450-2027/03 – Elektronická měření a přístroje (EMP)

Garantující katedraKatedra kybernetiky a biomedicínského inženýrstvíKredity4
Garant předmětuIng. Radovan Hájovský, Ph.D.Garant verze předmětuIng. Radovan Hájovský, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinně volitelný typu B
Ročník3Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2019/2020Rok zrušení
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studiabakalářské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
HAJ74 Ing. Radovan Hájovský, Ph.D.
VEL0069 Ing. Jan Velička
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+2
kombinovaná Zápočet a zkouška 2+12

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Cílem předmětu je seznámení studentů se základní strukturou měřicího řetězce z hlediska jeho vlastností a minimalizace chyb. Jsou zde vysvětleny základní bloky měřicího řetězce se zaměřením na jeho statické a dynamické vlastnosti. Dalším cílem je také seznámení studentů a získání dovedností v používání moderních metod měření s využitím speciálních funkcí měřicích přístrojů např. v oblasti dekódování sériových sběrnic, technické diagnostiky, analýzy frekvenčního spektra apod. Studenti jsou také seznámení s aktuálními trendy v oblasti přenosu a zpracování dat. Jsou zde také prezentovány základní informace o problematice elektromagnetické kompatibility s praktickými příklady ukázek měření. Po absolvování předmětu jsou studenti schopni správně sestavit a použít měřicí řetězec pro měření dané veličiny, jsou schopni používat moderní měřicí techniku a správně zpracovat a vyhodnotit naměřená data.

Vyučovací metody

Přednášky
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři

Anotace

Předmět je zaměřen na problematiku elektronických měření s použitím moderních měřicích přístrojů a využití jejich speciálních funkcí. Jsou zde detailně popsány základní bloky měřicího systému s ohledem na jejich statické a dynamické vlastnosti a také s ohledem na minimalizaci chyb měření. Na praktických úlohách jsou zde vysvětleny a demonstrovány metody měření základních veličin od návrhu správných senzorů po zpracování a vyhodnocení dat. Studenti jsou seznámení jak s klasickými měřicími přístroji tak především s moderními funkcemi těchto přístrojů, které umožňují v reálném čase např. dekódování sériových sběrnic, provádět FFT analýzu apod. V rámci přednášek a cvičení jsou studenti také seznámení s oblastí Industry 4.0 a IoT z hlediska realizace měřicího řetězce s ohledem na minimalizaci energetické náročnosti a volby metod bezdrátového přenosu a zpracování dat. Jsou zde uvedeny a demonstrovány základní používané technologie jako jsou LoRa, SigFox, IQRF. Studenti jsou také seznámení se základními pojmy z oblasti elektromagnetické kompatibility a je demonstrováno moderní přístrojové vybavení včetně ukázek metod měření vyzařovaného rušení.

Povinná literatura:

HAASZ, Vladimír a Miloš SEDLÁČEK. Elektrická měření: přístroje a metody. Praha: České vysoké učení technické, 1998. ISBN 80-01-01717-6. CARR, Joseph J. Elements of electronic instrumentation and measurement. 3rd ed. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice Hall, c1996. ISBN 0-13-341686-0. HÁJOVSKÝ, Radovan, POKORNÝ, Miroslav. Elektronická měření a přístroje. Studijní materiály pro studijní obor Měřicí a řídicí technika Fakulty elektrotechniky a informatiky. Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost: Inovace oboru Měřicí a řídicí technika na FEI, VŠB - TU Ostrava, CZ.1.07/2.2.00/15.0113

Doporučená literatura:

VEDRAL, Josef a Jan FISCHER. Elektronické obvody pro měřící techniku. Vyd. 2. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2004. ISBN 80-01-02966-2. KOVÁČ, Dobroslav, Irena KOVÁČOVÁ a Ján KAŇUCH. EMC z hlediska teorie a aplikace. Praha: BEN - technická literatura, 2006. ISBN 80-7300-202-7. VACULÍK, Emil a Polina VACULÍKOVÁ. Elektronická kompaktibilita elektrotechnických systémů: praktický průvodce techniky omezení elektromagnetického vf rušení : ČSN-ČSN EN-ČSN IEC-ČSN CISPR-ČSN ETS. Praha: Grada, 1998. ISBN 80-7169-568-8.

