Междисциплинарный

В основу программы положены основные дисциплины федерального
компонента Государственного образовательного стандарта
 ЕН.Ф.07 Физические основы получения информации
Часть 1: Физические явления и эффекты, используемые для
получения измерительной информации
Часть 2: Методы измерения физических величин
 ОПД.Ф.04.02 Электроника и микропроцессорная техника
Часть 1: Электроника
Часть 2: Микропроцессорная техника
 ОПД.Ф.08 Основы проектирования приборов и систем
Физические основы получения информации
Часть I. Физические явления и эффекты, используемые для получения
измерительной информации
Физические величины, их классификация и характеристики.
Классификация и обобщенная структурная схема измерительных
преобразователей физических величин. Физические и химические основы
построения измерительных преобразователей. Использование квантовых
эффектов для повышения точности измерений физических величин.
Резистивные эффекты и их характеристики. Тензорезистивный эффект.
Фоторезистивный эффект. Магниторезистивный эффект. Резистивный
эффект в пневматических и гидравлических цепях. Пьезорезистивный
эффект.
Магнитоупругий эффект, его описание и использование.
Пьезоэлектрические эффекты и их особенности.
Электромагнитный эффект, его характеристики, области применения.
Электростатический эффект, его характеристики, области применения.
Эффект ионизации газов и области его применения.
Пироэлектрический эффект и области его применения.
Эффект Холла и области его применения.
Электрохимические эффекты и области их применения.
Электромагнитный
эффект
в
генераторных
измерительных
преобразователях.
Фотоэлектронный
эффект
в
генераторных
измерительных
преобразователях.
Термоэлектрический эффект и особенности его проявления.
Пирометрический эффект и его использование.
Доплеровский эффект, его характеристики и области применения.
Гироскопический эффект и области его применения.
Часть II. Методы измерения физических величин
Характеристика измеряемой величины и методов измерения.
Терморезистивный
и
термоэлектрический
методы
измерения
температуры.
Термомагнитный метод измерения температуры.
Термошумовой метод измерения температуры.
Термочастотные методы измерения температуры.
Пирометрический метод измерения температуры.
Тепловидение и термография.
Спектрометрические методы измерения температуры.
Характеристика измеряемых величин, классификация методов
измерения.
Методы измерений деформаций и механических напряжений.
Методы измерения сил и крутящих моментов.
Методы измерения давлений.
Измеряемые величины, взаимосвязь параметров движения.
Способы построения систем отсчетов.
Методы измерений параметров движения в выбранной системе
координат. Инерциальные методы измерения параметров линейного
движения. Гироскопические маятниковые аксельрометры.
Методы
измерения параметров углового движения.
Характеристика измеряемых величин, классификация методов
измерения.
Газодинамические методы измерения расхода. Классификация
газодинамических методов. Метод переменного перепада давлений.
Газодинамические частотные методы измерения расхода. Метод постоянного
перепада давлений. Вибрационный метод измерения расхода.
Кинематические (скоростные) методы измерения параметров движения.
Меточный метод. Ультразвуковые методы. Термоанемометрический метод.
Индукционный метод. Доплеровские методы измерения параметров
движения жидких и газообразных сред.
Общие сведения об аналитических измерениях.
Электрохимические методы измерения состава и концентраций.
Кондуктометрический
метод
измерения
концентраций.
Кондуктометрический метод измерения влажности. Кулоновский метод.
Электрофизические методы измерения состава и концентраций.
Тепловой метод. Магнитный метод. Емкостной (диэлкометрический) метод.
Ионизационные методы измерения концентраций. Классификация
методов. Ионизационный метод с использованием радиоактивного
излучения. Ионизационно-плазменный метод.
Спектрометрические (волновые) методы измерения состава веществ.
Электроакустический метод. Радиоспектроскопические методы. Метод
2
ядерного магнитного резонанса. Метод электронного парамагнитного
резонанса. Сверхвысокочастотная спектроскопия.
Электрооптические методы измерения состава веществ. Метод
инфракрасной спектроскопии. Фотоколометрический метод.
Метод электронной спектроскопии.
Радиоактивные методы.
Комбинированные
методы
измерения
концентраций.
Массспектрометрический метод. Хроматографический метод.
