Kompleksni merilni sistemi

Opis predmeta

Študent se spozna s splošnimi principi kompleksnih merilnih sistemov in merljivost pojavov (uvod v kompleksne merilne sisteme, omejitve pri merjenju električnih in neelektričnih veličin, merljivost parametrov v senzoričnem merjenju, merilne lestvice, matematično modeliranje, negotovost neposredno in posredno merjenih veličin). Spozna SI sistem enot in osnove kvantne metrologije električnih veličin.

Vsebina vključuje prilagajanje signalov in zmanjševanje šuma v elektronskih merilnih sistemih (ojačenje, mostična vezava, filtriranje,…) ter plavajoče meritve in zaščito (načini izvajanja plavajočih meritev v odvisnosti od merjenega signala, načini izvedbe zaščit, prikazi dobre prakse izvedbe zaščite, varnost).

Študent poglobi znanje o merilni točnosti, merilni negotovost in obdelavi rezultatov (osnove merilne točnosti, sledljivosti, viri negotovosti, obdelava in prikaz merilnih rezultatov, merilna negotovost pri merjenju dinamičnih pojavov). Prikazana so m erjenja po področjih (medicina, električna varnost, okolje, energetika, …)

Predmet učimo na programih

Elektrotehnika 2. stopnja

Cilji in kompetence

Cilj predmeta Kompleksni merilni sistemi je razumeti, razširiti in poglobiti znanje o kompleksnih merilnih sistemih ter merljivosti pojavov na različnih znanstvenih področjih. Študent spozna merilne lestvice izven sistema SI, problem matematičnega modeliranja ter računanje negotovosti neposredno in posredno merjenih veličin.

Študent se seznani z osnovami kvantne metrologije, trenutnim stanjem in prihodnjim razvojem glede na konkretne raziskovalne projekte. V sklopu predmeta študent proučuje zahteve, prisotne pri prilagajanju signalov različnih vrst (frekvenca, amplituda, moč, .. ), in zmanjševanju šuma v elektronskih merilnih sistemih ter ugotovi osnovne parametre potrebne za uspešno izvajanje plavajočih meritev kot tudi optimalno izvedbo zaščit. Predmet daje podrobne informacije o sodobnih definicijah, vezanih na izračune merilnih negotovosti pri statičnih in dinamičnih meritvah, in obdelavi ter prikazovanju merilnih rezultatov. V povezavi z merjenji so obdelane nekatere tehnike procesiranja signalov (korelacije, avtokorelacije…) ter implementacija ustrezne merilne instrumentacije. Pridobljeno znanje je vezano tako na klasična fizikalna področja, zagotavlja pa tudi osnovo senzoričnim merjenjem oziroma interdisciplinarnim pristopom na področjih človeškega zaznavanja v npr. medicini in okolju, na področju izdelkov in storitev, psiho-socialnih vplivov itd.

Metode poučevanja in učenja

V okviru predavanja so predstavljene teoretične osnove obravnavanih poglavij kompleksnih merilnih sistemov, skupaj s prikazom rešitev enostavnih praktičnih primerov. Študentom je na voljo študijski material s podrobno vsebino.

Praktično delo poteka v okviru laboratorijskih vaj in seminarja. Laboratorijske vaje so zasnovane v več delih, v katerih se študentje postopoma seznanjajo s problemom in kompleksnimi merilnimi sistemi. Vključujejo samostojno delo, hkrati pa vsi študentje v obliki seminarja izdelajo celovit projekt, vezan na merljivost določenih pojavov, ga razdelajo z vse hmetroloških vidikov ter predstavijo.

Študentje ustno poročajo celi skupini ter predstavijo končne rezultate seminarjev.

Predvideni študijski rezultati

Po uspešno opravljenem predmetu naj bi bili študenti zmožni:

Opisati in razumeti potrebe in zgradbo kompleksnih merilnih sistemov, merilnih lestvic in matematičnih modelov merjenj
Opisati in razumeti razvoj enot SI sistema, definicije, realizacije in implementacije enot, kvantne realizacije osnovnih fizikalnih veličin, razvoj novih metod
Analizirati pojme, povezane s procesiranjem signalov, prilaganjem signalov in zmanjševanjem šuma
Klasificirati in obvladovati koncept merjenj na različnih področjih, kot so medicina, zaščita okolja, človekovo zaznavanje…
Analizirati in razumeti merjenja kot informacijski proces, ki je ključen za odločanje

Temeljni viri in literatura

Drnovšek, J.; Bojkovski, J, Batagelj, V., Hudoklin, D.: Kompleksni merilni sistemi, Ljubljana: Fakulteta za elektrotehniko 2016
Pendrill, L. R., Geršak, G., Drnovšek, J., et al. Measurement with persons : a European network. NCSL International measure, ISSN 1931-5775, Jun. 2010, vol. 5, no. 2, str. 35-46
Kranjec, J., Beguš, S., Geršak, G., Drnovšek, J. Non-contact heart rate and heart rate variability measurements : a review. Biomedical signal processing and control. Sep. 2014, vol. 13, str. 102-112
Carr, J.J.: Elements of Electronic Instrumentation and Measurement. 3. izdaja. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall. 1996
Morris, A.S.: The essence of measurement. London, New York: Prentice-Hall. 1996
Bentley, J.P.: Principles of Measurement Systems. 3. izdaja. New York: John Wiley & Sons Inc. 2005
Morris, A.S.: Measurement and Instrumentation Principles. Oxford: Butterworth-Heinemann. 2001
Regtien, P.P.L.: Measurement Science for Engineers. London, Sterling: Kogan Page Science. 2004