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Průběžná kontrola studia: Průběžná kontrola studia je prováděna na základě účasti studenta v laboratorních cvičeních. Obsah a forma jednotlivých hodnocených prací: Protokoly z laboratorních cvičení: Protokoly z laboratorních cvičení obsahují standardní formu pro protokoly. Detailní popis je probrán na úvodním cvičení. Podmínky udělení zápočtu: Student může dosáhnout max. 40 bodů za protokoly z laboratorních cvičení. Minimální počet dosažených bodů pro udělení zápočtu je 10 a minimální účast na cvičeních je 85%. Pro absolvování předmětu musí student obdržet zápočet a složit závěrečnou zkoušku. Závěrečná zkouška má dvě části: písemnou se ziskem 5-40 bodů a ústní se ziskem 5-20 bodů. K absolvování předmětu musí student absolvovat obě části zkoušky.

E-learning

Další požadavky na studenta

Žádné další požadavky na studenta nejsou kladeny

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Přednášky: 1.Základní pojmy měřicí techniky a. Základní pojmy z ČSN EN 60359 (Elektrická a elektronická měřicí zařízení - Vyjadřování vlastností) b. Metrologická charakteristika měřicího přístroje c. Měřená veličina, ovlivňující veličina, referenční podmínky, mezní podmínky d. Chyby přístroje, systematické, náhodné, e. Vyjádření chyb: absolutní, relativní, pro analogové přístroje, digitální přístroje 2.Základní pojmy metrologie a. Výsledek měření, soubor hodnot, nejistoty měření, zápis výsledků b. Metrologie, kategorie měřidel c. Kalibrace, justace, kalibrační křivka, kalibrační diagram d. Kompatibilita měření, vlastnost prokázaná při všech výsledcích měření stejné veličiny, charakterizovaný patřičným překrýváním jejich údajů e. Přímé a nepřímé měření, výpočet chyb a nejistot 3.Elektronický měřicí systém a. Definice požadavků, analýza a teoretický návrh b. Měřicí metody c. Výběr snímačů a měř prostředků/přístrojů d. Sestavení měřicího zařízení e. Připojení k měřenému objektu, nastavení parametrů f. Metody přenosu naměřených dat g. Zpracování naměřených dat h. Význam prezentace výsledků měření i. Automatizace měření 4.Základní bloky měřicího řetězce a. Chyby bloků a jejich skládání b. Měřicí převodník A/A (např. snímač teplota na 0-10V) c. Aditivní a multiplikativní chyba d. Statické a dynamické vlastnosti e. Snímače v měřicím řetězci, jejich parametry, způsoby použití. (příklad: způsoby měření teploty) 5.Analogové obvody v měřicích systémech určené pro předzpracování signálu a. Symetrický a nesymetrický signál, diferenciální vstupy b. Problematika zemnění, společná zem, termoelektrické napětí c. Signálové vedení, vlastnosti dvojlinky, koaxiálního kabelu d. Poměr signál/šum e. Měřicí zesilovače a filtry v měřicím řetězci (možná bude třeba rozdělit do další před.) 6.A/D a D/A konverze měřených dat, vzorkování signálu a. Vzorkování, kvantování, spektrum vzorkovaného signálu b. Vlastnosti A/D převodníků (SNR, SINAD, dynamický rozsah, chyba …) c. Aliasing v časové a frekvenční oblasti d. Význam antialaiasing filtru, potlačení aliasingu, návrh filtru e. Rekonstrukce signálu D/A převod 7.Měřený signál, parametry signálů v časové a frekvenční oblasti a. Harmonická analýza signálů s ohledem na měřený signál b. Syntéza harmonických signálů 8.Architektura elektronických měřicích systémů a. Rozdělení na laboratorní, průmyslové (požadavky) b. Lokální a rozlehlé c. Centralizované (GPIB, RS232) a distribuované (LAN, MESH sítě, …) d. Struktura MS: sběrnice, kruh, hvězdice, bridge e. Metody přenosu