Komputerowe techniki pomiarowe

obowiązkowe

Celem przedmiotu jest nauczenie podstawowych technik komputerowych stosowanych w fizyce doświadczalnej.

w sali

Zapoznanie studentów z komputerowymi technikami stosowanymi w

eksperymentach fizycznych, ich zasadą działania oraz przykładami.

Organizacja i klasyfikacja systemów pomiarowych.

Pomiar czasu w eksperymentalnym układzie pomiarowym.

Sygnały pomiarowe, ich transmisja i przetwarzanie.

Standardowe oraz specjalistyczne interfejsy pomiarowe (VXI, IEEE-488,

DAQ).

Czujniki pomiarowe wielkości fizycznych (pojemnościowe, parametryczne,

magnetyczne, półprzewodnikowe, mechaniczne).

Elementy sterowania w układzie pomiarowym (silniki, skanery).

Wstęp do pomiarowych systemów wirtualnych.

Wprowadzenie do programowania obiektowego LabVIEW. Eksperyment

fizyczny sterowany przez internet „on-line”.

Przykłady zastosowania technik pomiarowych w fizyce

Profil studiów: ogólnoakademicki.

Forma studiów: stacjonarne.

Moduł: metody matematyczne i komputerowe, przedmiot obowiązkowy.

Dziedzina i dyscyplina nauki: nauki fizyczne, fizyka.

Rok studiów, semestr: 1 rok, 2 semestr, studia II stopnia.

Wymagania wstępne: brak.

Metody dydaktyczne: wykład, ćwiczenia laboratoryjne, dyskusje, konsultacje, samodzielne studiowanie.

Punkty ECTS: 4.

Bilans nakładu pracy studenta: wykład (30 godzin), laboratorium (30 godzin), przygotowanie do zajęć (20 godzin), udział w konsultacjach przedmiotowych (5 godzin), przygotowanie do egzaminu końcowego i udział w egzaminie (13+2 godziny).

Wskaźniki ilościowe: wykład (1.2 punktów ECTS), laboratorium (1.2 punktów ECTS), przygotowanie do zajęć (0.8 punktów ECTS), udział w konsultacjach przedmiotowych (0.2 punktów ECTS), przygotowanie do egzaminu końcowego i udział w egzaminie (0.6 punktów ECTS).

Zakres tematów:

Wykład:

-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.

-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.

-Sterowanie w układzie pomiarowym (silniki, skanery).

-Wprowadzenie do programowania graficznego LabVIEW (struktura, konstrukcje, 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 - skaningowe mikroskopia tunelowa, sił atomowych oraz

magnetycznych (zasada, schemat, przetwarzanie i analiza danych)

-Technika pomiarowa - techniki rezonansowe w pomiarach właściwości magnetycznych (zasada, schemat, przetwarzanie i analiza danych)

-Technika pomiarowa - techniki wykorzystujące obrazowanie sonograficzne (zasada, schemat, przetwarzanie i analiza danych)

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 analizy, przetwarzania oraz

obróbki danych pomiarowych.

-Komputerowo wspomagane ćwiczenia:

--Badanie wahadła matematycznego.

--Badanie drgań tłumionych w układzie wahadła sprężynowego.

--Rezonans w układzie RLC, wyznaczenie podstawowych parametrów.

--Badanie promieniowania żarówki oraz wyznaczenia zależności natężenia

światła w funkcji odległości.

--Badanie procesów ładowania i rozładowania kondensatora w układzie RC.

--Sprawdzenie prawa Malusa.

--Wyznaczenie prędkości dźwięku w powietrzu.

--Sprawdzenie prawa indukcji Faradaya.

--Ćwiczenie z promieniotwórczości.

--Efekt fotoelektryczny.

--Wybrane doświadczenie internetowe.

-Elementy programowania w języku LabVIEW

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

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

2. zna narzędzia matematyczne do analizy danych eksperymentalnych, analizy sygnałów i obrazów, w tym medycznych obrazów diagnostycznych, o ile specjalność to przewiduje (K_W29)

3. umie ze zrozumieniem korzystać z komputerowych narzędzi do analizy danych eksperymentalnych i komputerowego sterowania pomiarem (K_U15)

4. zna ograniczenia stosowalności wybranych koncepcji teoretycznych oraz procedur eksperymentalnych, w tym, o ile specjalność to przewiduje, procedur pomiarowych stosowanych w fizyce medycznej (K_W04)

5. zna budowę oraz zasady działania aparatury pomiarowej do wybranych doświadczeń z zakresu fizyki ciała stałego, o ile specjalność to przewiduje (K_W07)

6. potrafi pracować w zespole przyjmując w nim różne role, w tym w szczególności rolę kierowniczą lub koordynatora eksperymentu, potrafi przyjąć odpowiedzialność za realizowane zadanie zespołowe; jest gotów do pogłębia umiejętności pracy w zespole laboratoryjnym (K_U46)

7. umie, z poszanowaniem praw własności intelektualnej, korzystać z narzędzi komputerowych dostępnych w zasobach Internetu (K_U17)

8. umie ze zrozumieniem korzystać z komputerowych narzędzi przetwarzania i analizy sygnałów, o ile specjalność to przewiduje (K_U43)

Wykład: zaliczenie ustne i/lub pisemne, które weryfikuje uzyskaną wiedzę.

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