[ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Московский государственный горный университет»
Кафедра физико-технического контроля процессов
горного производства
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по методической работе и качеству образования В. Л. Петров «» _2011 г.
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
ОПД.В.01.01. ЭЛЕКТРОНИКА И ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА Направление подготовки 130400 «Горное дело»Специальность «Физические процессы горного или нефтегазового производства»
Форма обучения:
очная Москва
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является получение студентами знаний об устройстве и принципах работы элементной базы, основных радиоэлектронных узлов и элементарных измерительных схем современных измерительных приборов, используемых при наблюдениях и измерениях характеристик и параметров физических процессов горного производства, а также получение навыков работы с этими приборами.Основные задачи дисциплины:
- освоение основных типов радиоэлектронных измерительных приборов;
- создание представлений о назначении и принципах работы элементной базы и об областях её применения;
- изучение простейших радиоэлектронных узлов и принципов их применения в измерительных устройствах и системах передачи измерительной информации;
- изучение методик проведения радиоэлектронных измерений;
- изучение методик обработки результатов радиоэлектронных измерений;
- создание теоретической и практической базы для изучения специальных курсов и курсов дисциплин профилизации;
- знакомство с устройством простейших измерительных схем, используемых в геофизических, геомеханических и других измерениях, используемых в горном производстве.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ
ДИСЦИПЛИНЫ
В результате изучения дисциплины студенты будут знать: основные понятия электронной и измерительной техники; виды и свойства измерительных сигналов и основные процессы их преобразования; элементную базу электроники; принципы построения и характеристики линейных и нелинейных электрических цепей, усилительных устройств и генераторов электрических колебаний; основные сведения о каналах передачи измерительных сигналов; основные элементы импульсной и цифровой электронной техники; принципы построения и характеристики первичных измерительных преобразователей, аналоговых и цифровых измерительных приборов и устройств, мостов и компенсаторов, информационно-измерительных систем, специализированных средств и систем измерений, используемых на предприятиях горной промышленности. Будущий горный инженер-физик должен также уметь пользоваться основными типами современной электронной измерительной аппаратуры; обосновывать требования к новым образцам такой аппаратуры, предназначенной для решения конкретных задач горного производства; анализировать различные измерительные сигналы, осуществлять статистическую обработку этих сигналов, а также результатов экспериментальных исследований; обосновывать выбор необходимых средств измерений и обработки измерительной информации, осуществлять согласование отдельных элементов этих средств; разрабатывать отдельные узлы электронной измерительной аппаратуры.Изучение дисциплины «Электроника и измерительная техника» базируется на знании студентами ряда разделов математики (дифференциальное и интегральное исчисление, дифференциальные уравнения, теория функций комплексного переменного, операционное исчисление, элементы теории вероятностей и математической статистики), физики (электричество и магнетизм, элементы физики твердого тела), теоретических основ электротехники (методы расчета цепей постоянного тока, цепи синусоидального тока, нелинейные цепи, трансформаторы).
3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Вид учебной работы Всего часов Семестры Общая трудоемкость дисциплины 150 Аудиторные занятия 68 Лекции 34 Практические занятия (ПЗ) 17 Семинары (С) - Лабораторные работы (ЛР) 17 И (или) другие виды аудиторных занятий Самостоятельная работа 82 Курсовой проект (работа) Расчетно-графические работы Реферат И (или) другие виды самостоятельной работы Вид итогового контроля (зачет) 4. Содержание дисциплины 4.1. Разделы дисциплины и виды занятий № Раздел дисциплины Лекции ПЗ ЛР пп 1 ВВЕДЕНИЕ + 2 1. Измерительные сигналы, их преобразование + + и передача измерительных устройств газоразрядные приборы ных измерительных устройств.в электронных измерительных устройствах 8 7. Аналоговые измерительные приборы и пре- + образователи 9 8. Цифровые приборы и преобразователи + 10 Технические средства измерения физических величин, используемые в горной промышленности
ВВЕДЕНИЕ
Предмет радиоэлектроники и измерительной техники. Содержание дисциплины. Задачи, решаемые с помощью средств радиоэлектроники. Роль и место радиоэлектроники и измерительной техники в горном производстве.Характеристика современного уровня радиоэлектроники и измерительной техники. Связь дисциплины с другими дисциплинами направления "Горное дело".
