455-0332/01 – Měřicí systémy (MS)
Garantující katedra | Katedra měřicí a řídicí techniky | Kredity | 6 |
Garant předmětu | doc. Ing. Radovan Hájovský, Ph.D. | Garant verze předmětu | doc. Ing. Radovan Hájovský, Ph.D. |
Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
Ročník | 1 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
Rok zavedení | 2003/2004 | Rok zrušení | 2009/2010 |
Určeno pro fakulty | FEI | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Studenti se seznámí s analýzou a syntézou elektronických číslicových i analogových měřicích systémů z hlediska teorie lineárních systémů a teorie informace. Získají znalosti o návrhu optimálních systémů měření z hlediska minimalizace chyby a maximalizace přenášené informace.
Studenti budou schopni návrhu měřicího informačního systému z hlediska optimalizace jeho dynamických vlastností, chyb a výkonu.
Vyučovací metody
Přednášky
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Projekt
Anotace
Předmět je zaměřen na analýzu a syntézu číslicového měřicího obvodu z hlediska jeho vlastností jako speciálního kybernetického systému přenášejícího a zpracovávajícího signál s určitou informací. Uvádí obecná i speciální kriteria
jeho kvality v časové i frekvenční oblasti i z hlediska teorie informace.
Rozebírá podmínky přenosu měřicího signálu informačním kanálem v přítomnosti rušení. Cílem učební látky je seznámit studenty s metodami a postupem návrhu měřicích informačních systémů, optimálních z hlediska jejich dynamických vlastností, střední kvadratické chyby a maximální přenesené informace.
Povinná literatura:
Prchal,J.: Signály a soustavy. Praha, SNTL/ALFA 1987.
Krauss, M.,Woschni,E.G.: Měřicí informační systémy. Praha, SNTL 1981.
Pokorný,M.: Elektronická měření II, VŠB-TU Ostrava, 1995.
Garrett,P.H.:Computer Interface Engineering for Real Time Systems, Prentice-Hall, Inc., 1987.
Steiner,V.: Elektronické meracie prístroje a systémy, STU Bratislava, 1995.
Sedláček,M.: Zpracování signálů v měřicí technice, ČVUT Praha, 1993.
Firemní literatura Hewlett-Packard.
Doporučená literatura:
Pokorný,M.:Měřicí systémy. Sylaby na WWW stránkách katedry,2002 (http://kat455.vsb.cz)
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Průběžná kontrola studia:
Průběžná kontrola je prováděna na základě účasti studenta v laboratorních cvičeních.
Podmínky udělení zápočtu:
Student může dosáhnout 40 bodů za elaboráty laboratorních cvičení resp. 20 bodů za elaboráty a 20 bodů za vypracování semestrální práce. Minimální počet dosažených bodů pro udělení zápočtu je 25.
Pro absolvování předmětu musí student obdržet zápočet a složit závěrečnou zkoušku. Závěrečná zkouška má dvě části - písemnou se ziskem 0-40 bodů a ústní se ziskem 0-20 bodů. K absolvování předmětu musí student absolvovat obě části zkoušky.
E-learning
Další požadavky na studenta
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
Přednášky:
Měřicí signály a soustavy.
Spojité systémy, Fourierův integrál, výpočet konvolutorního integrálu. Periodické signály časově spojité. Spektrum spojitého signálu. Signály a soustavy diskrétní v čase. Vlastnosti Fourierovy transformace pro diskrétní signály, spektrum diskrétního signálu. Diskrétní konvoluce.
Základní popis získávání a přenosu informace v měřicích informačních systémech. Základní model měřicího systému, základy optimalizace měřicího informačního systému, přehled statistických charakteristik signálů používaných v měřicích
systémech - distribuční funkce, hustota pravděpodobnosti, očekávané hodnoty, korelační funkce a spektrální výkonová hustota, způsoby měření statistických charakteristik signálů.
Zpracování stochastických signálů.
Měřicí signál jako náhodný proces, charakteristiky náhodného procesu, náhodný proces stacionární a ergodický. Analýza náhodného procesu v časové a frekvenční oblasti.
Charakteristiky a kriteria jakosti měřicího informačního systému ve frekvenční a časové oblasti.
Nuly a póly přenosové funkce, přechodová a impulzní charakteristika a její výpočet z přenosové funkce, souvislosti mezi vstupní a výstupní funkcí, charakteristické hodnoty a kritéria, statická chyba, linearizace, dynamické
charakteristiky - mezní frekvence a doba ustálení, odhad dynamických chyb pomocí charakteristických hodnot. Kriterium střední kvadratické chyby.
Kriteria jakosti podle teorie informace.
Informační obsah měřicího signálu, vstupní a výstupní entropie,
transinformace. Celková a zbytková entropie signálu. Tok informace a kapacita měřicího kanálu.
Spolehlivost přenosu informace.
Spolehlivost přenosu spojité informace a pravděpodobnost chyby přenosu u lineárních systémů s působením rušivých signálů.
Transinformace
Poměrná spolehlivost přenosu, spolehlivost a pravděpodobnost chyby, horní mez spolehlivosti, tok informace a kapacita kanálu, porovnání analogových a číslicových metod měření z hlediska teorie informace
Optimalizace měřicích informačních systémů podle dynamických vlastností. Korekce dynamických vlastností měřicího systému. Ideální korekce. Číslicová korekce. Podmínka fyzikální realizovatelnosti, přehled korekčních členů, kompenzační metoda.
Optimalizace podle kriteria střední kvadratické chyby.
Korekce dle kriteria střední kvadratické chyby přenosu, Wienerův-Kolmogorovův optimální filtr. Ideální srovnávací přenos.
Optimalizace MIS podle teorie informace.
Korekce podle maximální transinformace. Prohloubení podmínky optimalizace střední kvadratické chyby, optimální srovnávací přenos.
Realizovatelný optimální systém
Eentropie optimálního systému. Optimalita systému pro signály s jiným než Gaussovým rozložením hustoty pravděpodobnosti.
Parametrická citlivost měřicích informačních systémů.
Vliv změny parametrů měřicího informačního systému na jeho charakteristiky. Citlivostní funkce systému. Citlivost na změny parametrů optimálního systému.
Vliv konečné délky slova na kvalitu měřicího informačního systému. Vyjádření čísel při číslicovém zpracování signálu, kvantování. Vliv kvantování koeficientů filtrů, vliv konečné délky slova u číslicových filtrů
Cvičení:
Příklady ilustrující vlastnosti konkrétních případů spojitých a diskrétních signálů.
Opakování základních pojmů teorie informace. Statistické charakteristiky náhodných signálů, prezentace různých typů distribučních funkcí.
Praktické výpočty parametrů korekčních obvodů lineárních měřicích informačních systémů.
Výpočet Wiener-Kolmogorovova optimálního filtru.
Výpočet optimálního filtru.
Příklady změn kvality číslicových filtrů při změně délky slova.
Příklady zlepšení kvality signálu
Příklady výpočtu chyby měřicího řetězce
Laboratoře:
Konstrukce amplitudové a frekvenční charakteristiky lineárního systému v logaritmických souřadnicích, výpočet parametrů systému v časové oblasti z jeho operátorového přenosu. Měření charakteristik MIS v časové oblasti.
Výpočty kriterií měřicích informačních systémů odvozených z teorie informace. Měření charakteristik MIS ve frekvenční oblasti.
Měření spektrálních vlastností signálů.
Měření spektrálních výkonových hustot měřicích signálů.
Virtuální měřicí technika
Počítačové laboratoře:
Výpočet korelačních funkcí na počítači. Měření korelačních závislostí signálů.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky