Учебная программа для высших учебных заведений по специальности i-54 01 04 Метрологическое обеспечение информационных систем и сетей Согласована с Учебно-методическим управл
| Вид материала | Программа |
- Учебная программа для высших учебных заведений по специальности 1-45 01 01 Многоканальные, 1211.5kb.
- Грамм для высших учебных заведений по специальности i-54 01 04 метрологическое обеспечение, 855.16kb.
- Учебная программа для высших учебных заведений по специальности 1-98 01 02 Защита информации, 1150.88kb.
- Учебная программа для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям, 438.29kb.
- Типовая учебная программа для высших учебных заведений по специальности: 1-23, 794.76kb.
- Типовая учебная программа для высших учебных заведений по специальности 1-33, 400.17kb.
- Типовая учебная программа для высших учебных заведений по специальности: 1-21, 290.18kb.
- Типовая учебная программа для высших учебных заведений по специальности: 1-23, 987.19kb.
- Типовая учебная программа для высших учебных заведений по специальности 1-23, 164.64kb.
- Типовая учебная программа для высших учебных заведений по специальности 1-21, 454.66kb.
Методы и средства измерений
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности I-54 01 04 Метрологическое обеспечение
информационных систем и сетей
Согласована с
Учебно-методическим
управлением БГУИР
10.05.2006.
СОСТАВИТЕЛЬ:
С.В. Ляльков, доцент кафедры метрологии и стандартизации Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук, доцент
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
В.Г. Смирнов, заместитель директора Белорусского государственного института повышения квалификации и переподготовки кадров по стандартизации, метрологии и управлению качеством, кандидат технических наук, доцент;
Кафедра стандартизации, метрологии и информационных систем Учреждения образования «Белорусский национальный технический университет» (протокол № 10 от 08.02.2006.)
РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ ТИПОВОЙ:
Кафедрой метрологии и стандартизации Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 4 от 28.12.2005.);
Научно-методическим советом секции по специальности I-54 01 04 Метрологическое обеспечение информационных систем и сетей УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол №2 от 25.01.2006.)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Методы и средства измерений» разработана для специальности I-54 01 04 «Метрологическое обеспечение информационных систем и сетей высших учебных заведений.
Значение дисциплины «Методы и средства измерений» при подготовке инженеров непрерывно возрастает в соответствии с возрастанием роли метрологии как науки об измерениях во всех областях жизни и деятельности человечества. Усложнение технологий при производстве средств электроники, информатики и связи приводит к резкому увеличению количества измерений. Количественный метод исследований на основе измерительной информации, получаемой в результате измерений, в настоящее время широко используется даже в психологии, спорте, педагогике и т.д. Постоянное повышение требований к качеству продукции и услуг, их безопасности, охраны окружающей природной среды требуют, в свою очередь, повышения точности получаемых результатов измерений, учета всех его составляющих и особенно человеческого фактора, т.е. квалификации лиц, проводящих измерения. Обеспечить выполнение этих требований могут только профессиональные инженеры, подготовленные для работы в области метрологии, стандартизации и сертификации. Дисциплина «Методы и средства измерений» систематизирует и углубляет полученные студентами ранее знания, умения и навыки и создает фундамент для завершения этой подготовки на последующих этапах обучения. Она обеспечивает базовую подготовку инженеров-метрологов в области измерений, которая должна непрерывно действовать во время всего периода обучения.
Целью преподавания данной дисциплины является приобретение студентами знаний, умений и навыков в области проведения измерений, а также возможностей их применения при практической деятельности инженера-метролога.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
знать:
- принципы, методы и средства измерений электрических величин в широком диапазоне частот и широких пределах значений измеряемых величин;
- принципы, методы и средства измерений параметров электро-радиотехнических цепей в широком диапазоне частот и широких пределах значений измеряемых величин;
- обобщенные структурные схемы электро- радиоизмерительных приборов;
- метрологические возможности современных электро- радиоизмерительных приборов;
- конкретные типы современных электро- и радиоизмерительных приборов общего и специального назначения;
- организацию и порядок проведения поверки средств измерений;
- методы и средства поверки;
- поверочные схемы;
- методики поверки основных средств измерений;
уметь характеризовать:
- методы и средства измерений, применяемые в радиоэлектронике, информатике и связи;
- основные проблемы совершенствования электрорадиоизмерительных приборов;
- методы обработки результатов измерений и поверки средств измерений;
уметь анализировать:
- тенденции развития системы метрологического обеспечения средств измерений;
- технические и метрологические характеристики средств измерений при выборе метода измерения и измерительной аппаратуры для решения конкретной измерительной задачи;
- поверочные схемы;
- полученные результаты измерений и поверки средств измерений с точки зрения единства измерений и качества услуг и продукции;
приобрести навыки:
- методически правильного выполнения измерений и поверки средств измерений, оценки и оформления полученных результатов в соответствии с действующими нормативными документами;
- контроля и диагностики параметров аппаратуры, показателей их качества, устанавливать их соответствие действующим нормам;
- эксплуатации современной электро- и радиоизмерительной аппаратуры;
- разработки методик поверки средств измерений;
- проведения поверки средств измерений.
