Інститут комп’ютерних технологій, автоматики І метрології
| Вид материала | Документы |
- Інститут комп’ютерних технологій, автоматики І метрології, 52.21kb.
- Інститут комп’ютерних технологій, автоматики І метрології, 169.96kb.
- Інститут комп’ютерних технологій, автоматики І метрології, 31.24kb.
- Інститут комп’ютерних технологій, автоматики І метрології, 129.38kb.
- Інститут комп’ютерних технологій, автоматики І метрології, 147.16kb.
- Бердянський державний педагогічний університет Інститут освітніх інженерно-педагогічних, 202.51kb.
- Овими політичними, економічними, соціально-культурними умовами, в яких відбувається, 101.71kb.
- Тема: Використання інформаційно-комп’ютерних технологій під час уроків, 181.73kb.
- Вінницький національний технічний університет Центр підвищення кваліфікації з сучасних, 57.96kb.
- Назва модуля: Технології проектування комп’ютерних систем Код модуля, 19.17kb.
ІНСТИТУТ КОМП’ЮТЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЙ, АВТОМАТИКИ І МЕТРОЛОГІЇ
Напрям: Метрологія та інформаційно – вимірювальні
технології
Спеціальність: Метрологія та вимірювальна техніка
I. Вимірювання електричних і магнітних величин
1. Основи метрології
Загальні відомості про вимірювання, види вимірювань. Похибки вимірювань, оцінювання похибок вимірювань. Вимірювальні сигнали як носії вимірювальної інформації, характеристики сигналів.
2. Засоби вимірювальної техніки
Засоби вимірювальної техніки (ЗВТ), метрологічні характеристики ЗВТ. Міри електричних величин, їх метрологічні характеристики. Вимірювальні перетворювачі електричних величин, їх метрологічні характеристики. Аналогові вимірювальні прилади прямого перетворення (АВП), системи АВП. Аналогові електронні вимірювальні прилади, типи електронних вольтметрів та омметрів. Цифрові електронні вимірювальні прилади (цифрові вольтметри і частотоміри). Метрологічна перевірка засобів вимірювальної техніки.
3. Вимірювання параметрів електричних сигналів
Вимірювання струму і напруги змінного та постійного струму (схеми і похибки). Вимірювання потужності постійного та змінного струму (схеми і похибки). Вимірювання електричної енергії змінного струму індукційними лічильниками. Вимірювання кута фазового зсуву аналоговими та цифровими фазометрами. Компенсатори постійного струму, вимірювання електричних величин компенсаторами. Компенсатори змінного струму, вимірювання електричних величин.компенсаторами.
4. Вимірювання параметрів електричних кіл
Вимірювання електричного опору на постіному струмі (схеми і похибки). Вимірювальні прилади зрівноважувального перетворення. Мости постіного струму, вимірювання електричного опору мостами. Мости змінного струму, вимірювання індуктивності та ємності.
5. Вимірювання магнітних величин
Вимірювання магнітного потоку і магнітної індукції. Вимірювання феромагнітних втрат.
II. Методи та засоби вимірювання неелектричних величин
1. Вимірювальні перетворювачі
Основні понятття (засоби вимірювальної техніки, вимірювальні пристрої, засоби вимірювань, вимірювальні перетворювачі). Їх означення. Класифікація вимірювальних перетворювачів (ВП). Основні статичні характеристики ВП: диференціальні рівняння, коефіцієнти перетворення, чутливість. Основні динамічні характеристики: диференціальне рівняння, передавальна функція, АЧХ, ФЧХ. Пружні елементи механічних перетворювачів: консольні бачки, мембрани. Реостатні перетворювачі поступального та обертального руху. Вимірювальні кола (ВК). Тензорезистивні перетворювачі. Принцип дії, ВК, джерела похибок. П’єзоелектричні перетворювачі. Суть прямого та зворотного п’єзоефектів. П’єзорезонанс. Кварцові резонатори. Терморезистивні перетворювачі теплових величин, ВК. Термоелектричні перетворювачі температури. Принцип дії, ВК. Ємнісні перетворювачі механічних зусиль. Ємнісні рівноміри. Гальваномагнітні перетворювачі Гауса та Холла. Принцип дії, ВК. Індуктивні та взаємоіндуктивні перетворювачі. Принцип дії, ВК. Індукційні перетворювачі параметрів вібрації. Акустичні перетворювачі. Ультразвукові витратоміри, рівнеміри. Гальванічні перетворювачі рН-метрів.
