Информатика в технике эксперимента

Аннотация

Современный физический эксперимент немыслим без использования систем автоматического сбора данных, хранения результатов измерений в цифровой форме и применения электронных средств управления и контроля. Это требует базовых знаний в области автоматизации эксперимента даже у начинающего физика экспериментатора. Лекционный курс представляет собой введение в эту область, делая упор на типичные проблемы, возникающие как в процессе освоения уже автоматизированных экспериментальных установок, так и при проектировании новых измерительных комплексов. В рамках курса студенты изучают все основные узлы современных автоматизированных экспериментальных установок, начиная от датчиков и заканчивая системами автоматического управления и контроля.

Программа курса

Основные понятия

Цели и задачи эксперимента. Подготовка к эксперименту. Автоматизированный эксперимент и автоматизированный сбор информации. Хранение и систематизация результатов эксперимента. Централизованная и распределенная обработка данных

Типы электрических сигналов: аналоговый, цифровой. Особенности обработки аналоговых и цифровых сигналов. Основы аналоговой обработки сигналов: фильтрация, усиление, интегрирование и дифференцирование.

Основные элементы аналоговой части измерительной системы: датчики, усилители, аттенюаторы. Их влияние на характеристики измерительной системы.

Борьба с шумами

Борьба с шумами. Построение правильной схемы заземления, разнесение цифровой и аналоговой земель.

Требования к источникам аналоговой информации.

Аналого-цифровые преобразователи

Принципы преобразование аналогового сигнала в цифровую форму. Типы АЦП: преобразование напряжение в частоту, двойного интегрирования, последовательного приближения, сигма-дельта, параллельного.

Понятия точности, разрядности, линейности, быстродействия АЦП. Основные источники погрешностей АЦП.

Цифро-аналоговые преобразователи

Принципы преобразования цифрового сигнала в аналоговый. Типы ЦАП: преобразование частоты в напряжение, на основе переключателей. Основные источники погрешностей ЦАП.

Управление исполнительными механизмами. Шаговые двигатели.

Сопряжение измерительных устройств с ЭВМ

Сопряжение измерительных устройств с ЭВМ, понятие интерфейса сопряжения. Различные типы стандартных шин ЭВМ: ISA, PCI, SCSI, USB, IEEE-1394 с точки зрения сопряжения с приборами.

Приборные интерфейсы RS-232, КОП (IEEE-488), Centronix, нестандартный. Преимущества и недостатки.

Цифровые фильтры

Понятие цифрового фильтра. Типы цифровых фильтров КИХ и БИХ фильтры.

Особенности использования прямого и обратного преобразования Фурье для фильтрации цифровых сигналов.

Основы автоматического регулирования

Основы теории автоматического регулирования. Понятие обратной связи и устойчивости регулятора.

Типы аналоговых регуляторов.

Цифровые системы автоматического регулирования. Построение модели объекта. Регулирование. Адаптивное регулирование

Литература

Основная

«Микропроцессорные автоматические системы регулирования» (под ред. В. В. Солодовникова). М.: «Высшая школа». 1991. 255 с.
У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство, пер. с нем.». М.: «Мир». 1982. 512 с.
Г. Науман, В. Майлинг, А. Щербина. «Стандартные интерфейсы для измерительной техники: Пер. с нем.». М.: «Мир». 1982. 304 с.
А. А. Мячев и др. «Интерфейсы систем обработки данных: Справочник». М.: Радио и связь. 1989. 416 с.
Г. Мошиц, П. Хорн «Проектирование активных фильтров. Пер. с англ.».-М.: «Мир». 1984. 320 с.
Г.Отт. Методы подавления шумов и помех в электронных системах. Пер. с англ.». М.: «Мир». 1979. 317 с.
Ф. Дженнингс. «Практическая передача данных: Модемы, сети, протоколы. Пер. с англ.». М.: «Мир». 1989. 272 с.

Дополнительная

R. J. Higgins «Digital Signal Processing in VLSI». Prentice Hall Englewood Cliffs, NJ 07632. 1990.
K. J. Astorm, B. Wittenmark. «Computer Controlled Systems. Theory and Design». Prentice Hall Englewood Cliffs, NJ 07632. 1984.

Другие спецкурсы программы

Спецкурсы