Программа рассчитана на объем 326 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 212 часов, лабораторных работ – 48 часов, практических занятий – 66 часов.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1 ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СИГНАЛОВ
Тема 1.1 Введение. Цели и задачи дисциплины
Значение изучаемой дисциплины в подготовке инженеров- метрологов, ее цели, задачи и содержание. Связь с другими дисциплинами. Рекомендуемая литература. Современное состояние измерений и их роль в жизнедеятельности человеческого общества. Перспективы развития и совершенствования средств измерений.
Тема 1.2 Основные сведения о методах и средствах измерений
Классификация методов измерений и средств измерений. Классификация электро- и радиоизмерительных приборов и принятая система их обозначений.
Технические и метрологические характеристики средств измерений электрических величин, их особенности и влияние на точность получаемых результатов измерений. Общие требования к средствам измерений электрических величин, в том числе эксплуатационные. Общие структурные схемы электро- и радиоизмерительных приборов прямого преобразования и сравнения. Их особенности и метрологические возможности.
Тема 1.3 Измерение тока и напряжения
Измеряемые параметры тока и напряжения. Классификация методов и приборов для измерения тока и напряжения.
Измерение тока и напряжения электромеханическими приборами. Общие сведения об электромеханических приборах и их классификация по способу преобразования электромагнитной энергии в механическую. Магнитоэлектрические приборы. Принцип работы, устройство, область применения и основные характеристики. Расширение пределов измерений.
Измерение тока и напряжения на радиочастотах. Выпрямительные и термоэлектрические амперметры и вольтметры. Принцип работы, область применения и основные характеристики. Фотоэлектрические амперметры.
Измерение напряжения электронными аналоговыми вольтметрами. Аналоговые вольтметры прямого преобразования и сравнения. Типовые структурные схемы и основные функциональные узлы аналоговых вольтметров. Селективные вольтметры. Зависимость показаний вольтметров от формы кривой измеряемого напряжения. Измерители уровня.
Измерение напряжения электронными цифровыми вольтметрами. Общие сведения о цифровых измерительных приборах и классификация цифровых вольтметров. Цифровые вольтметры постоянного тока, реализующие время-импульсный, частотно-импульсный и кодо-импульсный методы аналого-цифрового преобразования. Цифровые вольтметры переменного тока. Универсальные цифровые вольтметры и мультиметры.
Тема 1.4 Измерение мощности
Общие сведения (понятия мгновенной, средней, импульсной, полной, активной и реактивной мощности), и классификация методов и приборов для измерения мощности.
Измерение поглощаемой мощности на высоких и сверхвысоких частотах. Тепловые методы измерения мощности: болометрический (термисторный) и термоэлектрический. Электронные методы: метод вольтметра и метод с использованием «горячих» носителей тока.
Измерение проходящей мощности. Метод с использованием направленных ответвителей, метод поглощающей стенки, метод с использованием эффекта Холла и пондеромоторный метод.
Тема 1.5 Измерение частоты и интервалов времени
Общие сведения и классификация приборов для измерения частоты и интервалов времени. Принципы и методы измерений частотных и временных параметров в различных частотных диапазонах. Нестабильность частоты.
Резонансные частотомеры, принцип работы, устройство и область применения.
Цифровые частотомеры. Типовая структурная схема цифрового частотомера, основные режимы работы и параметры цифровых частотомеров. Частотомеры низких, высоких и сверхвысоких частот. Измерители интервалов времени.
Тема 1.6 Измерение фазовых параметров
Общие сведения и классификация методов и приборов для измерения фазовых параметров.