dat - RS232, RS422, RS485 … f. Měřicí ústředna 9.Metodologie měření s osciloskopem (speciality moderních přístrojů, dekódovaní digitálních sběrnic) a. Použití moderních osciloskopů – jejich speciální funkce – návaznost na základní měření b. Využití FFT, ZOOM, možnosti využití dekódování sběrnic – I2C aj. c. Možnosti exportu dat 10.Metodologie měření se spektrálním analyzátorem a. Použití spektrálního analyzátoru pro analýzu signálu ve frekvenčním spektru b. Nastavení základních parametrů – šířka pásma, měřená veličina, typy trejsů c. Analýza naměřeného spektra – detekce peaků d. Použití pokročilejších funkcí – měření výkonu, tracking generátor e. Možnosti exportu dat 11.Technická diagnostika (měření vibrací - Pulse) a. Popis čím se zabývá technická diagnostika s ohledem na problematiku měření a přístrojového vybavení (měření hluku a vibrací) b. Popis procesu měření vibrací, měřicí řetězec, popis jednotlivých komponent potřebných k měření (systém PULSE od Bruel&Kjaer) c. Popis procesů měření hluku – souvislosti s hygienou práce – zdravotní ústav 12.EMC, význam a metody měření a. Rozdělení problematiky EMC na EMI a EMS, popis jednotlivých oblastí b. Přehled přístrojové techniky a dalších komponent pro měření EMI a EMS c. Metody měření rušivých signálů (vedením a vyzařováním) d. Metody měření ESD 13.Moderní metody v oblasti měření, problematika Industry 4.0 a IoT. a. Poznatky z aktuálních trendů v oblasti měření a monitorování – přenos dat, cloudovské úložiště, vizualizace dat b. Souvislost Industry 4.0 a oblasti měření – důraz na bezpečnost, autonomnost, energetická náročnost c. IoT – popis problematiky, názorné příklady využití měření + IoT, příklady z praxe (technologie LoRa, SigFox, NB-ioT, IQRF) 14.Použití technologie IQRF pro rozsáhlá měření a zpracování dat a. Popis technologie IQRF, přehled produktů se zaměřením na měření b. Tvorba MESH sítě, nastavení koordinátora sítě a jednotlivých měřicích uzlů c. Přenos dat na cloud d. Zpracování a vizualizace dat Laboratoře: Cvičení 1 – Úvod - Úvodní cvičení, seznámení se s přístrojovým vybavením laboratoře, školení bezpečnosti, seznámení se laboratorními úlohami, seznámení se se simulačním prostředním Multisim. Cvičení 2 – Usměrňovače, stabilizátory - Seznámení se s činnosti jednocestného a dvojcestného usměrňovače a s činností stabilizátorů (se Zenerovou diodou, 78XX), simulace zapojení usměrňovačů pomocí Multisim, praktické zapojení jednocestného a dvoucestného usměrňovače, Greatzova můstku a praktické zapojení daných zapojení stabilizátorů vykreslení jednotlivých průběhů na osciloskopu, porovnání se simulačními průběhy. Cvičení 3 – Dynamické vlastnosti systémů v časové oblasti - Praktické ověření dynamických charakteristik systémů v časové oblasti, změření přechodové charakteristiky RC článku, simulace přechodové charakteristiky pro různé časové konstanty v Multisim, ověření přechodových charakteristik na měřicím přípravku pro 3 časové konstanty, vykreslení jednotlivých průběhu na osciloskopu, porovnání se simulačními průběhy. Cvičení 4 – Dynamické vlastnosti systémů ve frekvenční oblasti - Praktické ověření dynamických charakteristik systémů ve frekvenční oblasti, návrh pasivního a aktivního filtru prvního řádu typu dolní propust pomocí SW FilterPro pro zadanou kritickou frekvenci, simulace navrhnutého zapojení pomocí Multisim, praktická realizace navrhnutých zapojení, změření frekvenčních charakteristik a jejich vykreslení na spektrálním analyzátoru, porovnání se