Раздел 1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИГНАЛЫ, ИХ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ И
ПЕРЕДАЧА
Понятие измерительного сигнала. Виды сигналов: детерминированные, случайные, аналоговые, дискретные, периодические, апериодические.Представление и взаимосвязь сигналов во временной и частотной областях.
Спектры различных видов сигналов. Искажения и преобразования сигналов.
Дискретизация по времени, дискретизация по уровню, модуляция, демодуляция. усиление, преобразование частоты и фильтрация сигналов. Основные сведения о каналах передачи измерительных сигналов. Помехи и борьба с ними.
Раздел 2. ЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ЭЛЕКТРОННЫХ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Пассивные элементы цепи – диссипативные, емкостные, индуктивные. Активные элементы цепи - идеальные и реальные источники напряжения и тока. Согласование активных элементов с нагрузкой. Делители напряжения. Дифференцирующая и интегрирующая цепи. Последовательный и параллельный колебательный контуры. Пассивный четырехполюсник и его параметры. Пассивные фильтры. Понятие о цепях с распределенными параметрами. Отклик линейной цепи на гармонические и импульсное воздействие.Раздел 3. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ, ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ И
ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ПРИБОРЫ
Электрические свойства полупроводников. Собственные и примесные полупроводники. Электронно-дырочный переход. Прямое и обратное включение электронно-дырочного перехода. Полупроводниковые диоды: классификация, устройство, характеристика. Биполярные транзисторы: принцип действия, устройство, характеристики, малосигнальные параметры. Полевые транзисторы. Схемы включения транзисторов. Основные понятия микроэлектроники. Другие электронные приборы (электронно-лучевые трубки, тиристоры, оптоэлектронные приборы, приборы с зарядовой связью и т. д.).Раздел 4. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И ГЕНЕРАТОРЫ
КОЛЕБАНИЙ
Принципы усиления. Виды, параметры и характеристики усилителей.Режимы работы усилительных каскадов. Выбор и стабилизация рабочей точки. Многокаскадный усилитель. Обратная связь в усилительных каскадах. Избирательные усилители. Усилители постоянного тока. Операционные усилители. Активные фильтры на операционных усилителях. Генераторы синусоидальных колебаний: условия самовозбуждения, классификация, стабилизация частоты. Автогенераторы на биполярных транзисторах и на туннельном диоде.
ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Принципы нелинейного преобразования сигналов, модуляции, детектирования, преобразования и умножения частоты. Методы осуществления амплитудной и частотной модуляции и демодуляции. Схемы модуляторов на транзисторах и диодного детектора. Преобразователь частоты на транзисторе.Раздел 6. ЭЛЕМЕНТЫ ИМПУЛЬСНОЙ И ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ В
ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ
Ключевые схемы. Формирователи импульсов. Мультивибраторы.Триггеры. Генераторы линейно-изменяющегося напряжения и тока. Компараторы и пороговые элементы. Логические функции и логические элементы.
Шифраторы и дешифраторы. Регистры. Счетчики. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи. Запоминающие устройства. Микропроцессор.
Раздел 7. АНАЛОГОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Общие сведения об аналоговых измерительных приборах и преобразователях. Масштабные преобразователи. Измерительные механизмы аналоговых приборов. Аналоговые первичные измерительные преобразователи (механические, пневматические, оптические, электрические). Аналоговые показывающие и регистрирующие приборы для измерения частоты, фазы, мощности, напряжения, спектров электрических сигналов. Электроннолучевые осциллографы. Общие сведения о принципах мостовых и компенсационных измерений. Мосты для измерения сопротивления емкости индуктивности на постоянном и переменном токе. Компенсаторы постоянного и переменного тока.Раздел 8. ЦИФРОВЫЕ ПРИБОРЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ Основные характеристики цифровых измерительных устройств. Цифровые измерительные приборы для измерения времени, частоты, напряжений и токов, параметров электрических цепей. Использование микропроцессоров в цифровых измерительных устройствах. Цифровые устройства вывода результатов измерений. Информационно-измерительные системы, их использование в горной промышленности.
