РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине

«ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ»

(ПЦ. Б.3.01.01)

для направления подготовки бакалавриата

200100.62 – Приборостроение

Разработана в соответствии с ФГОС ВПО, ООП по направлению подготовки бакалавриата 200100.62 – Приборостроение

2

1 Цели и задачи дисциплины.

Дисциплина «Физические основы получения информации» является специальной общеобразовательной дисциплиной в системе подготовки бакалавра по специальности 200100.62 направления «Приборостроение».

Целью дисциплины является получение студентами знаний в области физических основ получения информации являющихся базой при подготовке квалифицированных специалистов в области приборостроения. Полученные знания позволят студентам целенаправленно и детально изучать вопросы использования технических средств обработки и представления информации по специальности информационно-измерительная техника и технологии.

Основные задачи дисциплины:

1) изучить физические основы явлений и эффектов, использующихся в измерительной технике и закономерности их проявления;

2) изучить физические основы построения первичных измерительных преобразователей различных физических величин;

3) изучить принципы построения многоступенчатых преобразователей неэлектрических величин.

2 Место дисциплины в структуре ООП Дисциплина «Физические основы получения информации» входит в базовую (общепрофессиональную) часть профессионального цикла дисциплин.

Дисциплины, изучаемые одновременно: «Математика», «Физика», «Материаловедение и технология конструкционных материалов», «Прикладная механика», «Электротехника».

Студент, начинающий изучение дисциплины «Физические основы получения информации», должен знать физику в пределах программы средней школы, знать основы интегрального и дифференциального исчисления, основные законы электротехники, основы электроники.

Последующие дисциплины: «Основы проектирования приборов и систем», «Физические основы электронной техники», «Методы и средства измерений», «Контрольно-измерительные приборы и автоматика», «Информационноизмерительные системы».

3 Требования к результатам освоения дисциплины 3.1. В результате освоения дисциплины «Физические основы получения информации» должны быть сформированы следующие компетенции:

- способность применять основные методы, способы и средства получения, хранения, переработки информации, навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-12);

- способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-1);

- способность рассчитывать и проектировать элементы и устройства, основанные на различных физических принципах действия (ПК-7).

Знать:

З.1. Основные тенденции развития техники и технологий в области приборостроения;

3.2. Основы взаимодействия физических полей с веществом;

З.3. Основные закономерности проявления и условия взаимосвязи физических эффектов;

З.4. Области и возможности применения физических явлений и эффектов в приборостроительной технике;

З.5. Физические явления и эффекты, используемые для получения измерительной и управляющей информации: механические, электрические, магнитные, оптические и др.;

З.6. Принцип действия и основные характеристики датчиков различных физически величин, области их применения;

Уметь:

У.1. Использовать закономерности проявления физических эффектов при решении инженерных задач;

У.2. Выбирать классификационные признаки физических эффектов для использования их при проектировании средств измерения и контроля;

У.3. Выбирать физический эффект для построения одноступенчатых и многоступенчатых датчиков;

У.4. Применять физические явления, эффекты и измерительные преобразователи для измерения различных физических величин.

У.5. Проводить анализ возможных характеристик датчика на основе выбранного физического эффекта.

Владеть:

В.1. Навыками использования физических эффектов для построения измерительных преобразователей;

В.2. Навыками работы с современными средствами измерения и контроля и обосновывать выбор таких средств для решения конкретных задач.

Компетентностная модель дисциплины Проектируемые результаты освоения ТехнолоИндекс дисциплины «Х» и индикаторы фор- гии форСредства и технологии компе- мирования компетенций мироваоценки тенции ния комЗнания (З) Умения (У) Навыки (В) петенции ОК-12 З.3 – З.6 У.1; У4; У5 В.1; В.2 Отчеты по практическим 1- и лабораторным, занятиям, пояснительная записка курсовой работы ПК-1 З.2 – З.6 У.1 – У.5 В.1; В.2 Отчеты по лабораторным, 1- занятиям, пояснительная записка курсовой работы, устный опрос ПК-7 З.2; З.3; У.1 –У.5 В.1; В.2 пояснительная записка 1- З.5; З.6 курсовой работы, устный опрос 4 Объем дисциплины и виды учебной работы в часах и зачетных единицах Очная форма обучения Вид занятий Всего (час/зач. ед) Семестр 3 Всего аудиторных занятий 126 54 Лекции 54 36 Практические занятия 18 - Лабораторные работы 54 18 Самостоятельная работа 162 110 Проработка лекций 126 100 Курсовая работа 30 - Домашнее задание 10 10 Всего по дисциплине 288/8 164 Вид итогового контроля Зач., Диф. зачет. Зач. Диф. зачет Заочная форма обучения 5 Содержание дисциплины по модулям и видам учебных занятий 5.1 Содержание дисциплины по модулям.

