挥自身创造力的同时，必须正确认识这些制约因素，自觉地将思维限制在此范围内，不可胡思乱想和随意发挥。 工程技术的制约因素有时是相互矛盾的。例如，要提高控制系统的可靠性，就要增设冗余系统，但这又会引起系统结构和重量过大和成本过高的问题。因此，工程技术的一项重要任务是妥善处理各类技术与经济矛盾，统筹兼顾，最终实现综合平衡和整体优化。 工程技术的复杂性还体现在工程技术系统本身结构与功能的复杂性，它涉及众多相关因素和复杂的相互关系。例如，像神舟七号载人航天工程、青藏铁路工程、三峡工程、奥运工程等这些大型项目往往需要大量的各类专业人员长时间的共同努力，其组织、管理和协调工作也是极端纷繁复杂的。工程技术的综合性也由于它不仅与某一门学科有关，而且要运用多学科的综合知识，涉及经济、社会、法律、环境、心理和生理等因素。 5. 创造性 工程技术重在创新，在市场竞争激烈的形势下尤其是这样。工程技术创新应具先进性、独特性、实用性等特征。工程技术的创新首先是技术发明，采用新技术与方法对产品、工艺和设备予以改进或更新等。采用新技术改进设计制造手段（如CAD/CAPP/CAM、并行设计、敏捷制造等）或实验测试手段（如红外线测温仪）等也属创新。采用新的技术思想或管理理论对工程技术系统或其因素进行优化重组或革新仍是创新。创新的目的是发展生产力，以获得更好的社会效益和经济效益，没有效益的创新是没有意义的。创新又是由研究型学习并应用新事物、发挥工程技术人员的创造力这两个因素聚合而成。 1.2.2创新思维 技术创新是在一定的社会经济条件下通过研究开发或应用新技术形成现实生产力从而获得经济效益的过程。在大多数情况下，创新的成功取决于科技能力和市场需求机会的有效结合。创新也受国家创新机制、民族创新意识的深刻影响与制约。当今时代，科技竞争已成为国际综合国力竞争的焦点，世界各国纷纷把推动科技进步与创新作为国家战略。党中央、国务院作出了建设创新型国家的重大决策。建设创新型国家，核心就是把增强自主创新能力作为科学技术的战略基点，走出中国特色自主创新道路，推动科学技术的跨越式发展。因此，努力创新是工程技术人员最重要的使命。 创新的成果取决于工程技术人员的创造力，创造力与创新思维密切相关。工程技术人员必须充分掌握和灵活运用各类创新思维形式，深刻认识其主要特点。 1. 创新思维的形式 （1） 形象思维和抽象思维 形象思维使用反映同类事物一般外部特征的形象，基本由右脑进行。抽象思维使用反映事物本质属性的概念和推理，基本由左脑进行。形象思维较活跃，能激发联想、类比、幻想等，产生创新构思。抽象思维较严密，在新的条件下，也可通过逻辑推理产生创新构思。两种思维通过联结左、右脑相互作用，相互渗透，二者结合产生更多的创新成果。 （2） 发散思维和收敛思维 发散思维遇到问题，是根据问题的信息，沿着非常规的不同的正向、逆向、全方向思维和角度多方面寻求可能的解答。收敛思维是把来自多方面的知识信息指向同一问题，通过分析综合，逻辑推理，引出答案。发散思维的特点是： 流畅，反应敏捷，在较短时间内想出多种方案； 灵活，触类旁通，随机应变，不受心理定势影响； 独特，所提的解决方案有特色。发散思维要求熟悉多方面的科技文化领域，知识面广博。收敛思维的特点是： 分析比较各种信息的优缺点，推理综合，引出最优答案。收敛思维要求具有细致的分析能力和严密的逻辑推理能力。两种思维结合，通过多次发散、收敛的循环，能找到较好的创新方案。 （3） 逻辑思维和非逻辑思维 逻辑思维注意事物的显性质和常规功能，应用抽象概念，把复杂问题简单化，找出主要因素。非逻辑思维不严格遵循逻辑程式，灵活自由，往往能突破常规，引发事物的潜性质和特殊功能，产生新颖独创的构思。逻辑思维要求善于分解事物，在此基础上进行综合、归纳、演绎、推理的能力。非逻辑思维的基本形式是： 由一事物引发，想到常规中似乎完全无关的另一事物的联想力； 加工改造原有形象，产生新形象的想象力； 受激直接领悟事物本质的洞察力； 在偶然机遇使人着迷于问题时的全部积极心理活动突然连锁激发，不能控制，潜意识进入显意识，爆发创新火化的灵感。 （4) 直达思维和旁通思维 直达思维在思考解决问题时，始终不脱离问题的情境和要求。旁通思维通过细致分析，把问题转换成另一领域的等价问题。直达思维解决较简单的问题特别有效。旁通思维抓住问题的本质，通过类比、置换、模拟等方法创造新构思新方案。两种思维往往先使用直达思维无效，才改用旁通思维，但又回归到直达思维，面对问题提出创新方案。 2. 创新思维的重要特征 （1） 独创性 独创性就是与前人、众人有所不同，独具真知灼见。思维独立性中有几种“因子”，一种是“怀疑因子”，即敢于对人们“司空见惯”或认为“完美无缺”的事物提出怀疑； 另一种是“抗压性因子”，即力破陈规陋习，锐意进取创新，勇于向旧的传统和习惯挑战； 第三种是“自变性因子”，即主动否定自己，打破“自我约束”。例如，常规的电灯开关是机械弹簧式，而与众不同的设计还有触摸式、声控式、光控式开关等。 （2） 推理性 推理性就是“由此及彼”的思维能力，它通常表现为三种形式： 一是“纵向推理”，即发现一种现象后，立即纵深一步，探究其产生的原因； 二是“逆向推理”，即看到一种现象后，立即想到它的反面； 三是“横向推理”，即发现一种现象，便联想到特点与之相似、相关的事物。例如摩擦焊接的发明者看到这样一个事实： 车床突然停电，促使车刀粘焊在工件上，使工件报废。分析原因是车刀与工件摩擦产生高温所致，由此引发了摩擦焊的发明。 （3） 综合性 综合性即善于进行综合思维。就是善于选取前人智慧宝库中的精华，通过巧妙结合，形成新的成果； 把大量概念、事实和观察材料综合在一起，加以概括整理，形成新概念和系统； 对占有的材料进行深入分析，把握它们的个性特点，然后从这些特点中概括出事物的规律。 1.2.3工程技术中的逻辑思维 逻辑思维是人类揭示客观世界的本质和规律的极其重要的思维活动形式，几乎渗透到人类获取所有理论和新认识的每一个过程。逻辑思维不仅包括形式逻辑思维，还包括辩证逻辑思维和模糊逻辑思维，同时也包括非形式化的逻辑思维，比如动作思维、形象思维以及直觉思维。工程技术活动作为一种理性思维，人们在探索与研究中自觉和不自觉地采用了逻辑思维的方式方法。在逻辑与数字电路、自动控制、人工智能等技术领域，数理逻辑和模糊逻辑等方法直接应用于实际问题的解决。 就工程技术工作而言，强调思维的逻辑性，也就是重视思维的严谨性和深入系统性，由此避免失误，实现高的工作质量和效率，这与工程技术工作的基本特征与客观要求十分相符。 1. 工程技术中的推理 工程技术中常用的推理方法有归纳推理与演绎推理。归纳推理是特殊到一般的推理，它多用于因果关系结论的推导和总结。演绎推理则是应用这些结论和规律推断现场状况，它是从一般到特殊的推理。 （1） 归纳推理及工程应用 在实际工作中，人们常常根据大量的观察、实验、分析、判断，总结概括出具有一般规律的公式、定理、标准、规范、图表，这个过程就是归纳推理过程。在形式逻辑中，常有的归纳推理形式有简单枚举推理、统计归纳推理、探求因果关系的归纳推理和典型分析归纳推理等。 简单枚举推理是通过观察和实验等方法认识到某一类事物的内部对象具有（或不具有）某种属性，由此推出这一类事物的全体具有（或不具有）某种属性。用S代表观察对象，用P代表S所具有的某种性质，其推理过程的基本方式如下。 所观察到的S都是P； 在观察过程中没有发现反例； 所以，所有的S都是P。 简单枚举推理是最简单、最基本的归纳推理，通过此推理方式得出的结论只能是假说，还不能当作规律。只有通过实践检验与理论上进一步考证，才能确定其是否符合客观事实，通过归纳得出的结论还需要进行机理分析，由此深入认识。 统计归纳推理与简单枚举归纳推理相似，不同之处在于统计归纳事例作出的是关于对象的概率结论。它要经过计算，其前提与结论一般都是概率判断（如90%的S是P），并且允许出现反例。其推理的形式如下： 所观察的S中有X%是P，所以，所有S中有X%是P。 运用统计结论去推断一个事例的状态时，其结论也是不确定的，而是其概率值X%代表它的可能性大小。 工程技术分析很大一部分内容都是寻找问题的因果关系。系统问题的因果关系十分复杂，探求因果关系的归纳有助于人们顺利找出问题的因果关系。