Moderní přístroje ve fyzikálních experimentech

Sylabus

*

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.

Anotace

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.