Detail předmětu

Elektronické měřicí systémy

FEKT-MPC-EMSAk. rok: 2022/2023

Předmět se zabývá technickými prostředky pro automatizaci měření. Jsou vysvětleny základní řešení měřicích systémů sestavených jak ze specializovaných měřicích přístrojů, tak i z univerzálních komponent. Pozornost je věnována zejména návrhu systému splňujícího zadané požadavky, výběru vhodných komponent a problematice softwarové implementace.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

7

Garant předmětu

Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav automatizace a měřicí techniky (UAMT)

Výsledky učení předmětu

Absolvent zná:
- terminologii měřicích systémů,
- základní stavebnicové systémy pro automatizaci měření a odpovídající standardy.
Absolvent je schopen:
- provést teoretický návrh měřicího systému,
- stanovit zdroje nejistot v měřicím systému,
- sestavit jednoduchý měřicí systém včetně softwarové implementace (NI LabVIEW),
- stanovit požadavky na robustnost systému a jeho ovládání.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia a základní znalost platformy NI LabVIEW. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT. Metody vyučování zahrnují přednášky a laboratorní cvičení.

Způsob a kritéria hodnocení

Až 30 bodů za práci v laboratoři:
- 2 teoretické testy - nejistoty v měřicích systémech a návrh měřicího systému - až 2x 6 bodů,

- praktický test - komunikace s přístroji pomocí SCPI - až 6 bodů,

- projekt  - měřicí systém na platformě NI DAQmx - až 12 bodů.
Zápočet je podmíněn minimálním bodovým ziskem z hodnocených aktivit ve cvičení - alespoň 15 bodů.
Až 70 bodů za závěrečnou zkoušku, zkouška obsahuje teoretické otázky (40%) a praktické příklady (60%), přičemž pro úspěšné ukončení předmětu je zapotřebí získat alespoň 50% bodů ze zkoušky.

Osnovy výuky

Přednášky:
1. Úvod, seznámení s obsahem předmětu, návrh měřicího systému, opakování problematiky nejistot měření. Konstrukce kvalifikovaných odhadů zdrojů nejistot v měřicích systémech.

2. Teoretické základy automatizace měření - typická struktura měřicího řetězce, obvody pro úpravu signálu v měřicím řetězci, vzorkování a jeho vazba na strukturu měřicího řetězce, aliasing efekt a možnosti jeho potlačení.

3. Spohlehlivost (měřicích) systémů.

4. A/D a D/A převodníky pro měřicí systémy.

5. Vícekanálové měřicí systémy, stanovení fázového posuvu v měřicím systému, měřicí ústředny. Digitální linky v měřicích systémech , vlastnosti a konstrukce přepínačů signálů.

6. Specializované přístroje pro použití v měřicích řetězcích a jejich typické vlastnosti sledované při návrhu měřicího systému, možnosti jejich zapojení do automatizovaných měřicích systémů, jazyk SCPI a model komunikace. 

7. Sběrnice používané pro automatizaci měření (RS-232, RS-422/423, EIA-485, USB, GPIB, Ethernet, PCI a PCIe).

8. Metrologie a normy související s automatickými měřicími přístroji a systémy (ČSN EN 60359), aplikace automatizovaných měřicích systémů ve zkušebnictví.

9. Softwarové prostředky pro automatizaci měření, virtuální instrumentace a její filozofie, jednoduchý měřicí hardware NI USB a softwarové ovladače DAQmx.

10. Modulární měřicí systémy, základní historický přehled, systémy PXI, proprietární systémy NI CompactDAQ a NI CompactRIO.

11. Pokročilé programování a algoritmizace v systémech NI cRIO. Přehled stěžejní látky předmětu.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s postupem návrhu a realizace měřicích systémů. Student se naučí pracovat s měřicími systémy a orientovat se v problematice automatizace měření. Student je schopen zvolit vhodnou koncepci měřicího systému, sestavit jej a stanovit nejistotu měření. Zná způsob obecného popisu vlastností a struktury měřicího systému.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Účast v laboratorních cvičeních je povinná, jsou tolerovány dvě omluvené neúčasti.

Základní literatura

ČEJKA, M. Elektronické měřicí systémy. VUT-FEKT, 2002. Elektronická skripta - VUT v Brně (CS)
DI PAOLO EMILIO, M. Data Acquisition Systems: From Fundamentals to Applied Design. 2013. Springer. ISBN 978-1461442134. (CS)
EHSANI, B. Data Acquisition Using LabVIEW. 2016. Packt Publishing Ltd. ISBN 9781782172178. (CS)

Doporučená literatura

KOCOUREK, P. Číslicové měřicí systémy. Vydavatelství ČVUT. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-EEN magisterský navazující 2 ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-EKT magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-KAM magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Soňa Šedivá, Ph.D.
Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D.

Osnova

1. Úvod, seznámení s obsahem předmětu, návrh měřicího systému, opakování problematiky nejistot měření.
2. Konstrukce kvalifikovaných odhadů zdrojů nejistot v měřicích systémech, příklady jejich tvorby v oblasti měřicích prostředků a snímačů neelektrických veličin.
3. Teoretické základy automatizace měření - typická struktura měřicího řetězce, obvody pro úpravu signálu v měřicím řetězci, vzorkování a jeho vazba na strukturu měřicího řetězce, stanovení fázového posuvu v měřicím systému, aliasing efekt a jeho vliv na měřicí řetězec včetně možnosti jeho potlačení, měřicí ústředny.
4. Sběrnice používané pro automatizaci měření (RS-232, RS-422/423, EIA-485, USB, GPIB, Ethernet, PCI a PCIe).
5. Specializované přístroje pro použití v měřicích řetězcích a jejich typické vlastnosti sledované při návrhu měřicího systému, možnosti jejich zapojení do automatizovaných měřicích systémů, jazyk SCPI a model komunikace.
6. Softwarové prostředky pro automatizaci měření, virtuální instrumentace a její filozofie, jednoduchý měřicí hardware NI USB, práce se specifikacemi, použití driverů DAQmx.
7. Spohlehlivost, elektromagnetická kompatibilita.
8. Modulární měřicí systémy, základní historický přehled, systémy PXI, cDAQ.
9. Proprietální systém NI cRIO, základní struktura a vlastnosti systému, hw model systému a typy datové komunikace, digitální linky v měřicích systémech obecně, vlastnosti a konstrukce přepínačů signálů.
10. Pokročilé programování a algoritmizace v systémech NI cRIO.
11. Metrologie a normy související s automatickými měřicími přístroji a systémy (ČSN EN 60359), aplikace automatizovaných měřicích systémů ve zkušebnictví.

Laboratorní cvičení

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D.
Ing. Stanislav Klusáček, Ph.D.
Ing. Soňa Šedivá, Ph.D.
Ing. Jakub Krejčí
Ing. Stanislav Pikula, Ph.D.

Osnova

Cvičení:
Blok A: návrh měřicího systému, výpočet a odhad nejistot, limity systému (3 týdny).
Teoretický test 1, 2
Blok B: jazyk SCPI (2 týdny)
Praktický test
Blok C: tvorba aplikace s ovladači NI DAQmx (2 týdny)
Projekt
Blok D: práce se systémy NI cRIO