1. Общие вопросы получения информации.

2. Основы взаимодействия физических полей с веществом.

3. Теоретические основы использования физических эффектов.

4. Физические явления и эффекты, используемые для получения информации.

5. Первичные измерительные преобразователи.

5.1 Содержание лекций Модуль 1. Общие вопросы получения информации 1 Лекция. Основные понятия и определения метрологии: измерение, Л Пр физическая величина, классификация физических величин, измерительное преобразование и измерительный преобразователь.

2 Лекция. Виды и методы измерений: классификация. Способы Л, Лр представления информации. Средства измерений и контроля, клас- Лр, сификация. Их основные статические характеристики: уравнение Пр преобразования, погрешность, чувствительность, диапазон преобразования и др.

3 Лекция. Динамические характеристики средств измерения и кон- Л, Л троля: амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики, ти- Пр повые звенья в статическом и динамическом режимах.

4 Лекция. Условия измерений, единство измерений, аттестация и Л поверка. Эталоны, образцовые средства измерений, стандартные образцы.

Модуль 2. Основы взаимодействия физических полей с веществом 5 Лекция. Электрическое поле в диэлектриках: поляризация, виды Л, Л, Лр поляризации. Диэлектрическая проницаемость. Диэлектрические Лр, потери. Токи в диэлектриках. Электрическое поле в проводниках и Пр полупроводниках. Зависимость электропроводности проводников и полупроводников от различных факторов: температуры, давления, деформации. Термоэлектрические явления в проводниках 6 Лекция. Магнитное поле в веществе: кривая намагничивания, маг- Л, Лр Лр нитная проницаемость, магнитные потери.

7 Лекция. Взаимодействие электромагнитного поля с веществом. Л, Пр Уравнения Максвелла. Шкала электромагнитных волн. Распростра- Пр нение электромагнитной волны в диэлектриках и проводниках. Отражение, преломление и рассеяние волны. Поверхностный эффект.

8 Лекция. Распространение электромагнитного поля в веществе. Л Л Явления интерференции, дифракции, отражения и преломления электромагнитных волн и их применение.

9 Лекция. Использование интерференции для измерения различных Л, физических величин: геометрических размеров, угловых координат Пр 10 Лекция. Взаимодействие акустических полей с веществом. Уп- Л, Л ругие (акустические волны). Затухание, преломление и отражение Лр, акустических волн. Излучатели и приемники акустических волн. Пр Применение акустических волн.

11 Лекция. Тепловые поля и излучения. Законы теплового излуче- Л, Лр Лр ния. Использование законов теплового излучения для бесконтактного измерения температуры и параметров тепловых полей.

Модуль 3. Теоретические основы использования физических эффектов 12 Лекция. Определение, основные закономерности проявления и Л Л модель ФЭ. Условия взаимосвязи и структура описания ФЭ.

13 Лекция. Техническая реализация физических эффектов. Л, 14 Лекция. Структура описания физического эффекта. Задачи ин- Л формационного поиска ФЭ.

Модуль 4 Физические явления и эффекты, используемые для получения информации 15 Лекция. Физические эффекты: определение и классификация. Л 16 Лекция. Тензорезистивный, терморезистивный, магниторези- Л, Лр Л 17 Лекция. Эффект Зеебека и его применение. Пьезоэлектрический Л, Лр Лр эффект и его применение 18 Лекция. Эффект Холла. Эффект Баркгаузена и его применение. Л, Лр Лекция. Линейный и квадратичный электрооптический эффекты Л Поккельса и Керра. Магнитооптический эффект Фарадея. Их применение.

20 Лекция оптическая и акустическая голография и их использова- Л ние. Эффект Доплера и его применение.

Модуль 5. Первичные измерительные преобразователи 21 Лекция. Классификация первичных ИП (ПИП). Основные харак- Л ПИП. Общие вопросы построения резистивных ПИП.

22 Лекция. Реостатные, тензорезистивные, терморезистивные, фо- Л, Лр торезистивные, магниторезистивные ПИП: устройство, работа и ос- Лр, новные характеристики. Измерительные цепи резистивных ПИП, Пр способы включения резистивных датчиков в измерительную цепь.

23 Лекция. Термоэлектрические, пьезоэлектрические ПИП: класси- Л, Лр Л фикация, устройство, работа, основные характеристики, применение. Пути уменьшения погрешностей.

24 Лекция. Емкостные, индуктивные ИП: принципы построения, Л, Лр устройство, работа, основные характеристики, измерительные цепи, 25 Лекция. Феррозондовые ИП. классификация, устройство, работа, Л Л основные характеристики, применение.

26 Лекция. Вихретоковые ИП: классификация, устройство, работа, Л основные характеристики, применение.