Литература
1. Физические основы получения информации. Часть 1. Физические
явления и эффекты, используемые для получения информации: Конспект
лекций/ А.А.Порунов, В.В.Солдаткин. Казань: Казан. гос. технич. ун-т, 2006.
(Имеется электронная версия).
2. Физические основы получения информации. Часть 1. Методы
измерения физических величин: Конспект лекций/ А.А.Порунов,
В.В.Солдаткин. Казань: Казан. гос. технич. ун-т, 2005.(Имеется электронная
версия).
3. Распопов В.Я. Микромеханические приборы: Учебное пособие с
грифом УМО Тул. гос. ун-та и Московс. гос. технолог. ун-та им.
К.Э.Циолковского. Тула: Изд-во ГРИФ, 2004. 476с.
Электроника микропроцессорная техника
(Часть 1: Электроника)
Конденсаторы, их виды, свойства и характеристики.
Диоды, их принцип работы, свойства и характеристики. ВАХ диодов.
Стабилитроны и стабисторы, их свойства и характеристики.
Биполярные транзисторы, их принцип работы, виды и характеристики.
Схемы включения биполярных транзисторов и их вольтамперные
характеристики.
Биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером. Свойства схемы и
характеристики.
Биполярный транзистор в схеме с общим коллектором. Свойства схемы
и характеристики.
Полевые транзисторы, их принцип работы, схемы включения.
Вольтамперные характеристики и параметры полевых транзисторов.
Полевой транзистор в схеме с общим истоком.
Полевой транзистор в схеме с общим стоком.
Операционный усилитель, его свойства и характеристики.
Стабилизаторы напряжения, их виды и основные характеристики.
Параметрический стабилизатор напряжения, его схема, принцип работы,
выбор элементов.
3
Выпрямители источников питания, их схемы, выбор диодов.
Функциональная схема стабилизатора напряжения, назначение
элементов.
Стабилизатор тока на ОУ с незаземленной нагрузкой, его электрическая
схема, задание тока.
Стабилизатор тока на биполярном транзисторе, его электрическая схема,
задание тока.
Стабилизатор тока на полевом транзисторе, его электрическая схема,
задание тока.
Схемы сложения и вычитания аналоговых сигналов.
Инвертирующий усилитель на ОУ, его схема, основные соотношения.
Неинвертирующий усилитель на ОУ, его схема, основные соотношения.
Схема
дифференцирования
аналоговых
сигналов,
область
дифференцирования.
Схема интегрирования аналоговых сигналов, область интегрирования.
Структурная схема генератора синусоидальных колебаний, условия
возбуждения колебаний, виды возбуждения.
Генератор линейно изменяющегося напряжения и его структурная
схема.
Мультивибратор на ОУ, его электрическая схема и принцип работы.
Формирователь импульсов на основе ОУ, его электрическая схема и
принцип работы.
Формирователь импульсов на основе логических элементов, его
электрическая схема и принцип работы.
Амплитудный дискриминатор на основе ОУ, его электрическая схема и
принцип работы.
Амплитудно-временной преобразователь, его электрическая схема и
принцип работы.
Компараторы аналоговых сигналов.
Литература
Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника. Учеб.
для вузов.- 3-е издание переработанное и дополненное. - М.: Высшая школа,
2004г., 790стр. (37 экз.)
Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций. СПб «КОРОНА принт»
2000г., 416стр. (7 экз.)
Кучумов А.И. Электроника и схемотехника: Учеб. Пособие. - М.: Гелиос
АРВ, 2002. 304с. (5 экз.)
Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника. Учеб. Пособие. - 3-е изд. Перераб.
и доп. - Ростов н/Д. Изд-во "Феникс", 2002. - 576с. (1 экз.)
5.Джонс М.Х. Электроника - практический курс.- М.: Постмаркет, 1999. 528 с. (1экз.)
6.Хоровиц П. Искусство схемотехники. Пер. с англ.. 6-е изд. - М.: Мир,
2001г. (4 экз.)
4
Электроника и микропроцессорная техника
(Часть 2: Микропроцессорная техника)
Микропроцессор К1821ВМ85. Состав и назначение входящих в него
устройств.
Микропроцессор К1821ВМ85. Шины и линии для обеспечения
пересылки информации (А(15-8), AD(7-0), IO/ M , S1, S2, READY).
