Course title:
Méréstechnika
Primary programme:
Fizikus mérnök BSc
ECTS credits:
3
Course type:
kötelező
Number of lectures per week:
2
Number of practices per week:
0
Number of laboratory exercises per week:
0
Further knowledge transfer methods:
kísérleti bemutatókkal kiegészített előadás
Grading:
Examination
Special grading methods:
Semester:
3
Prerequisites:
-
Responsible lecturer:
Dr. Halbritter András, egyetemi tanár, DSc
Lecturers and instructors:
Course description:
Feszültség- és áramforrások, feszültség- és árammérők. Ellenállásmérés, négypont ellenállásmérés. Műveleti erősítők. Feszültségerősítő és áramerősítő, illetve komparátor alapkapcsolások. A/D és D/A átalakítók. Adatgyűjtő kártyák legfontosabb jellemzői. Közös módusú jelek elnyomása. Analóg és digitális oszcilloszkópok, mintavételezési módszerek, szinkronizálás, mérések oszcilloszkóppal. Függvénygenerátorok. Aliasing jelensége.
Külső zavaró jelek elnyomása: elektrosztatikus és induktív csatolás, földelés és “guarding”, csavart érpárú vezetékek, termofeszültségek és offset-kompenzáció. Szórt kapacitásból adódó időállandó.
Hullámterjedés koaxiális kábelben, távíró egyenletek, a hullámimpedancia fogalma, kábelvégi visszaverődés.
Véges időablakra vett Fourier-analízis. Ablakfüggvények szerepe: spektrális szivárgás, frekvenciafelbontás, amplitúdópontosság. Véges időközű mintavételezés szerepe, mintavételezési törvény. Diszkrét Fourier transzformáció, spektrumszámítás FFT algoritmussal. Spektrumanalizátorok. Fázisérzékeny mérések: lock-in erősítő, fáziszárt hurok.
A PID szabályozás alkalmazása hőmérsékletvezérléstől a pásztázó szondás mikroszkópiáig.
Zajjelenségek. A zaj spektrális sűrűsége, és ennek viszonya a mért mennyiség korrelációs függvényéhez, és a jel Fourier transzformáltjához. Termikus zaj, áramerősítők termikus zajhatára. Keresztkorrelációs zajmérés. Sörétzaj és 1/f zaj. Antialiasing szűrő.
Mértékegységek nemzetközi rendszere (SI), alapmértékegységek definíciói.
Másodpercstandard, atomórák. Feszültség-frekvencia, áram-feszültség, illetve áram-frekvencia konverzió Josephson-effektussal, Hall-effektussal és elektronpumpával. Tömegmérés Watt-mérleggel. Hőmérsékletstandardok.
Modern szenzorok. Mágnesestér-szenzorok: induktív, magnetorezisztív, spinszelep, Hall és SQUID érzékelők. Távolság- és pozícióérzékelők: induktív adó, kapacitív elmozdulásérzékelők, lézeres és ultrahangos távolságérzékelők, LIDAR rendszer. Hőmérsékletszenzorok: termopárok, ellenálláshőmérők, termisztorok. Fényérzékelők: fotodiódák, CCD érzékelők, CMOS active pixel szenzorok, bolométerek. Gyorsulásmérők: MEMS gyorsulásmérők és giroszkópok, piezoelektromos gyorsulásmérők.
A nukleáris méréstechnika alapjai. Elektromágneses sugárzás, töltött részecskék és anyag atomjai között lejátszódó, a detektálás alapjait adó fizikai kölcsönhatási jelenségek. Detektorok hatásfoka, energia-felbontóképessége, holtidő, kiszökési és pile-up jelenség, válaszfüggvény. Az elektronikus jelfeldolgozás alapeszközei és azok jellemző méréstechnikai tulajdonságai, analóg-digitál konverzió.
Reading materials:
James A. Blackburn: Modern Instrumentation for Scientists and Engineers, Springer-Verlag New York, Inc. 2001, ISBN: 978-0-387-95056-3, DOI:
Sh. Kogan: Electronic Noise and Fluctuations in Solids, Cambridge University Press (1996), ISBN: 9780511551666, DOI:
G. F. Knoll, Radiation detection and measurement, 4th Edition, Wiley, 2010, ISBN: 978-0-470-13148-0
C. Rauscher,
List of competences:
a) tudása- Ismeri a klasszikus és modern fizika műszaki-technológiai eljárásokat és alkalmazásokat megalapozó alapvető törvényszerűségeit, fejlődési irányait, és a modern fizikai modelleket.- Ismeri a fizika legfontosabb kapcsolódási pontjait a mérnöki diszciplínákkal, az ehhez kapcsolódó alapvető fogalmakat és összefüggéseket.- Rendelkezik a mérések tervezéséhez és kivitelezéséhez szükséges elektronikai, szenzorikai és méréstechnikai tudással.- Specializációs szakterületén ismeri az alkalmazott tervezési elveket, technológiákat, speciális anyagokat és mérési eljárásokat.b) képességei- Képes a műszaki-technológiai problémák és a fizikai tudományos eredmények közötti kapcsolat megteremtésére, a két terület alkotó összekapcsolására.- Képes a műszaki problémák és a hozzájuk kapcsolódó fizikai jelenségek megértésére, az ehhez szükséges információgyűjtésre, és a szakirodalom eredményeinek értelmezésére és kreatív alkalmazására.- Képes komplex fizikai elveken alapuló mérési eljárások fejlesztésére a méréstervezéstől a számítógépes mérésvezérlés megvalósításán át a mérési adatok kiértékeléséig és értelmezéséig. Képes komplex mérőrendszerek és a fizika elveit alkalmazó modern technológiák fejlesztésére.c) attitűdje- Hitelesen képviseli a természettudományos világnézetet, és alkalmazni tudja a technológia és társadalom viszonylatában.- Elkötelezett új kompetenciák elsajátítására.- Fejleszti, mélyíti szakterületi ismereteit.d) autonómiája és felelőssége- Felelősséggel együttműködik a műszaki, természettudományos és más szakterületek szakembereivel.- Tudatosan vállalja a műszaki-természettudományos terület etikai normáit.- Saját képességeit és munkájának eredményét reálisan értékeli.- Folyamatos tanulással fejleszti kompetenciáit, alkalmassá válva felelősségteljes munkakörök betöltésére.- Tisztában van a tudományos-technológiai kijelentések jelentőségével és következményeivel.- Önállóan működteti a szakterületén használt laboratóriumi és méréstechnikai berendezéseket, eszközöket.