Přednášky:
1. Úvod do problematiky návrhu a realizace měřicích systémů, popis jednotlivých etap realizace, požadavky na měřicí systémy, rozdělení měřicích systémů.
2. 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.
3. Zpracování stochastických signálů. Měřicí signál jako náhodný proces, charakteristiky náhodného procesu, náhodný proces stacionární a ergodický. Analýza náhodného procesu v časové a frekvenční oblasti.
4. Charakteristiky a kritéria 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, frekvenční charakteristiky a jejich realizace. Kritérium střední kvadratické chyby.
5. Kritéria jakosti podle teorie informace. Informační obsah měřicího signálu, vstupní a výstupní entropie, transinformace. Celková a zbytková entropie signálu. Tok informace a kapacita měřicího kanálu.
6. Spolehlivost přenosu informace. Spolehlivost přenosu spojité informace a pravděpodobnost chyby přenosu u lineárních systémů s působením rušivých signálů.
7. 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.
8. Optimalizace měřicích informačních systémů podle dynamických vlastností. Korekce dynamických vlastností měřicího systému. Ideální korekce. Číslicová korekce. Podmínka fyzikální realizovatelnosti, přehled korekčních členů, kompenzační metoda.
9. Návrh struktury měřicího systému, definice vstupních a výstupních signálu, jednoduché a rozvětvené měřicí systémy, kalibrace měřicích systémů.
10. Charakteristiky jednotlivých komponent měřicího systému, jejich statické a dynamické vlastnosti, rozsahy, přesnost, použitelnost. Možnosti komunikačních prostředků pro konektivitu jednotlivých komponent, postup výběru jednotlivých komponent. Hw realizace měřicího systému.
11. Vliv rušení na přesnost měření a jeho eliminace. Vnitřní rušení, vnější rušení, teplotní závislost měřicího systému, testování měřicího systému, možnosti korekce rušení.
12. Systémy pro přenos dat. Drátové a bezdrátové sběrnice a technologie. Popis jednotlivých technologií, jejich parametry, dosah, použitelnost. Příklady použití.
13. Zpracování a vizualizace dat. Popis procesu získávání, archivace a vizualizace dat. Příklady vizualizačních systémů, svázanost s daty, praktické příklady vizualizačních aplikací.
14. EMC a její vliv na měřicí systémy. Popis problematiky EMC se zaměřením na měřicí systémy. Metody měření EMC parametrů. Základní principy přenosu rušivých signálů. Metody ochrany před rušivými signály.
Laboratoře:
1. Úvodní cvičení, seznámení se s vybavením laboratoře z hlediska návrhu a realizace měřicích systémů, školení bezpečnosti práce, seznámení se s laboratorními úlohami, seznámení se s koncepcí semestrálního projektu.
2. Platforma Raspberry + Arduino + Rex. Seznámení se danou platformou pro tvorbu měřicích a monitorovacích systémů, seznámení se vývojovým prostředím REX Control a možnosti jeho propojení s HW platformami Raspberry + Arduino, ukázka základních zapojení, návrh a realizace zapojení pro měření teploty pomocí DS18B20, realizace vizualizace pomocí Reliance, vyhodnocení naměřených dat, práce na semestrálním projektu.
3. Statické a dynamické vlastnosti měřicích systémů. Základní koncepce měřicího systému, dynamické vlastnosti v časové a frekvenční oblasti se zaměřením na senzorickou část, měření časových charakteristik teplotních čidel (PT 100, TČ), vyhodnocení měření, práce na semestrálním projektu.
4. Měření deformací. Seznámení se se senzory pro měření deformací, inklinoměry, tenzometry, ukázka zapojení a výsledných signálů v závislosti na deformaci, návrh a realizace zapojení vybraného senzoru na platformě Arduino, vyhodnocení naměřených dat, práce na semestrálním projektu.
5. Měření koncentrace plynů. Demonstrace žhavených a elektrochemických senzorů pro měření koncentrace plynů, demonstrace senzorů pro jednotlivé plyny řady TGS, návrh a realizace měřicího systému pro měření vybraného plynu na platformě Arduino, vyhodnocení naměřených dat, práce na semestrálním projektu.