2. Методи вимірювань
Вимірювання геометричних розмірів. Індуктивний грубизномір, ємнісний рівнеметр, буйковий та поплавковий рівнеметри. Вимірювання механічних зусиль. Пружні динамометри, п’єзодинамометри, п’єзоманометри. Вимірювання параметрів руху. П’єзоакселерометр. Індукційний віброакселерометр. Гіроскопи. Вимірювання витрати. Витратомір зі звужувальною діафрагмою. Ротаметр. Вимірювання температури. Терморезистивні, термоелектричні. Термометр шумовий (Найквіста). Вимірювання концентрації. рН-метри.
III. Опрацювання результатів вимірювання
1. Класифікація та характеристики похибок
Абсолютна та відносна похибка вимірювання, їх розмірності. Інструментальна, методична, обчислювальна, особиста похибки. Характеристики похибок засобів вимірювань (інструментальна складова), оцінювання граничних значень основної похибки за класом точності, межею вимірювання та показом приладу. Оцінювання граничних значень додаткових похибок за відомими значеннями параметрів умов вимірювань та граничних значень основної похибки. Адитивна, мультиплікативна та нелінійні похибки. Систематична, прогресуюча, регулярна та випадкова похибки. Густина та функція розподілу випадкової похибки, їх властивості. Похибка квантування і її зв’язок із одиницею молодшого розряду показу приладу. Числові характеристики випадкової похибки: математичне сподівання, дисперсія та стандартне відхилення, їх зміст та розмірності. Числові характеристики (математичне сподівання, дисперсія та стандартне відхилення) рівномірно розподіленої похибки із граничними значеннями (плюс, мінус дельта гр)гр. Принципи заокруглень кінцевих значень похибок та результату вимірювання, форми представлення результату вимірювання.
2. Характеристики декількох складових похибок
Розподіл алгебраїчної суми двох рівномірно розподілених похибок. Розподіл алгебраїчної суми випадкових похибок з нормальним розподілом складових. Розподіл суми незалежних випадкових похибок з довільним розподілом складових, якщо серед них немає явно домінуючих. Математичне сподівання, дисперсія та стандартне відхилення алгебраїчної суми декількох статистично незалежних похибок з відомими математичними сподіваннями та дисперсіями (стандартними відхиленнями). Статистичний зв‘язок між випадковими величинами (похибками), коефіцієнт кореляції, діапазон його можливих значень. Математичне сподівання, дисперсія та стандартне відхилення алгебраїчної суми декількох статистично залежних (корельованих) похибок з відомими математичними сподіваннями та дисперсіями (стандартними відхиленнями). Підсумовування декількох складових похибок. Граничне значення алгебраїчної суми кількох похибок із відомими граничними значеннями складових , довірчі границі похибки, довірча ймовірність.
3. Систематичні похибки і їх корекція
Методи корекції. Введення поправок до показів приладу, ефективність корекції систематичних похибок введенням поправки до показу приладу. Метод заміщення, суть та ефективність, вплив похибки квантування.
4. Опрацювання результатів опосередкованих вимірювань із разовим спостереженням аргументів
Загальний вираз похибки опосередкованого вимірювання величини. Вирази абсолютної похибки алгебраїчної суми декількох вимірюваних величин, для кожної з яких відомі абсолютні похибки. Вираз відносної похибки для добутку, частки, степеня та кореня величин, якщо відомі їх відносні похибки. Математичне сподівання, дисперсія та стандартне відхилення добутку величини x на сталий коефіцієнт C: (z=С*x).