其归纳方法有求同法、求异法、求同求异并用法以及共变法等。探求因果关系的方法一般都是综合地应用在现场实验中。 典型分析归纳推理是通过个别典型事例的深入细致的分析，找出它的本质属性，从而作出关于整类事物的判断的思维方式，其推理公式如下。 S1具有P的属性； S1是S的子集； 所以S类均具有P类属性。 在技术问题分析中，由于所能收集到的例证有限，为了对同类事物进行概括，只能通过对典型进行分析，总结出它的属性，并认为同类设备也具有这样的属性。例如，对某产品进行分析，得出一些结论，可以认为同规格型号的产品具有类似的属性。属性的类似程度取决于产品结构、性能及应用环境的类似程度。 （2） 演绎推理及工程应用 演绎推理是从一般到特殊的推理，形式逻辑中演绎推理由大前提、小前提及结论构成。大前提是一般的结论与关系，小前提反映当前事例的情形，通过两个前提推出结论。新理论指导工程技术实践、先进技术与经验的推广等就是演绎法的应用。实际工作中演绎推理过程是人们根据具有一般规律的公式、定理、标准、规范、图表来设计开发出某一特定用途的产品或制定满足某一特定需求的技术方案的过程。主要的演绎推理方式有假言推理、选言推理、假言选言推理和关系推理。 假言推理是以条件假言为前提推出结论的推理方式，其条件假言有充分条件假言、必要条件假言、充要条件假言、连锁假言以及多重条件假言之分。 选言推理是前提有一个选言判断，推出一个结论的推理方式，它多用于多种可能性中确定其中之一，例如： 电液比例阀不正常工作的原因，或是控制信号故障，或是其本身故障。现已查明控制信号正常，所以是比例阀本身出了故障。 假言选言推理是由两个以上的假言判断构成大前提，各假言判断之间呈选择关系，小前提与结论仍是选言判断，其逻辑形式为 （如果p，那么r）并且（如果q，那么s） p或者q那么r或者s 关系推理是一种前提和结论都是关系判断的演绎推理，其逻辑形式为 arbbrc所以arc（r表示关系） 利用关系推理，可方便地理清复杂控制系统信息与能量传递的路线。 （3） 归纳与演绎的对立统一 归纳与演绎既相区别又相统一。演绎的前提由归纳提供，演绎前提是一般性判断，它由归纳、概括而来，因此演绎离不开归纳。归纳也可借助于演绎论证自身论断的正确性。归纳与演绎相统一于人们的认识过程。在工程技术领域，人的认识过程是由特殊到一般和一般到特殊。由特殊到一般（归纳）是为认识提供普遍性的知识，是认识的第一次升华； 由一般性知识导出个别性判断（演绎），即再现了思维中的具体，是认识的第二次升华。工程技术问题的探索过程就是一个由特殊到一般，由一般到特殊的辩证运动。 2. 工程技术中的论证 论证就是用一个（或多个）真实的判断确定另一判断真实性的思维过程。在科学研究与工程技术活动中经常需要确定某一判断的真实性，人们引用某个（或某些）真实的判断作为根据，从这个（或这些）真实判断中推出所要确定的判断的真实性，这就是论证。 论证是由论题、论据和论证方式三要素构成的。论题是通过论证要确定真实性的判断，在故障或缺陷分析中，它是人们所要弄清的问题； 论据是被引用作为论题真实性根据的判断，例如，在设备故障分析中，它是能证明装置是损坏（或完好）的事实依据； 论证方式是把论题和论据联系起来的形式，论证是要从论据的真实性推出论题的真实性，它必须要有一个从论据到论题的推演过程，论证的推演过程总是借助于一定的推理形式完成的，因此可以说论证方式是论证过程所有推理形式的总和。 在故障诊断、事故分析、质量论证、技术方案论证、项目可行性分析、技术成果评判与鉴定中，普遍运用逻辑论证方法。工程技术中论证分为直接论证和间接论证。 （1) 直接论证和间接论证 工程技术中论证分为直接论证和间接论证。直接论证从论据的真实性中直接推出论题的真实性，其特点是从论题出发，为论题的真实性提供正面的理由。例如，要论证仪器中某部件已损坏，人们必须找出系统中的有关症状，再通过有效的方式证实这些症状确实由这一部件损坏引起，而不是由其他部件引起。间接论证是通过确定其他判断的虚假来确定论题真实性，有反证法和选言证法两种。 反证法是通过确定与论题相矛盾的判断的虚假来确定论题真实性的间接论证。