6. Měření vzdálenosti. Demonstrace vybraných druhů senzorů pro měření vzdálenosti, ultrazvukové snímače, optické snímače, návrh a realizace měřicího systému na platformě Arduino, vyhodnocení naměřených dat, práce na semestrálním projektu.
7. Měření posunu. Demonstrace vybraných druhů snímačů pro měření posunu, LVDT snímače, lineární potenciometr, kapacitní snímače, návrh a realizace měřicího systému na platformě Arduino, vyhodnocení naměřených dat, práce na semestrálním projektu.
8. Komerční monitorovací systémy. Ukázky vybraných komerčních monitorovacích systémů, demonstrace jejich použití, možnosti připojení snímačů, přenosu, zpracování a vizualizace dat, měření na systému DIXELL, Fiedler-Magr, demonstrace převodníků AD4ETH, vyhodnocení naměřených dat, práce na semestrálním projektu – vizualizace dat.
9. Ovládání měřicích přístrojů pomocí SW Agilent Vee. Seznámení se se systémem Agilent VEE, demonstrační zapojení měřicích přístrojů a ukázka jejich ovládání pomocí uvedeného SW.
10. Elektromagnetická kompatibilita a její vliv na EMC. Demonstrace vlivu EMC na kvalitu MS, měření rušení po vedení a vyzařováním, měření pomocí sond pro blízká pole, ukázka měření v GTEM komoře, analýza naměřených dat, finalizace semestrálních projektů.
11. Prezentace semestrálních projektů. Prezentace dosažených cílů semestrálního projektu, diskuze nad zjištěnými problémy, kontrola odevzdání protokolů z měření, zápočet.
Projekty:
* Každý student dostane na začátku semestru jeden rozsáhlý projekt, který zpracuje s využitím měřicí a výpočetní techniky. Časová náročnost řešení zadaného projektu je cca 20 hodin. Název projektu: Návrh a realizace měřicího systému pro měření zadané veličiny, vyšetření jeho dynamických vlastností a optimalizace přenosu dat.
1. Úvod do problematiky návrhu a realizace měřicích systémů, popis jednotlivých etap realizace, požadavky na měřicí systémy, rozdělení měřicích systémů.
2. 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.
3. Zpracování stochastických signálů. Měřicí signál jako náhodný proces, charakteristiky náhodného procesu, náhodný proces stacionární a ergodický. Analýza náhodného procesu v časové a frekvenční oblasti.
4. Charakteristiky a kritéria 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, frekvenční charakteristiky a jejich realizace. Kritérium střední kvadratické chyby.
5. Kritéria jakosti podle teorie informace. Informační obsah měřicího signálu, vstupní a výstupní entropie, transinformace. Celková a zbytková entropie signálu. Tok informace a kapacita měřicího kanálu.
6. Spolehlivost přenosu informace. Spolehlivost přenosu spojité informace a pravděpodobnost chyby přenosu u lineárních systémů s působením rušivých signálů.
7. 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.
8. Optimalizace měřicích informačních systémů podle dynamických vlastností. Korekce dynamických vlastností měřicího systému. Ideální korekce. Číslicová korekce. Podmínka fyzikální realizovatelnosti, přehled korekčních členů, kompenzační metoda.
9. Návrh struktury měřicího systému, definice vstupních a výstupních signálu, jednoduché a rozvětvené měřicí systémy, kalibrace měřicích systémů.
10. Charakteristiky jednotlivých komponent měřicího systému, jejich statické a dynamické vlastnosti, rozsahy, přesnost, použitelnost. Možnosti komunikačních prostředků pro konektivitu jednotlivých komponent, postup výběru jednotlivých komponent. Hw realizace měřicího systému.
11. Vliv rušení na přesnost měření a jeho eliminace. Vnitřní rušení, vnější rušení, teplotní závislost měřicího systému, testování měřicího systému, možnosti korekce rušení.
12. Systémy pro přenos dat. Drátové a bezdrátové sběrnice a technologie. Popis jednotlivých technologií, jejich parametry, dosah, použitelnost. Příklady použití.