5. Статистичні параметри випадкових похибок
Вимірювання із багаторазовими спостереженнями, суть і мета. Вибіркові середнє значення, дисперсія та стандартне відхилення. Розмах, середина розмаху та медіана вибірки. Гістограма і полігон, їх суть та методи побудови.
6. Опрацювання результатів прямих та опосередкованих вимірювань з багатократними спостереженнями
Методика опрацювання результатів прямих вимірювань з багатократними спостереженнями. Оцінювання найкращої оцінки результату вимірювання та стандартного відхилення його похибки у разі нормально розподіленої групи результатів спостережень. Довірчі границі для середнього значення з вибірки із нормально розподіленої групи результатів спостережень, розподіл Стьюдента, кількість ступенів свободи. Грубі похибки чи промахи та їх вилучення. Оцінювання найкращої оцінки результату вимірювання при двосторонньому експоненційному розподілі (Лапласа) випадкових результатів. Оцінювання найкращої оцінки результату при рівномірному розподілі випадкових похибок. Оцінювання похибок результатів непрямих вимірювань з багатократними спостереженнями величин – аргументів (залежних та незалежних).
7. Опрацювання результатів сумісних та сукупних вимірювань
Сумісні вимірювання. Апроксимація результатів спостережень функціями, похибка апроксимації, формування системи лінійних рівнянь методом найменших квадратів (МНК) підчас знаходження апроксимуючої функції. Лінійна та параболічна апроксимація МНК. Оцінювання стандартного відхилення коефіцієнтів апроксимуючої функції, дисперсійна матриця, кількість ступенів свободи підчас апроксимації МНК. Опрацювання результатів сукупних вимірювань, формування системи нормальних рівнянь методом найменших квадратів, оцінювання характеристик похибок результатів сукупних вимірювань.
IV. Цифрові електронні вузли засоби вимірювальної техніки
1. Основи теорії цифрової електроніки
Бульова алгебра. Закони і аксіоми бульової алгебри. Логічні елементи.
2. Комбінаційні функціональні вузли цифрової електроніки
Комбінаційні пристрої. Дешифратори. Шифратори. Мультиплексори. Демультиплексори. Арифметичні пристрої. Суматори.
V. Електроніка
1. Пасивні елементи електронних кіл
Вимірювальні резистивні подільники напруги. Параметричний стабілізатор напруги.
2. Випрямлення перемінної напруги
Випрямлення перемінної напруги.
3. Параметри та характеристики біполярних транзисторів
Основні статичні параметри та характеристики підсилювачів. Основні динамічні параметри та характеристики підсилювачів. Аналіз статичного режиму роботи транзисторного каскаду.
4. Види підсилювальних каскадів та їх характеристики
Емітерний повторювач. Багатокаскадні підсилювачі. Динамічні властивості підсилювача.
5. Від’ємний зворотний зв’язок у підсилювачах
Від’ємний зворотний зв’язок у вимірювальному підсилювачі. Вплив від’ємного зворотного зв’язку на статичні параметри та характеристики підсилювачів. Вплив від’ємного зворотного зв’язку на динамічні параметри та характеристики підсилювачів.
6. Генератори синусоїдальних коливань
Генератори синусоїдальних коливань.
7. Ключі аналогових сигналів
Ключі аналогових сигналів.
8. Нелінійні електронні перетворювачі
Перемножувачі аналогових сигналів. Нелінійні вимірювальні перетворювачі.
9. Операційні підсилювачі та їх застосування
Параметри та характеристики операційних підсилювачів. Вимірювальні перетворювачі на основі операційних підсилювачів.
10. Принцип роботи та характеристики АЦП
Принцип роботи та характеристики АЦП.
VI. Аналогові та цифрові засоби вимірювання
1. Основні операції аналого-цифрового перетворення
Аналого-цифрове перетворення, мета та суть, його основні операції: дискретизація, квантування, кодування. Дискретизація сигналу у часі, суть і основні характеристики, період та частота дискретизації. Квантування аналогового сигналу (за інтенсивністю), розмір кванту, похибка квантування. Кодування, різновиди кодів під час аналого-цифрового перетворення. Аналого-цифровий перетворювач, входи та виходи.
