Kompleksni merilni sistemi

Opis predmeta

a) splošni 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, merjenja izven SI sistema enot)

b) osnove kvantne metrologije (kvantni pojavi, povezava med definicijo in realizacijo fizikalnih veličin, fizikalne konstante in uporaba v merilnih sistemih)

c) prilagajanje signalov in zmanjševanje šuma v elektronskih merilnih sistemih (ojačenje, mostična vezava, filtriranje,…)

d) plavajoče meritve in zaščita (načini izvajanja plavajočih meritev v odvisnosti od merjenega signala, načini izvedbe zaščit, prikazi dobre prakse izvedbe zaščite, varnost)

e) merilna točnost, negotovost in obdelava rezultatov (osnove merilne točnosti, sledljivosti, viri negotovosti, obdelava in prikaz merilnih rezultatov)

f) merilna negotovost pri merjenju dinamičnih pojavov

g) merjenja po področjih (medicina, električna varnost, okolje, energetika, …)

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 dodatno pripravijo samostojen seminar na temo moderne instrumentacije. Dodatno vsak študent izvede v obliki seminarja tudi celovit projekt, vezan na merljivost določenih pojavov, ga razdela ter predstavi z vseh metroloških vidikov.

Študentje ustno poročajo celi skupini ter predstavijo končne rezultate vaj in obeh 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

Reference nosilca

1. BEGUŠ, Samo, BOJKOVSKI, Jovan, DRNOVŠEK, Janko, GERŠAK, Gregor. Magnetic effects on thermocouples. Measurement science & technology, 2014, vol. 3, no. 25, str. 1-1
2. MIKLAVEC, Andraž, PUŠNIK, Igor, BATAGELJ, Valentin, DRNOVŠEK, Janko. A large aperture blackbody bath for calibration of thermal imagers. Measurement science & technology,  2013, vol. 2, no. 24, str. 1-8.
3. AGREŽ, Dušan. Estimation of parameters of the weakly damped sinusoidal signals in the frequency domain. Computer standards & interfaces, 2011, vol. 33, no. 2, str. 117-121.
4. ŽUŽEK, Vincencij, BATAGELJ, Valentin, DRNOVŠEK, Janko, BOJKOVSKI, Jovan. Effect of bushings in thermometric fixed-point cells. Measurement, Jan. 2016, vol. 78, str. 289-295.
5. BATAGELJ, Valentin, ŽUŽEK, Vincencij, DRNOVŠEK, Janko, BOJKOVSKI, Jovan. A numerical and experimental investigation of the heat losses in thermometric fixed-point cells. International journal of heat and mass transfer, Jun. 2015, vol. 85, str. 321-335.

Temeljni viri in literatura

1. Drnovšek, J.; Bojkovski, J,Batagelj, V., Hudoklin, D.: Kompleksni merilni sistemi, Ljubljana: Fakulteta za elektrotehniko 2016
2. Pendrill, L. R., Geršak, Gregor, Drnovšek, Janko, et al. Measurement with persons : a European network. NCSL International measure, ISSN 1931-5775, Jun. 2010, vol. 5, no. 2, str. 35-46
3. Berglund, Birgitta, Drnovšek, Janko, Geršak, Gregor, et al. Measurement of perception : a European network "Measuring the impossible". V: Mesurer pour agir, agir pour progresser = Added value through better measurement : actes des conférences = proceedings, 14 Congrès international de métrologie, 20-25 juin 2009, Paris, France = 14th International Metrology Congress. Paris: Collège Français de métrologie. cop. 2009, str. 1-6
4. Lang, T.T: Computerized Instrumentation. New York: John Wiley & Sons Inc. 1991
5. Carr, J.J.: Elements of Electronic Instrumentation and Measurement. 3. izdaja. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall. 1996
6. Morris, A.S.: The essence of measurement. London, New York: Prentice-Hall. 1996
7. Lang, T.T: Electronics of  measuring systems. Chichester, New York: John Wiley & Sons Inc. 1994
8. Bentley, J.P.: Principles of Measurement Systems. 3. izdaja. New York: John Wiley & Sons Inc. 2005
9. Morris, A.S.: Measurement and Instrumentation Principles. Oxford: Butterworth-Heinemann. 2001
10. Regtien, P.P.L.: Measurement Science for Engineers. London, Sterling: Kogan Page Science. 2004