13. Zpracování a vizualizace dat. Popis procesu získávání, archivace a vizualizace dat. Příklady vizualizačních systémů, svázanost s daty, praktické příklady vizualizačních aplikací.
14. EMC a její vliv na měřicí systémy. Popis problematiky EMC se zaměřením na měřicí systémy. Metody měření EMC parametrů. Základní principy přenosu rušivých signálů. Metody ochrany před rušivými signály.
Laboratoře:
1. Úvodní cvičení, seznámení se s vybavením laboratoře z hlediska návrhu a realizace měřicích systémů, školení bezpečnosti práce, seznámení se s laboratorními úlohami, seznámení se s koncepcí semestrálního projektu.
2. Platforma Raspberry + Arduino + Rex. Seznámení se danou platformou pro tvorbu měřicích a monitorovacích systémů, seznámení se vývojovým prostředím REX Control a možnosti jeho propojení s HW platformami Raspberry + Arduino, ukázka základních zapojení, návrh a realizace zapojení pro měření teploty pomocí DS18B20, realizace vizualizace pomocí Reliance, vyhodnocení naměřených dat, práce na semestrálním projektu.
3. Statické a dynamické vlastnosti měřicích systémů. Základní koncepce měřicího systému, dynamické vlastnosti v časové a frekvenční oblasti se zaměřením na senzorickou část, měření časových charakteristik teplotních čidel (PT 100, TČ), vyhodnocení měření, práce na semestrálním projektu.
4. Měření deformací. Seznámení se se senzory pro měření deformací, inklinoměry, tenzometry, ukázka zapojení a výsledných signálů v závislosti na deformaci, návrh a realizace zapojení vybraného senzoru na platformě Arduino, vyhodnocení naměřených dat, práce na semestrálním projektu.
5. Měření koncentrace plynů. Demonstrace žhavených a elektrochemických senzorů pro měření koncentrace plynů, demonstrace senzorů pro jednotlivé plyny řady TGS, návrh a realizace měřicího systému pro měření vybraného plynu na platformě Arduino, vyhodnocení naměřených dat, práce na semestrálním projektu.
6. Měření vzdálenosti. Demonstrace vybraných druhů senzorů pro měření vzdálenosti, ultrazvukové snímače, optické snímače, návrh a realizace měřicího systému na platformě Arduino, vyhodnocení naměřených dat, práce na semestrálním projektu.
7. Měření posunu. Demonstrace vybraných druhů snímačů pro měření posunu, LVDT snímače, lineární potenciometr, kapacitní snímače, návrh a realizace měřicího systému na platformě Arduino, vyhodnocení naměřených dat, práce na semestrálním projektu.
8. Komerční monitorovací systémy. Ukázky vybraných komerčních monitorovacích systémů, demonstrace jejich použití, možnosti připojení snímačů, přenosu, zpracování a vizualizace dat, měření na systému DIXELL, Fiedler-Magr, demonstrace převodníků AD4ETH, vyhodnocení naměřených dat, práce na semestrálním projektu – vizualizace dat.
9. Ovládání měřicích přístrojů pomocí SW Agilent Vee. Seznámení se se systémem Agilent VEE, demonstrační zapojení měřicích přístrojů a ukázka jejich ovládání pomocí uvedeného SW.
10. Elektromagnetická kompatibilita a její vliv na EMC. Demonstrace vlivu EMC na kvalitu MS, měření rušení po vedení a vyzařováním, měření pomocí sond pro blízká pole, ukázka měření v GTEM komoře, analýza naměřených dat, finalizace semestrálních projektů.
11. Prezentace semestrálních projektů. Prezentace dosažených cílů semestrálního projektu, diskuze nad zjištěnými problémy, kontrola odevzdání protokolů z měření, zápočet.
Projekty:
* Každý student dostane na začátku semestru jeden rozsáhlý projekt, který zpracuje s využitím měřicí a výpočetní techniky. Časová náročnost řešení zadaného projektu je cca 20 hodin. Název projektu: Návrh a realizace měřicího systému pro měření zadané veličiny, vyšetření jeho dynamických vlastností a optimalizace přenosu dat.