2. Основні характеристики АЦП
Основні характеристики АЦП: діапазон перетворення АЦП, кількість квантів, кількість розрядів (розрядність) двійкового та десяткового АЦП, час (частота) перетворення, продуктивність АЦП. Основні характеристики точності АЦП: граничні значення адитивної та мультиплікативної похибок АЦП, температурна та часова нестабільність, нелінійність (інтегральна та різницева) функції перетворення АЦП. Розрахунок характеристик похибки перетворення за відомими граничними значеннями її адитивної та мультиплікативної складової, діапазоном перетворення та результатом. Зіставлення характеристик АЦП: найшвидший, з найбільшою розрядністю, з найбільшим послабленням періодичних завад.
3. АЦП частотно-часових параметрів сигналів
АЦП частотно-часових параметрів періодичних сигналів (тривалості імпульсів, періоду, частоти, кута зсуву фаз, відношення частот), принцип роботи, часові діаграми, функція та коефіцієнт перетворення. Похибка квантування підчас вимірювання частотно-часових параметрів сигналів, інші складові похибки. Гранична частота універсального вимірювача частотно-часових параметрів, визначення методу вимірювання (прямий чи опосередкований) частоти сигналу в залежності від часу вимірювання та частоти лічильних імпульсів за умови отримання мінімального значення граничної похибки квантування.
4. АЦП миттєвих значень сигналів
АЦП з паралельним перетворенням та із компенсаційним зрівноважуванням. Числові приклади аналого-цифрового перетворення заданої напруги при заданих значеннях параметрів АЦП (розрядність і зразкова напруга). Цифро-аналогові перетворювачі: мета, різновиди, основні характеристики. ЦАП з драбинками резисторів з поетапним поділом струмів на 2, розрахунок потрібної кількості резисторів та номінальних значень їх опорів.
5. АЦП з інтегруючим перетворенням сигналу
АЦП з попереднім перетворенням у частоту імпульсів та інтервал часу, спрощена структурна схема, принцип роботи, часові діаграми, функція та коефіцієнт перетворення. Розрахунок параметрів елементів схеми з умови отримання заданого рівня граничної похибки квантування. Послаблення періодичних завад в інтегруючих АЦП, коефіцієнт послаблення завад, умови повного послаблення періодичної завади, вплив відхилення частоти від номінального значення. Розрахунок похибки від не усередненої завади за відомого часу усереднення, фактичної частоти завади (чи її відхилення від номінальної) та амплітуди завади. Використання цифрового звичайного та вагового усереднення в АЦП для послаблення завад у вузькій та широкій смузі частот. Визначення необхідних кількості дискрет та часу усереднення, або частоти дискретизації сигналу з умови забезпечення послаблення певної кількості гармонік завади. Сигма-дельта АЦП, спрощена структурна схема, принцип роботи, часові діаграми, функція та коефіцієнт перетворення. Числові приклади аналого-цифрового перетворення заданої напруги при заданих значеннях параметрів АЦП (зразкові напруги, початкова напруга).
6. Вхідні пристрої електронних приладів
Інструментальний підсилювач, функції, спрощена структурна схема, коефіцієнт підсилення, способи керування коефіцієнтом підсилення, коефіцієнт послаблення спільного (синфазного сигналу). Розрахунок вихідного сигналу та похибки від впливу спільної напруги при заданих рівнях вхідних напруг. Підсилювач з гальванічним розділенням входу та виходу, мета, структурна схема і її основні складові, основні характеристики. Аналогові комутатори (мультиплексори), мета, основні способи побудови, симетричні та несиметричні (та ін.) входи, розширення кількості входів, матричні комутатори, основні параметри (кількість входів, діапазон сигналів, опір каналу, залишкові напруги та струми, міжканальний вплив, частота (час) комутації тощо).
