Modern Instruments in Physical Experiments - NEVF165

• Title: Moderní přístroje ve fyzikálních experimentech
• Guaranteed by: Department of Surface and Plasma Science (32-KFPP)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2021
• Semester: summer
• E-Credits: 4
• Hours per week, examination: summer s.:2/1, C+Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech
• Teaching methods: full-time
• Teaching methods: full-time
• Guarantor: doc. RNDr. Lubomír Přech, Dr.; doc. RNDr. Radek Plašil, Ph.D.; doc. Mgr. Pavel Kudrna, Dr.

Annotation

Last update: doc. RNDr. Štěpán Roučka, Ph.D. (24.01.2018)

Základy principů měření elektrických a neelektrických veličin, přehled typů elektronických měřicích přístrojů - osciloskopy, logické analyzátory, spektrální a pulzní amplitudové analyzátory. Zařazení měřicích přístrojů do experimentů - počítačem řízené experimenty (rozhraní pro sběr a přenos experimentálních dat, programovatelná logika a mikropočítače a jejich architektura). Praktické ukázky využití moderních měřících přístrojů v pokročilých experimentech. Vytváření složitějších adaptivních měřicích systémů a jejich řízení.

Course completion requirements

Last update: doc. RNDr. Jiří Pavlů, Ph.D. (14.06.2019)

Podmínkou zakončení předmětu je úspěšné složení zkoušky, tj. hodnocení zkoušky známkou "výborně", "velmi dobře" nebo "dobře". Zkouška musí být složena v období předepsaném harmonogramem akademického roku, ve kterém student předmět zapsal.

Zápočet se uděluje za aktivní účast na cvičeních a vypracování protokolu z měření.

Literature

Last update: doc. RNDr. Štěpán Roučka, Ph.D. (24.01.2018)

V. Farský, V. Prokeš: Elektronické obvody I, II, UJEP Brno 1979.

M. Tichý: Elektronika, www skripta, http://physics.mff.cuni.cz/kfpp/skripta/elektronika/

https://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_test_equipment

https://cs.wikipedia.org/wiki/Osciloskop a další dle doporucení prednášejícího.

Requirements to the exam

Last update: doc. RNDr. Jiří Pavlů, Ph.D. (14.06.2019)

Zkouška je ústní a student dostává typicky dvě otázky ze sylabu předmětu v rozsahu, který byl prezentován na přednáškách.

Syllabus

Last update: doc. RNDr. Štěpán Roučka, Ph.D. (24.01.2018)

1. Měření elektrických a neelektrických veličin
Principy měření elektrických a neelektrických veličin. Převod neelektrických veličin na elektrický signál a zpět (čidla a akční členy -- příklady základních typů). Měření malých signálů. Převod analogového signálu na číslicový, vzorkování a kvantování, spektrum signálu, Nyquistovo kritérium.

2. Přehled typů elektronických měřicích přístrojů
Měřicí přístroje: osciloskopy -- analogové, digitální, paměťové a vzorkovací, logické analyzátory, spektrální a pulzní amplitudové analyzátory. Generátory signálů. Lock-in zesilovače a synchronní detekce.

3. Základy regulační techniky
Základní pojmy z regulační techniky, typy regulace. Dynamické vlastnosti regulačního obvodu, odezva na jednotkový skok vstupní veličiny, dopravní zpoždění. PID regulátor.

4. Zařazení měřicích přístrojů do experimentálních systémů
Základní schéma počítačem řízeného experimentu. Rozhraní pro sběr a přenos dat (analogová a digitální proudová smyčka, sériové/paralelní sběrnice, USB a síťové rozhraní, přístrojové sběrnice). Galvanické oddělení elektronických bloků. Připojení zdroje signálu a zátěže, odrazy a přeslechy. Chytrá čidla.

5. Architektura řízení
Základy logických obvodů, stavové automaty. Programovatelné logické obvody -- principy a užití. Programovatelná logika FPGA. Jednočipové mikropočítače a číslicové signální procesory (bloková architektura a programování).

6. Použití moderních měřících přístrojů
Ukázka práce digitálního osciloskopu a jeho funkce (i) jako logického a integrovaného spektrálního analyzátoru a generátoru vlnových forem, využití aplikačních a softwarových modulů a dalšího příslušenství. (ii) Použití osciloskopu při měření vlastností spínaného zdroje napětí (kontrola funkce, kvalita regulace, vedená a elektromagnetická emise). (iii) Využití osciloskopu pro studium rychlého číslicového řídícího obvodu se sériovými sběrnicemi, (iv) případně pro studium charakteristik nízko-šumového zesilovače.

7. Ukázka řízení složitých experimentálních aparatur
(v) Řídicí systém k aparatuře pro studium nabíjení prachových částic. (vi) Příklad komplexního řízení dílčích experimentů v laboratoři pro studium elementárních procesů v plazmatu. (vii) Řízení řádkového tunelovacího mikroskopu.