反证法一般有四个步骤： 一是提出论题“p”； 二是提出反论题“非p”； 三是证明反论题假； 最后，由反论题“非p”假，根据排中律，推出论题“p”为真，其推理形式为 如果非p，那么q，非q,所以非非p,所以p 选言证法是通过确定除论题所指的那种可能外，选言命题所包含的其余可能都是虚假的，从而推出论题的真实性，其过程为 论题： p 或p或q或r,非q，非r,所以p （2） 论证的规律和规则 论证是工程技术活动的基本思维方式之一。在工程技术实际工作中，人们常常采用多式多样的模型、公式、资料、数据、工具、标准、原则及法规对有关论题（设想、假定、猜想、意见、方案、计划、规划、措施及方法等）进行计算、评判、试验、比对、仿真、模拟、辨识、考核等。其基本意图均是找到论题成立的充分理由。工程技术问题的论证一般从技术、经济与社会等角度进行，缺一不可。论证的根本规律是充足理由律，其基本内容是： 在论证过程中，一个判断确定为真，总是有充足理由的。 在问题分析中论证是严格的逻辑思维形式，必须遵守以下思维规则： ① 论题应当清楚、确切，有关的概念必须边界分明； ② 论题应当保持同一，在一个论证中论题只能有一个，并且在整个论证中保持不变，亦即论证的对象及对它的断定都不能有变化和偏移； ③ 论据应当是真实的，首先，论据不能是虚假的，其次，论据也不能是真假未定的； ④ 论据的真实性不依赖论题的真实性，如果论据的真实性依赖论题的真实性来论证，那就什么也不能论证； ⑤ 从论据应能推出论题，论据应是论题的充足理由，从论据的真实性可以推出论题的真实性。 1.3仪器科学与技术学科内涵和组成 1.3.1仪器科学与技术学科的内涵 “工欲善其事，必先利其器。”在人类进化和社会发展的历史长河中，在创造、制作、使用工具改变生活环境和自身的过程中，仪器作为计量器具、疾病诊疗辅助器械和观天测地器件，是人类智慧的结晶，是直接扩展人类感知、操作能力的工具，为人类建立和发展科学研究、扩展生产规模创造了有利条件。 著名科学家门捷列夫说过，科学是从测量开始的。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推动下，已形成较完整的仪器科学与技术学科。它是当今社会人类对物质世界（包括人类创造的各种工具和人类本身）进行测量，并使人类能方便监控物质世界使之达到最佳目标的基本手段和技术，是人类认识世界、改造世界的重要工具，是现代科技的重要学科之一，并与现代科学技术的许多学科有着紧密联系。作为测量和测试技术集中体现的仪器科学与技术学科，其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。仪器科学与技术学科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。 1.3.2仪器科学与技术学科的组成 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在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。目前，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，包括仪表检验装置和计量基准）； 专用检测技术及各类专用测量仪器； 相关传感器、元器件、材料及技术。 1.4测控系统的基本组成 1.4.1测试系统的构成 如图1-2所示，测试系统一般由测量者、激励装置（可选）、被测对象、传感器、信号调理、信号处理、显示记录、反馈控制等环节组成。测试系统的复杂程度取决于被测信息检测的难易程度以及所采用的实验方法。对测试系统的基本要求是可靠、实用、通用、经济，这也是考虑测试系统组成的前提条件。 图1-2测试系统的组成 一个被测对象的信息总是通过一定的物理量——信号表现出来的。有些信息可以在被测对象处于自然状态时所表现出的物理量中显现出来，而有些信息却无法显现或显现得不明显。在后一种情况下，需要通过激励装置作用于被测对象，使之产生有用信息并载于其中