Микропроцессор К1821ВМ85. Линии и сигналы управления
прерываниями (INTR, RST 5.5, RST 6.5, RST 7.5, TRAP).
Микропроцессор К1821ВМ85. Линии и сигналы управления режимом
захват ( HOLD, HLDA).
Входы запросов прерываний и адреса подпрограмм
прерываний
микропроцессора К1821ВМ85.
Процессорный модуль на основе микропроцессора К1821ВМ85.
Формирование сигналов управления обменом информацией с подсистемой
ввода-вывода ( IOR, IOW ).
Процессорный модуль на основе микропроцессора К1821ВМ85.
Формирование сигналов управления обменом информацией с подсистемой
памяти ( MEMR, MEMW ).
Процессорный модуль на основе микропроцессора К1821ВМ85.
Построение буферных устройств шины младшего и шины старшего
полуадресов.
Процессорный модуль на основе микропроцессора К1821ВМ85.
Построение буферного устройства шины данных.
Процессорный модуль на основе микропроцессора К1821ВМ85.
Построение буферного устройства линий управления обменом информацией.
Структурная схема ППА (назначение внутренних блоков)
Структурные особенности каналов ППА.
Подключение ППА к МПС.
Управление обменом информацией между ППА и микропроцессором.
Использование разрядов канала С ППА для передачи сигналов
управления обменом информацией при работе каналов А и В в режимах 1 и 2.
Назначение и функциональные возможности программируемого
контроллера прерываний КР580 ВН59.
Назначение внутренних устройств ПКП.(Буферное устройство данных,
Схема управления чтением-записью, Схема каскадирования, Блок
управления, Блок приема запросов прерывания )
Функционирование ПКП при обслуживании до 8 запросов прерывания.
Функционирование
прерывания.
ПКП
при
обслуживании
Программирование
устройствам ПКП.
ПКП.Обращение по
более
программе
8
к
запросов
различным
5
Литература
1. Новиков Ю.В., Скоробогатов П.К. Основы микропроцессорной
техники. Курс лекций: Учеб.для студ.вузов/-М.:ИНТУИТ.РУ, 2003.-440 (8
экз)
2. Петровский В.В. Микропроцессорные системы в измерительной
технике6 Пособие для студентов заочного обучения/-Казань :КГТУ, 200144с. (128 экз)
3.
Схемотехника
электронных
систем.
Микропроцессоры
и
микроконтроллеры: Учебник/В.И.Бойко, А.Н.Гуржий, В.Я. Жуйков и др.СПб.:БХВ-Петербург, 2004.-464 с. (3 экз)
Основы проектирования приборов и систем
Общие сведения, термины и определения приборов и систем
Классификация измерительных приборов и систем .
Условия эксплуатации измерительных приборов и систем.
Структуры измерительных приборов и систем прямого и прямого
дифференциального преобразования.
Структура измерительных приборов и систем уравновешивающего
преобразования.
Порядок составления структурно-функциональной схемы приборов и
систем (на примере термоанемометрического датчика угла атаки).
Структурная схема измерительно-вычислительной системы с
параллельными измерительными каналами, ее достоинства и недостатки.
Структурная схема измерительно-вычислительной системы
параллельно-последовательного действия, ее достоинства и недостатки.
Структурная
схема
измерительно-вычислительной
системы
последовательного действия, ее достоинства и недостатки
Структурная
схема
мультиплицированной
развертывающей
измерительно-вычислительной системы, ее достоинства и недостатки
Структурные построения измерительно-вычислительных комплексов
Статические характеристики измерительных приборов и систем
(заданная, расчетная, экспериментальная), понятие чувствительности.
Динамические характеристики измерительных приборов и систем
(дифференциальное уравнение, операторная чувствительность, комплексная
чувствительность).
Надежность прибора и системы, основные характеристики
надежности
Понятие погрешности. Классификация погрешностей по размерности
и по характеру связи с уровнем сигнала.
Классификация погрешностей по закономерности их появления при
многократных измерениях и по причинам их появления.
Классификация погрешностей по характеру изменения во времени и
в зависимости от условий работы прибора и системы.
6
Интегральный и дифференциальный законы распределения
случайных погрешностей приборов и систем.
Неслучайные характеристики (моменты) случайных погрешностей
приборов и систем.
Нормальный закон распределения вероятностей случайных
погрешностей приборов и систем.
Равномерный и треугольный законы распределения вероятностей
случайных погрешностей приборов и систем.
Квантильные оценки случайных погрешностей измерительных
приборов и систем, доверительная вероятность и доверительный интервал
случайной погрешности.
Информационные характеристики и точность измерительных
приборов и систем, энтропийное значение случайной погрешности.
Суммирование составляющих погрешности измерительных приборов
и систем.
Измерительные сигналы и их классификация.
Модели и характеристики импульсных и периодических
измерительных сигналов.
Модели и характеристики случайных
непрерывных измерительных сигналов.
Спектральное
описание
периодических
непрерывных
измерительных сигналов.
Спектральное описание непериодических непрерывных сигналов.
Спектральное описание случайных непрерывных сигналов.
Дискретные сигналы и их описание во временной области.
Дискретное преобразование Фурье и его свойства. Восстановление
исходного сигнала по дискретному преобразованию Фурье. Обратное
дискретное преобразование Фурье.
Спектральные характеристики дискретного и непрерывного
сигналов. Выбор интервала дискретизации непрерывных сигналов с
ограниченным спектром.
Выбор интервала дискретизации непрерывных сигналов с
бесконечным спектром. Выбор интервала дискретизации непрерывных
сигналов при наличии помех.
Z-преобразование
дискретных
сигналов.
Обратное
Zпреобразование дискретных сигналов. Свойства Z-преобразования
дискретных сигналов. Связь Z-преобразования с преобразованиями Лапласа
и Фурье.
Преобразование
детерминированных
сигналов
линейной
измерительной системой. Преобразование случайных измерительных
сигналов.
Цифровые фильтры, их достоинства и недостатки. Обобщенная
модель цифрового фильтра.
Импульсная
дискретная
характеристика
и
алгоритм
функционирования цифрового фильтра.
7
Системная функция цифрового фильтра. Частотный коэффициент
передачи и передаточная функция цифрового фильтра.
Характеристики трансверсальных цифровых фильтров. Структурные
схемы трансверсального и рекурсивного цифровых фильтров.
Характеристики рекурсивного цифрового фильтра. Устойчивость
цифровых фильтров.
Анализ трансверсального фильтра первого порядка.
Анализ рекурсивного фильтра первого порядка. Синтез цифровых
фильтров методом инвариантных импульсных характеристик.
Синтез
цифровых
фильтров
на
основе
дискретизации
дифференциального уравнения аналогового фильтра.
Синтез цифрового фильтра на основе связи Z-преобразования и
преобразования Лапласа.
Синтез цифрового фильтра методом билинейного преобразования.
Модели и характеристики апериодических измерительных приборов
и систем.
Погрешности апериодических измерительных систем при типовых
законах изменения входного сигнала.
Модели
и
характеристики
реальных
дифференцирующих
измерительных приборов и систем.
Погрешности
реальных
дифференцирующих
измерительных
приборов и систем.
Модели и характеристики колебательных измерительных приборов и
систем.
Погрешности колебательных измерительных приборов и систем.
Измерительные приборы и системы статического уравновешивания и
их мультипликативные погрешности.
Аддитивные погрешности измерительных приборов и систем
статического уравновешивания.
Измерительные приборы и системы астатического уравновешивания
и их погрешности.
Измерительные
приборы
и
системы
развертывающего
уравновешивания.
Этапы создания новой техники. Основные задачи и методы
проектирования. Стадии проектирования. Организация проектирования
приборов и систем.
Системный подход как основа проектирования,
принципы системного подхода.
Литература:
1. Солдаткин В.М., Порунов А.А., Солдаткин В.В. Основы
проектирования измерительных приборов и систем: Учебное пособие,
Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2006. 380с.
2. Подмастерьев К.В. Точность измерительных устройств. Учебное
пособие.- Изд. 2-е доп. и перераб. Орел: Орел ГТУ, 2004.-140с.
8
3. Карпов В.И., Строганов М.П. Передача данных. Элементы теории
информации. Кодирование. Каналы связи. Учебное пособие. - Пенза, Изд-во
Пенз.гос.ун-та,2000.-88с.
4. Заико А.И. Точность аналоговых линейных измерительных каналов
ИИС.-М.: Изд-во стандартов.1987,- 136с.
9