Název:	Měření a diagnostika strojů
Zkratka:	MDS
Typ:	povinně volitelný
Rozsah:	10 týdnů, týdně 2 hodiny přednášek + 2 hodiny laboratorních cvičení
Způsob ukončení:	zkouška
Katedra:	katedra elektrotechniky a elektromechanických systémů FM TUL
Přednášející:	Prof. RNDr. Ing. Miloslav Košek, CSc.

Stručná anotace předmětu:

Cílem předmětu je seznámit studenty s teorií a praxí automatizovaného měření v technických provozech. V přednáškách je podán ucelený přehled metod a prostředků používaných k automatizovanému měření v technické praxi a základní přístupy k počítačovému zpracování a vyhodnocení naměřených údajů. Základem laboratorního cvičení je neformální tvůrčí praktická aktivita studentů. Úlohy jsou koncipovány tak, aby se co nejvíce blížily praktické činnosti absolventů (analýza problému, návrh optimálního řešení, experimentální ověření, zpracování dat, zpráva). Důraz je kladen i na použití moderních metod zpracování výsledků měření, kvalitní prezentaci výsledků a odvození závěrů ve formě běžné v praxi. Absolventi předmětu by se měli úspěšně uplatnit jak ve specializovaných oblastech měření, řízení a diagnostiky, tak v běžné technické praxi.

Témata přednášek:

Přehled senzorů Základní parametry senzorů (citlivost, přesnost, statické a dynamické charakteristiky apod.) Rozdělení senzorů podle principu a podle měřené veličiny.

Přenos a zpracování signálu od čidel a senzorů, základní prvky měřícího řetězce.

Analogové zpracování signálu:
a) Porovnání analogových a digitálních metod.
b) Základní analogové metody - zesilování a filtrace, základní parametry a charakteristiky zesilovačů a filtrů, realizace zesilovačů, operační zesilovač, ideální a reálný operační zesilovač, základní zapojení operačního zesilovače, realizace filtrů, speciální filtry.
c) Speciální obvody - integrátor a derivátor, realizace, parametry, charakteristiky, porovnání integrace a derivace signálu.

Digitální zpracování signálu:
a) Princip vzorkování, vliv kvantování a vzorkovací frekvence na ztrátu informace. Spektrum vzorkovaného signálu. Aliasing a jeho redukce.
b) Digitální filtry, realizace, parametry.
c) A/D převodník, princip a způsoby realizace, bloková schémata.
d) Multifunkční karta do osobního počítače, universální a specializované karty, základní parametry karet, typické prvky na universální kartě, synchronizace vzorkování kanálů, praktické příklady.

Počítačová rozhraní:
a) Sériová rozhraní RS232C, terminologie, používané signály a jejich význam, základní parametry přenosu, základní zapojení, obvod UART a jeho registry, programování RS232.
b) Rozhraní RS485 a RS422, protokol AIBUS-2 pro tato rozhraní, počítačové sítě, význam jendotlivých vrstev, pakety, programátorský model sítě s protokolem AIBUS-2, popis zprávy, přenos zpráv mezi periferií a řídícím počítačem, příklady periférií.
c) Rozhraní HP-IB, typy zařízení v síti, typy a význam signálů, adresace zařízení, nesynchronizovaná komunikace od posluchače – serial pool, programování rozhraní.
d) Ostatní průmyslová rozhraní.
e) Porovnání a oblasti využití jednotlivých rozhraní.

Zpracování experimentálních dat:
a) Základní statistické metody, redukce šumu pomocí klouzavého průměru.
b) Regresní metody: lineární regrese, princip, způsoby řešení, komerční systémy, nelineární regrese, způsoby řešení a jejich úskalí, realizace na počítači, komerční programy, aplikace.
c) Fourierova transformace: analytická, diskrétní (DFT), rychlá (FFT). Definice, základní vztahy, příklady. Problémy u FFT: překrývání spekter a rozmazávání spektrálních čar.

Náplň cvičení:

Teoretická část
a) Statistické zpracování opakovaného měření se zaměřením na správný zápis výsledku. Zápis výsledku výpočtu s přihlédnutím k odhadnuté přesnosti měření.
b) Analytické zpracování experimentálních průběhů. Určení typu průběhu a jeho parametrů. Aplikace na exponenciální pokles a růst, obecnou mocninu apod.
c) Příklady lineární a nelinerání regrese.
d) Aplikace Fourierovy transformace (analytická, dikrétní, rychlá).

Experimentální část
a) Určení polohy předmětu proximitními snímači, realizace úlohy jednak pomocí logických obvodů, jednak prostřednictvím signálů rozhraní RS232. Ovládání LED diod pomocí signálů z rozhraní RS232.
b) Řízení přístroje METEX osobním počítačem: automatizované měření voltampérové charakteristiky, náhodné spínání spotřebiče, automatizované měření výkonu ve spotřebiči.
c) Inteligentní senzory vlhkosti, rychlosti proudění, osvětlení, otáček a hmotnosti, automatizované snímání těchto veličin. Počítání předmětů pomocí digitální váhy.
d) Poloautomatizované měření parametrů vačky pomocí senzorů připojených k osobnímu počítači rozhraním RS485.
e) Stejnosměrný zesilovač – měření statické a dynamické charakteristiky, odhad zkreslení, ověření stability nuly.
f) Programování funkčního generátoru HP jednak rozhraním RS232, jednak pomocí rozhraní HPIB. Přímé ovládání typických funkcí generátoru. Vytvoření vlastního průběhu složitých kmitů naprogramováním rozsáhlé posloupnosti napětí.
g) Multifunkční karta osobního počítače: Měření stejnosměrného napětí A/D převodníkem, redukce šumu, měření polohy pomocí transformátorového snímače (LVDT) a odporového snímače polohy.
h) Dataloger HP – měření a zápis časového průběhu teplot na Peltilierově článku pomocí termočlánků a platinových teploměrů.

Literatura:

Haasz V., Roztočil J., Novák J.: Číslicové měřící systémy, skriptum ČVUT, Praha 2000

Gofton, P. W.: Sériová komunikace, Grada, 1995

Prerekvizity: -

Navazující:    -

Datum poslední změny: 2. 1. 2001