7. Пристрої електронних приладів (A, V, сігма) постійного струму
Основні вимоги до вхідних кіл електронних вольтметрів та амперметрів. Розрахунок коефіцієнтів вхідних подільників та підсилювачів напруг. Основні проблеми електронних амперметрів великих струмів (діапазон мА-А), дуже малих струмів (діапазон пА-нА) та їх структурні схеми. Схеми перетворювачів струм напруга, визначення параметрів елементів схеми перетворювача за відомими значеннями вхідних струмів, вихідної напруги та вхідного опору. Електронні перетворювачі середніх опорів у напругу та їх структурні схеми. Схеми перетворювачів опір напруга, визначення параметрів елементів схеми (струм через опір, коефіцієнт підсилення тощо) перетворювача за відомими значеннями опорів об’єктів та вихідної напруги. Основні проблеми електронних перетворювачів малих та великих опорів у напругу та їх структурні схеми.
8. Електронні перетворювачі з мостовими схемами
Електронні перетворювачі опорів резистивних перетворювачів включених у мостові схеми у напругу. Схеми увімкнень резистивних сенсорів у чверть, пів - та повний міст. Розрахунок вихідної напруги моста за відомими значеннями опорів сенсорів R їх відносної зміни E, напругою (струмом) живлення, а також розрахунок необхідного коефіцієнта підсилення, щоб отримати на виході напругу у заданому діапазоні. Способи під’єднання пів - та повного моста до електронного перетворювача з метою зменшення впливу опорів під’єднувальних опорів при живленні схеми від джерела напруги чи струму.
9. Пристрої електронних вимірювачів реактивних параметрів обєктів (L,C)
Параметри найпростіших електричних заступних схем ємнісного та індуктивного об‘єктів, втрати (тангенс кута втрат) конденсатора та добротність індуктивного об‘єкту (котушки). Схеми електронних перетворювачів прямого перетворення параметрів ємнісного та індуктивного об‘єктів. Синхронний детектор, принцип роботи, спрощена схема, функція перетворення.
10. Пристрої електронних приладів змінного струму
Основні структурні схеми електронних перетворювачів с.к.з. змінних сигналів у постійну напругу із квадратором і коренедобувачем та з пристроєм множення-ділення, їх властивості. Способи побудови аналогових пристроїв множення ділення сигналів, метод логарифму-антилогарифму. Основні структурні схеми електронних перетворювачів середньо - випрямленого та амплітудного значень змінних сигналів у постійну напругу. Схеми прецизійних випростувачів змінних сигналів на операційних підсилювачах.
VII. Комп’ютерне опрацювання вимірювальної інформації
1. Турбо С
Основні функції Турбо С та прості алгоритми. Математичні операції над комплексними числами. Особливості роботи з комплексними числами при програмуванні в Турбо С++.
2. Статистичний аналіз випадкових величин та процесів
Числові характеристики випадкової величини. Математичне сподівання, дисперсія, початкові та центральні моменти к-ого порядку. Статистичний ряд. Гістограма. Статистична функція розподілу. Числові характеристики системи двох випадкових величин. Кореляційний момент. Коефіцієнт кореляції. Характеристики випадкових функцій. Математичне сподівання, дисперсія, кореляційна функція. Визначення характеристик випадкової функції з досліду. Стаціонарний процес. Ергодичний процес. Визначення характеристик ергодичного стаціонарного випадкового процесу за однією реалізацією. Формування випадкової величини з рівномірним, нормальним та експоненційним законом розподілу. Довірчий інтервал. Довірча ймовірність.
3. Математичні моделі та алгоритмічні методи рішення математичних задач
Визначення інтегралу функції методом прямокутників, трапецій, Сімпсона та методом Монте Карло. Апроксимація результатів вимірювального експерименту поліномом n-ого степеня. Рішення системи рівнянь методом Гауса - Жордана. Пряме та зворотнє перетворення Фур’є. Тригонометрична та експоненційна форма перетворення Фур’є. Дискретне перетворення Фур’є. Перетворення Лапласа. Комплексна частотна характеристика. Амплітудно-частотна характеристика. Фазо-частотна характеристика. Комплексні числа. Дослідження похибки комплексної частотної характеристики електричних схем методом Монте Карло. Математичні моделі пасивних аналогових ланок.