Метод суммы и разности напряжений. Гомодинные и гетеродинные фазометры. Нулевой метод. Метод преобразования фазового сдвига в интервал времени. Цифровые фазометры. Понятие о коммутационно-модуляционном методе. Измерение группового времени запаздывания.
Тема 1.7 Исследование формы, спектра и нелинейных
искажений электрических сигналов
Классификация приборов для исследования формы, спектра и нелинейных искажений электрических сигналов. Электронно-лучевые осциллографы. Обобщенная структурная схема и основные параметры осциллографов.
Универсальные осциллографы и их основные разновидности: одноканальные, многоканальные и многолучевые, многофункциональные и цифровые осциллографы. Скоростные, стробоскопические и запоминающие осциллографы. Осциллографические измерения и их автоматизация.
Анализ спектра сигналов. Общие сведения и классификация анализаторов спектра. Фильтровые, дисперсионные, рециркуляционные и цифровые анализаторы спектра. Измерение параметров модуляции. Измерение коэффициента амплитудной модуляции и девиации частоты. Измерение нелинейных искажений и интермодуляционных искажений.
Раздел 2 ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК
ЭЛЕКТРОРАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ И ИХ
КОМПОНЕНТОВ
Тема 2.1 Измерительные генераторы
Классификация измерительных генераторов. Обобщенная структурная схема и основные параметры измерительных генераторов.
Измерительные генераторы гармонических сигналов. Низкочастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные генераторы. Генераторы качающейся частоты. Синтезаторы частоты.
Измерительные генераторы импульсов и специальной формы. Генераторы шумовых сигналов.
Тема 2.2 Измерение параметров цепей с сосредоточенными
постоянными
Общие сведения и классификация приборов для измерения параметров цепей с сосредоточенными постоянными.
Измерение параметров двухполюсников. Магнитоэлектрические и электронные омметры. Мостовые измерители параметров двухполюсников. Основы теории и классификация измерительных мостов. Измерительные мосты постоянного и переменного токов. Резонансные измерители параметров двухполюсников контурного и генераторного типов. Цифровые измерители параметров двухполюсников.
Измерение параметров четырехполюсников. Измерители амплитудно-частотных, фазо-частотных и амплитудных характеристик четырехполюсников. Измерение коэффициента шума.
Раздел 3 СТАТИСТИЧЕСКИЕ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Тема 3.1 Измерение характеристик случайных сигналов
Общие сведения, основные вероятностные характеристики случайных сигналов и их оценки. Измерение среднего значения, средней мощности и дисперсии стационарных эргодических сигналов. Статистические погрешности измерений.
Анализ распределения вероятностей этих сигналов. Измерение корреляционных функций. Анализ спектров случайных сигналов. Цифровые измерители характеристик случайных сигналов, особенности их работы.
Тема 3.2 Измерение напряженности электромагнитного поля
и помех
Общие сведения и классификация методов и приборов для измерения напряженности поля и помех. Радиопомехи и нормы на них. Понятие об электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. Основные методы измерений. Измерители напряженности поля и измерительные приемники. Индикаторы поля. Измерение псофометрического и взвешенного напряжения помех. Псофометр и взвешивающий фильтр.
Тема 3.3 Измерения на магистралях и линиях связи
Классификация измерений, проводимых на магистралях и линиях связи. Методы измерения затухания и усиления четырехполюсников. Измерение собственного затухания четырехполюсников. Измерение рабочего затухания и усиления четырехполюсников методами известного генератора, Z и сравнения. Панорамные методы измерения частотных характеристик рабочего затухания и усиления. Измерение вносимого затухания. Измерение параметров взаимного влияния.
Тема 3.4 Контроль и диагностика компонентов цифровых
сетей связи
Общая характеристика и классификация методов и приборов, используемых при тестировании компонентов цифровых схем и систем.
Логический анализ. Принципы построения, классификация, особенности и области применения, параметры логических анализаторов.
Сигнатурный анализ. Принцип и схема формирования сигнатуры из тест-последовательности. Сигнатурные анализаторы. Особенности и области применения. Измерение с помощью сигнатурных анализаторов.
Методика диагностики и контроля устройств, содержащих микропроцессоры, с помощью логических и сигнатурных анализаторов.
Раздел 4 ИЗМЕРЕНИЯ В ОПТИЧЕСКОМ ДИАПАЗОНЕ
Тема 4.1 Основные понятия оптоэлектроники, радиометрии
и фотометрии
Общие сведения о радиометрии и фотометрии. Единицы измерения – фотометрические единицы и радиометрические единицы. Особенности оптических измерений.
Тема 4.2 Измерение параметров и характеристик излучающих и
приемных преобразователей и устройств
Общие сведения об оптических источниках и оптических приемниках. Методы измерений. Измерение параметров и характеристик источников излучения. Измерение оптической мощности, длины волны и частоты. Оптические измерители мощности.
Измерение параметров и характеристик приемников излучения. Методы и средства измерения чувствительности оптических приемников.
Тема 4.3 Измерение параметров и характеристик оптических
волокон и оптических кабелей
Физические основы распространения оптического сигнала по волокну. Виды и характеристики волоконных световодов.
Измеряемые параметры оптических кабелей: вносимое и переходное затухание, полоса пропускания, дисперсия, числовая апертура, передаточная характеристика. Классификация методов и приборов для измерения параметров оптических волокон (ОВ) и оптических кабелей(ОК).
Метод обратного рассеяния. Оптический рефлектометр с регистрацией формы отраженного сигнала. Измерение затухания ОВ методом обратного рассеяния. Измерения скачков уровней обратного рассеяния. Измерения дисперсии методом обратного рассеяния. Определение места и характера повреждения ОК.
Измерение уровней оптических сигналов. Измерения затухания ОВ и ОК с использованием методов измерения разностей уровней оптических сигналов, обламывания и вносимых потерь, а также гармонических методов.
Измерение передаточной характеристики ОК, переходного затухания и числовой апертуры ОВ.
Раздел 5 ИЗМЕРЕНИЯ В ДИАПАЗОНАХ СВЕРХВЫСОКИХ И
КРАЙНЕВЫСОКИХ ЧАСТОТ
Тема 5.1 ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИЗМЕРЕНИЙ В ДИАПАЗОНАХ СВЕРХВЫСОКИХ И
КРАЙНЕ ВЫСОКИХ ЧАСТОТ
Характеристики и параметры сверхвысокочастотных (СВЧ)и крайневысокочастотных (КВЧ) устройств и цепей. Особенности освоения СВЧ и КВЧ диапазонов и вытекающие из них требования к методам и средствам измерений этих диапазонов. Анализ методов и средств измерений и их классификация.
Обобщенная структурно-функциональная схема измерителя (анализатора) параметров СВЧ и КВЧ цепей. Назначение и основные функции входящих в нее блоков.
Тема 5.2 Основные функциональные блоки средств измерений
СВЧ и КВЧ диапазонов и особенности их технической
реализации в этих диапазонах
Виды измерительных сигналов, используемых в СВЧ и КВЧ анализаторах цепей МДВ. Способы и устройства их формирования. Особенности построения СВЧ и КВЧ генераторов качающейся частоты.
Схемы измерительных трактов и их компоненты. Характеристика и особенности работы интерференционных и рефлектометрических схем. Особенности, возможности технической реализации, основные требования к функциональным узлам измерительных трактов. Общая характеристика и основные параметры направленных ответвителей, аттенюаторов, фазовращателей и переключателей каналов.
Преобразователи информационных СВЧ и КВЧ сигналов. Гетеродинные и гомодинные методы и схемы преобразователей. Возможности и особенности их технической реализации в СВЧ и КВЧ диапазонах.
Общая характеристика методов и средств обработки преобразованных измерительных сигналов. Схемы и параметры блоков обработки информации скалярных и векторных анализаторов цепей СВЧ и КВЧ диапазонов.
Тема 5.3 Измерение параметров СВЧ и КВЧ трактов и их
элементов
Гетеродинные методы и средства измерений. Их основные структурные схемы, алгоритмы функционирования, особенности построения и характеристики.
Гомодинные методы и средства измерений. Их основные структурные схемы, алгоритмы функционирования, особенности построения и характеристики.
Структура и особенности реализации программного обеспечения анализаторов цепей СВЧ и КВЧ диапазонов.
Тема 5.4 Измерения параметров и характеристик СВЧ цепей
во временной области
Метод измерения S-параметров и неоднородностей СВЧ цепей во временной области.
Импульсный метод измерения. Импульсные рефлектометры с зондирующим импульсом и единичным перепадом напряжения.
Параметры и характеристики импульсных рефлектометров. Методики измерений с использованием импульсных рефлектометров. Идентификация неоднородности трактов и цепей по полученным рефлектометрам.
Раздел 6 ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПОВЕРКИ СИ.