Komputerowe techniki pomiarowe

obowiązkowe

Celem przedmiotu jest zapoznanie studenta z zasadami działania stanowisk pomiarowych, czujniki, specjalistyczne czujniki medyczne, skomputeryzowane stanowiska diagnostyczno - lecznicze. Pojęcia podstawowe. Organizacja i klasyfikacja systemów pomiarowych. Budowa i zasada działania komputerowego sytemu pomiarowego.

Profil studiów: ogólnoakademcki

Forma studiów: stacjonarne

Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy, moduł 3 Metody matematyczne i komputerowe

Dziedzina i dyscyplina nauki: Dziedzina nauk ścisłych i przyrodniczych, Dyscyplina nauki fizyczne

Rok studiów/semestr: 2 rok, 3 semestr, studia II stopnia

Wymagania wstępne: student powinien posiadać wiedzę, umiejętności i rozumienie materiału określonego przez podstawę programową z fizyki i matematyki dla szkoły podstawowej i ponadpodstawowej.

Liczba godzin zajęć dydaktycznych: wykład 30 godz, laboratorium 30 godz

Metody dydaktyczne: wykład, praca laboratoryjna, dyskusja, konsultacje, kolokwia, praca własna studenta w domu.

Bilans nakładu pracy studenta: udział w wykładach: 1,2 ECTS, udział w laboratoriach: 1,2 ECTS, praca własna w domu: 1,2 ECTS, przygotowanie do zaliczenia: 0.4 ECTS

Wskaźniki ilościowe: nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczyciela: 1,8 ECTS, nakład pracy studenta związany z zajęciami o charakterze praktycznym: 1,2 ECTS

Treści wykładu:

- Wstęp. Pojęcia podstawowe (pomiar, eksperyment, dane, przyrządy podstawowe, układ pomiarowy)

- Organizacja i klasyfikacja systemów pomiarowych. Budowa i zasada działania komputerowego sytemu pomiarowego (schemat funkcjonalny, charakterystyka)

- Podstawowe sygnały pomiarowe (klasyfikacja, charakterystyka, parametry). Cyfrowe przetwarzanie w układzie pomiarowym.

- Zegar w układzie pomiarowym. Generator kwarcowy, sygnały taktujące. Pomiar czasu.

- Standardowe komputerowe interfejsy pomiarowe. Rodzaje transmisji danych.

- Specjalistyczne interfejsy pomiarowe. Interfejs IEEE-488 (schemat, charakterystyka, zastosowanie)

- Interfejsy bazujące na standardzie VXI. Komputerowe karty pomiarowe DAQ. Przetworniki optyczne, matrycy CCD, CMOS

- Czujniki pomiarowe wielkości fizycznych (położenia, obrotu, przesunięcia, siły, temperatury, pojemności, światła, ciśnienia, dźwięku, pola magnetycznego).

- Czujniki i detektory specjalistyczne w diagnostyce medycznej

- Wprowadzenie do programowania graficznego LabView (struktura, konstrukcję, obiekty, formaty danych, reprezentacja danych). Przyrządy wirtualne realizowane w oparcie o LabView.

- Zasada budowy internetowego eksperymentu fizycznego „on-line” (konfiguracja, schemat, transmisja, wykonanie pomiaru)

- Technika pomiarowa w diagnostyce medycznej - ultrasonografia oraz ultrakardiografia (zasada, schemat, przetwarzanie i analiza danych)

- Technika pomiarowa w diagnostyce medycznej - techniki tomografii optycznej (zasada, schemat, przetwarzanie i analiza danych)

- Technika pomiarowa w diagnostyce medycznej - techniki wykorzystujące obrazowanie rezonansowe (zasada, schemat, przetwarzanie i analiza danych)

- Zaliczenie

Treści laboratorium:

- Wprowadzenie do zasad korzystania z przyrządów i zestawów laboratoryjnych. Zasady pracy w laboratorium oraz BHP. Przekazanie informacji na temat źródeł literaturowych oraz strony internetowych poświęconej laboratorium

- Zapoznania się z oprogramowaniem do obsługi komputerowo wspomaganych zestawów doświadczalnych. Oprogramowanie do konfigurowania, sterowania oraz detekcji sygnałów z czujników pomiarowych.

- Zapoznania się z oprogramowaniem do analizy, przetwarzania oraz obróbki danych pomiarowych.

- Badanie promieniowania żarówki oraz wyznaczenia zależności natężenia światła w funkcji odległości.

- Rezonans w układzie RLC, wyznaczenie podstawowych parametrów.

- Wyznaczenie prędkości dźwięku w powietrzu.

- Ćwiczenie z promieniotwórczości

- Badania propagacji i odbicia fal ultradźwiękowych

- Badania tętna.

- Badanie zawartości tlenu oraz zmian pH

- Sprawdzenie prawa indukcji Faradaya

- Pomiar EKG

- Badania temperaturowe w różnych materiałach

- Wybrane doświadczenie internetowe.

- Zaliczenie

H. Szydłowski „Pracownia fizyczna wspomagana komputerem", Wyd. Nauk. PWN, Warszawa 2003.

W. Nawrocki "Komputerowe systemy pomiarowe” Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa 2002.

P. Lesiak, D.Świsulski ''Komputerowa technika pomiarowa w przykładach” Agenda Wydawnicza PAK, Warszawa 2002.

D. Świsulski „Systemy pomiarowe. Laboratorium” Wyd. Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2001.

W. Tłaczała „Środowisko LabVIEW w eksperymencie wspomaganym komputerowo” Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2002.

J. Zakrzewski, Czujniki i przetworniki pomiarowe, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2004.

M. Stabrowski „Cyfrowa technika pomiarowa”, Wyd. Nauk. PWN, Warszawa 2002.

M. Wojtkowski ”Obrazowanie za pomocą tomografii optycznej OCT z detekcja fourierowską”, Wydawnictwo Naukowe UMK 2009. A. Śliwiński ''Ultradźwięki i ich zastosowania”, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne 2001.

Student:

1. zna i rozumie w pogłębionym stopniu zagadnienia matematyczne niezbędne w fizyce i astronomii w zakresie przewidzianym programem kształcenia (KP7_WG1)

2. zna i rozumie problematykę dotyczącą narzędzi i metod stosowanych w różnych dziedzinach fizyki, oraz w zakresie przewidzianym programem kształcenia, zastosowań medycznych (KP7_WG3)

3. zna i rozumie specjalistyczne narzędzia badawcze stosowane w wybranej dziedzinie fizyki, w tym, w zakresie przewidzianym programem kształcenia, procedur pomiarowych stosowanych w fizyce medycznej (KP7_WG4)

4. potrafi właściwie dobierać modele matematyczne do rozwiązywania i analizowania zagadnień fizycznych (KP7_UW1)

5. potrafi dobrać i zastosować w praktyce narzędzia badawcze właściwe dla danej dziedziny fizyki (KP7_UW2)

6. jest gotów do nieustannego podnoszenia własnych kompetencji, mając na względzie szybki postęp w dziedzinie fizyki (KP7_KK1)

7. jest gotów do krytycznej oceny posiadanej wiedzy mierząc się z rzeczywistymi problemami badawczymi i stosowanymi (KP7_KK2)

Prezentacja na egzaminie zawierająca 3 wybrane tematy z wykładów + odpowiedzi na pytania.

Laboratorium: ocena końcowa oparta na ocenach ze sprawozdań z komputerowo wspomaganych doświadczeń fizycznych oraz z pracy na zajęciach