simulačními průběhy. Cvičení 5 – Základní zapojení s operačními zesilovači - Praktické měření a ukázka základních zapojení s OZ, návrh invertujícího, neinvertujícího, integračního, derivačního a sumačního zapojení, simulace zapojení v Multisim, praktická realizace uvedených zapojení, vykreslení jednotlivých průběhů na osciloskopu, porovnání se simulačními průběhy, diskuze chyb měření v závislosti na použitých OZ. Cvičení 6 – AD převodníky - Praktická ukázka činnosti A/D převodníků, simulace činnosti jednotlivých druhů A/D převodníků pomoci Multisim, demonstrační měření A/D převodníků na měřicím přípravku, porovnání naměřených hodnot se simulačními, diskuze parametrů jednotlivých druhů A/D převodníků. Cvičení 7 – Měření teploty - Seznámení se s metodami měření teploty, seznámení se s jednotlivými použitými metodami, ukázky jednotlivých senzorů, popis jejich vlastností (rozsah, přesnost, výstupní signál, dynamické charakteristiky), návrh a praktická realizace měření pomocí odporových čidel PT 100, termočlánků, DS18B20, diskuze ohledně přesnosti měření. Cvičení 8 – Speciality moderních osciloskopů – dekódování sériových sběrnic - Seznámení se s moderními funkcemi digitálních osciloskopů. Demonstrace využití FFT, ZOOM, matematických operací. Demonstrace použití možnosti dekódování sériových sběrnic – I2C. Možnosti exportu dat. Cvičení 9 – Technická diagnostika - Seznámení se s oblastí technické diagnostiky, metodikou měření a vyhodnocení kritických stavů, demonstrační měření otáček motoru pomocí akcelerometru a systému PULSE, demonstrace zpracování dat ve frekvenční a časové oblasti Cvičení 10 - Demonstrace možnosti použití HW řešení pro měření analogového signálu, přenosu a vizualizace dat - Seznámení se s komerčními možnostmi převodníků měřených veličin na unifikovaný signál/sběrnici, demonstrace použití převodníku AD4ETH, praktická realizace měření analogového signálu a přenosu dat pomocí ethernetu, vizualizace naměřených hodnot pomocí www stránek Cvičení 11 – Elektromagnetická kompatibilita – základy měření - Seznámení se s problematikou měření EMC parametrů technologických zařízení, ukázka potřebného vybavení pro testování EMI, demonstrace měření rušivých signálů šířených po vedení a prostorem, demonstrace měření s použitím sond pro blízké pole, ukázka měření v GTEM komoře Cvičení 12 - Demonstrace možnosti použití technologie IQRF pro měření a vizualizaci dat. - Seznámení se s využitím technologie IQRF pro měření. Ukázka měření na vývojovém kitu – měření teploty. Cvičení 13 - Demonstrace tvorby MESH sítě a rozsáhlých měřicích systémů, přenos dat na cloud, zpracování dat. - Seznámení se s návrhem a tvorbou MESH sítě. Sestavení MESH sítě pro měření teploty a vlhkosti. Demonstrace přenosu naměřených dat na cloud, jejich zpracování a vizualizace. Cvičení 14 – Konzultační cvičení, možnost náhradního měření, diskuse nad protokoly o měření, zápočet.

Podmínky absolvování předmětu

Kombinovaná forma (platnost od: 2019/2020 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 40  10
        Zkouška Zkouška 60  10
Rozsah povinné účasti: 80% účast na cvičeních

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.FormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2019/2020 (B0714A150001) Řídicí a informační systémy P čeština Ostrava 3 povinně volitelný typu B stu. plán
2019/2020 (B0714A150001) Řídicí a informační systémy K čeština Ostrava 3 povinně volitelný typu B stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku