„Méréstechnika” változatai közötti eltérés

A lap 2015. szeptember 9., 11:37-kori változata

Tárgy adatai

• Tárgyfelelős: Dr. Halbritter András, egyetemi tanár
• Oktatók: Dr. Csonka Szabolcs egyetemi docens, Dr. Halbritter András egyetemi tanár
• Kód: BMETE11AF30
• Követelmény: 2/0/0/V/2
• Besorolás: fizika BSC képzés kötelező tárgya
• Nyelv: magyar
• Félévközi számonkérések: -
• A félév végi osztályzat kialakítása szóbeli vizsga alapján történik.
• Konzultációk: egyéni egyeztetés alapján

2014/2015 őszi félév

• Az előadások időpontja és helye: csütörtök 12:15-14:00, F. épület III. lépcsőház 2.emelet 13.
• A tervezett időbeosztás:

1. szeptember 10. Bevezetés, alapfogalmak (Halbritter András)
2. szeptember 17. Egyenáramú mérőműszerek (Halbritter András)
3. szeptember 24. Valós idejű mérések oszcilloszkóppal, nagyfrekvenciás méréstechnika (Halbritter András)
4. október 8. Spektrumanalízis I. (Halbritter András)
5. október 15. Spektrumanalízis II. (Halbritter András)
6. október 29. A zaj fogalma, termikus zaj (Halbritter András)
7. november 5. Poisson-zaj, spektrumanalizátorok típusai, lock in erősítő (Halbritter András)
8. november 12. Fáziszárt hurok, PID szabályozás (Halbritter András)
9. november 19. Metrológia (Csonka Szabolcs)
10. november 26. Metrológia (folytatás), alapvető szenzorok (Csonka Szabolcs)
11. december 3. Alapvető szenzorok (folytatás) (Csonka Szabolcs)
12. december 10. Laborlátogatás

Az előadások fóliái

(jelszó az előadóktól kérhető)

2015/2016 tanév

szerkesztés alatt

2014/2015 tanév

• Alapfogalmak, egyenáramú mérőműszerek, valós idejű mérések oszcilloszkóppal (1-2. óra)
• Spektrumanalzis, a zaj fogalma, lock in errősítő, fáziszárt hurok, PID szabályozás (3-5., 7. óra)
• Metrológia, SI rendszer, idő, távolság, feszültség, áram, hőmérséklet és tömeg precíziós mérése (6., 8. óra)
• Szenzorok I: mágnesestér-érzékelők, távolság- és pozícióérzékelők (8-9. óra)
• Szenzorok II: hőmérsékletszenzorok, fényérzékelők, gyorsulásmérők (9-10. óra)
• Meglepő kísérletek nagyfrekvencián, hullámterjedés koaxiális kábelben, hullámimpedancia, nagyfrekvenciás eszközök és méréstechnikák (11-13. óra)

Vizsgatematika

A viszgán mindenki egy tételt húz az alábbi tételek közül, melyet részletesen kell ismertetni. Ezen kívül számos más tétellel kapcsolatban felteszünk gyorsan megválaszolható kérdéseket. A felkészülésnél kérjük, hogy mindenki elsősorban az anyag megértésére helyezze hangsúlyt, és mindenki gondolja végig, hogy az egyes témaköröknek mik a legfontosabb üzenetei. A vizsgára mindenki hozhat magával egy A4-es lap méretű (kétoldalas) saját kézírással készített "puskát", mely felhasználható a készüléshez. (A vizsga közben, pl. a villámkérdéseknél ez a segédanyag már nem használható!) Az újrafelhasználás elkerülése végett a vizsga után beszedjük a segédanyagot.