Раздел 9. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ
ВЕЛИЧИН, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Приборы для измерения температуры. Приборы для измерения перемещений. Приборы для измерения давлений и сил. Приборы для измерения скоростей и ускорений. Приборы для измерения расхода и состава газовых потоков. Приборы для измерения электрических, акустических, тепловых и других характеристик горных пород.
5. ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
№ пп № разде- Наименование лабораторных работ 1 Радел 1. Изучение радиоэлектронных приборов 2 Радел 2. Исследование частотных и импульсных характеристик 3 Радел 3. Снятие характеристик полупроводниковых диодов 4 Радел 4. Операционный усилитель на полупроводниковой микросхеме 5 Радел 5. Амплитудная модуляция радиосигналов и детектирование амплитудно-модулированных колебаний 6 Радел 6. Изучение импульсного генератора на транзисторе № пп № раздела Наименование практических занятий 1 Раздел 1. Расчет параметров сигналов и спектров и их графическое построение 2 Раздел 2. Расчет характеристик простейших радиоэлектронных цепей 3 Раздел 3. Расчет характеристик и параметров полупроводниковых диодов 4 Раздел 4. Расчет характеристик измерительных усилителей 5 Раздел 5. Расчет спектров радиосигналов при модуляции и 6 Раздел 6. Расчет параметров импульсных генераторов6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература 1. Вознесенский А. С., Шкуратник В. Л. Электроника и измерительная техника: Учеб. для вузов. М.:Изд. МГГУ, 2008, 477 с.2. Шкуратник В. Л., Вознесенский А. С. Электроника и измерительная техника. Методические указания по выполнению лабораторных работ. - М.:
МГГУ, 1997, 94 с.
3. Вознесенский А. С., Шкуратник В. Л.. Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Электроника и измерительная техника» для студентов специальности 09.06. -М.: МГИ, 1991, 31 с.
4. Вознесенский А. С. Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Радиоэлектроника» для студентов специальности 0210. М.:МГИ, 1987, Дополнительная литература 1. Информационно-измерительная техника и электроника: Учеб. для студентов вузов / [Г.Г. Раннев, В.А. Сурогина, В.И. Калашников и др.] // Под ред. Г.Г.Раннева. Изд. 3-е, стер. М.:Изд. цент «Академия».- 2009.-512 с.
2. Манаев Е. И. Основы радиоэлектроники, - 3- изд. перераб. и доп.-М.: Радио и связь, 1990.-512 с.
3. Вознесенский А. С., Шкуратник В. Л. Методические указания по дисциплине «Радиоэлектроника» для студентов специальности 0210. Часть I. – М.:МГИ, 1988, 33 с.
4. Шкуратник В. Л., Вознесенский А. С. Методические указания по дисциплине «Радиоэлектроника» для студентов специальности 0210. Часть II. – М.:МГИ, 1989, 33 с.
5. Шкуратник В. Л. Электроника и измерительная техника. Часть 1. Учебное пособие. М.: МГИ, 1991, 108 с.
6. Вознесенский А. С. Электроника и измерительная техника. Часть 2.
Учебное пособие. М.: МГИ, 1992, 107 с.
6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины Программное обеспечение:
– программный пакет MathCAD;
– программный пакет Statistica.
6.3. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы 1. Сайт «Все для радиолюбителя – схемы, форум, программы». [Электронный ресурс]. http://cxem.net/ Проверено 09.02.11.
2. Сайт «Материалы по электротехнике, электронике и метрологии».
[Электронный ресурс]. http://www.electrotechnika.info/ Проверено 09.02.11.
3. Все для студента. Информационно-измерительная техника и электроника. [Электронный ресурс]. http://www.twirpx.com/file/93396/ Проверено 09.02.11.
1. Журнал «Измерительная техника».
2. Журнал «Электроника».
3. Журнал «Радио».
7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОСВОЕНИЯ
ДИСЦИПЛИНЫ
Специализированная лаборатория по радиоэлектронике и измерительной технике, учебный компьютерный зал, комплекс электронноизмерительных приборов и лабораторных стендов.Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования подготовки дипломированных специалистов по направлению 130400 по специальности "Физические процессы горного или нефтегазового производства".
Программу составил
«