1. Feszültség- és áramforrások, feszültség- és árammérők. Kis egyenfeszültség előállítása a hálózati feszültségből, kapcsoló üzemű tápegység. Négypont ellenállásmérés.
2. Műveleti erősítő. Feszültségerősítő és áramerősítő, illetve komparátor alapkapcsolások. A/D és D/A átalakítók.
3. Adatgyűjtő kártyák legfontosabb jellemzői. Közös és normál módusú jelek elnyomása.
4. Analóg és digitális oszcilloszkóp, alapvető beállítások, mintavételezési módszerek. Mérések oszcilloszkóppal, rms feszültség fogalma. Szinkronizálás, függvénygenerátor burst üzemmódja. Aliasing.
5. Fourier-sorok, Fourier-transzformáció. Véges időtartományra vett Fourier-integrál. Diszkrét Fourier-transzformáció (DFT). Az FFT alapelve.
6. Ablakfüggvények: spektrális szivárgás, frekvenciafelbontás, amplitúdópontosság, téglalap, hanning és flattop ablak. Fourier-transzformáció speciális alkalmazásai: impulzus NMR, FT optikai spektroszkópia.
7. A zaj kísérleti definíciója. A zaj spektrális sűrűsége, az áram-áram korrelációs függvény és az áramfluktuációk Fourier transzformáltja, illetve ezen mennyiségek közötti kapcsolat. Spektrális sűrűség számolása DFT alapján. A zajteljesítmény fogalma.
8. Termikus zaj számolása, áramerősítő minimális bemeneti zaja. Keresztkorrelációs méréstechnika.
9. Poisson zaj számolása, elektrontöltés mérése. Szűrés konvolúcióval, ekvivalens zaj sávszélesség fogalma.
10. Spektrumanalizátorok típusai: FFT spektrumanalizátor, swept-tuned spektrumanalizátor, hibrid spektrumanalizátor. Heterodin rádió.
11. A lock in erősítő alapelve, és legfontosabb alkalmazásai. Magasabb harmonikus generálás. Fáziszárt hurok (PLL).
12. PID szabályozás fontos felhasználása: hőmérsékletszabályozás és atomi szintű távolságszabályozás (STM). Atomerőmikroszkóp kvarcszenzorral. Rezonátorok jósági tényezőjének a fogalma.
13. Mértékegységek nemzetközi rendszere (SI), alap mértékegységek régi és új definíciói.
14. Másodperc standard, atomórák. Feszültségmérés visszavezetése időmérésre: Josephson-effektus. Árammérés visszavezetése feszültségmérésre: kvantált Hall-effektus. Árámmérés visszavezetése időmérésre: elektronpumpa. Tömegmérés: Watt-mérleg és Avogadro projekt.
15. Mágnesestér-érzékelők: induktív érzékelők, magnetorezisztív szenzorok, GMR szenzor és spin-szelep, Hall-szonda, SQUID.
16. Távolság- és pozícióérzékelők: induktív adó, kapacitív elmozdulásérzékelők, lézeres és ultrahangos távolságérzékelők, LIDAR rendszer.
17. Hőmérsékletszenzorok. Elsődleges és másodlagos hőmérők. Termopárok, ellenálláshőmérők, termisztorok. Fényérzékelők: Fotodiódák, CCD érzékelők, CMOS active pixel szenzor, bolométerek. Gyorsulásmérők: MEMS gyorsulásmérők és giroszkópok, piezoelektromos gyorsulásmérők.
18. Meglepő kísérletek nagyfrekvencián. Hullámterjedés koaxiális kábelben. A hullámimpedancia fogalma. Az „50 Ohm-os” impedancia szerepe és története
19. Nagyfrekvenciás eszközök (források, detektorok, vezetékek, illesztések, csatolók, hybrid tee, izolátor, cirkulátor, mixer). Érdekességek: RFID, SAW, Mikrohullámú háttérsugárzás, SETI, stb.

IRODALOM

• Keithley Low Level Measurements handbook
• Varga Dezső és Bagoly Zsolt (ELTE TTK): Elektronika és méréstechnika
• James A. Blackburn: Modern Instrumentation for Scientists and Engineers
• Fredric J. Harris: On the use of Windows for Harmonic Analysis with the Discrete Fourier Transform Proceedings of the IEEE 66 p51–83 (1978)
• Heinzel, G.; Rüdiger, A.; Schilling, R. (2002). Spectrum and spectral density estimation by the Discrete Fourier transform (DFT), including a comprehensive list of window functions and some new flat-top windows