27 Лекция. Преобразователи с временным выходным сигналом. Л Преобразователи ионизирующего излучения: ионизационные камеры, газорязрядные и сцинтиляционные счетчики. Принцип действия, конструкции, характеристики. Перспективы развития первичных измерительных преобразователей.

5.2 Содержание практических и лабораторных занятий Основные цели занятий – привитие студентам навыков в решении задач, в пользовании справочной литературой, а также подготовки их к самостоятельной работе над решением конкретных задач.

5.2.1. Содержание практических занятий Практическое занятие 1. Определение основных характеристик + + средств контроля и измерений.

Практическое занятие 2. Определение погрешности измерения (кон- + троля).

Модуль 2. Основы взаимодействия физических полей с веществом Практическое занятие 1. Определение параметров электрического поля + в диэлектрических веществах. Нахождение напряженности электрического поля в диэлектрике.

Практическое занятие 2. Распространение электромагнитного поля в + + проводниках. Коэффициент затухания, глубина проникновения.

Практическое занятие 3. Определение коэффициента затухания акусти- + ческой волны при распространении ее в веществе.

Модуль 3. Основы использования физических эффектов.

Практическое занятие 1. Построение многоступенчатых преобразовате- + лей Модуль 4. Физические явления и эффекты, используемые для получения информации Практическое занятие 1. Интерференция и ее применение для измере- + ния (контроля) линейных размеров (перемещений).

Модуль 5. Первичные измерительные преобразователи Практическое занятие 1. Определение погрешности измерения темпе- + ратуры контактными термочувствительными преобразователями.

Практическое занятие 2. Определение координат дефекта акустически- ми методами.

5.2.2 Содержание лабораторных работ Цель лабораторных работ – изучение методов экспериментального исследования, приобретение опыта в проведении лабораторных экспериментов, приобретение опыта математической обработки и интерпретации полученных результатов.

Содержание лабораторного практикума Модуль 1. Общие вопросы получения информации Лабораторная работа 1. Исследование методов измерения. + + Модуль 2. Основы взаимодействия физических полей с веществом Лабораторная работа 1. Исследование зависимости диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь о температуры.

Лабораторная работа 2. Определение характеристик магнитно мягких + материалов.

Лабораторная работа 3. Определение характеристик акустической вол- ны Модуль 4. Физические явления и эффекты, используемые для получения информации Лабораторная работа 1. Исследование эффекта Зеебека + Лабораторная работа 2. Исследование тензорезистивного эффекта и + преобразователей на его основе.

Лабораторная работа 3. Исследование эффекта Холла. + Лабораторная работа 4. Исследование пьезоэлектрического эффекта + Модуль 5. Первичные измерительные преобразователи Лабораторная работа 1. Исследование термоэлектрического преобразо- + вателя Лабораторная работа 2. Исследование терморезистивного преобразова- теля Лабораторная работа 3. Исследование емкостного преобразователя пе- ремещения Лабораторная работа 4. Исследование индуктивного преобразователя перемещения Лабораторная работа 5. Исследование яркостного пирометра + + 6 Образовательные технологии 6.1 Для достижения планируемых результатов освоения дисциплины «Физические основы получения информации используются следующие образовательные технологии:

6.1.1. Информационно-развивающие технологии.

6.1.2. Развивающие проблемно-ориентированные технологии.

6.1.3. Личностно ориентированные технологии обучения.

Обучение на основе опыта Индивидуальное обучение Междисциплинарное обучение Опережающая самостоятельная работа 6.2. Интерактивные формы обучения в соответствии с положением П ОмГТУ 75.03-2012. «Об использовании в образовательном процессе активных и интерактивных форм проведения учебных занятий».

№ Модуль Применяемые технологии интерактивного обучения Кол-во Модуль 1 Лабораторный практикум. Case – Study, работа в команде.

Модуль 2 Лабораторный практикум. Case – Study, работа в команде.

3 семестр СРС. Выполнение домашнего задания. Метод проектов. Ра- Модуль 3 СРС. Выполнение домашнего задания. Метод проектов. Расеместр бота в команде.

Модуль 4 Лабораторные работы: Case – Study, работа в команде 4 семестр СРС: выполнение курсовой работы. Метод проектов. Работа Модуль 5 Лабораторные работы: Case – Study, работа в команде 4 семестр СРС: выполнение курсовой работы. Метод проектов. Работа 7 Самостоятельная работа студентов Самостоятельная работа направлена на закрепление и углубление полученных теоретических и практических знаний, развитие навыков практической работы и включает в себя: самостоятельную проработку отдельных разделов теоретического лекционного материала; домашнее задание и курсовую работу.

7.1. Объем СРС и распределение по видам учебных работ в часах 1. Работа с лекционным материалом, самостоятельное изучение отдельных тем дисциплины; поиск и обзор литературы и элек- тронных источников; чтение и изучение учебника и учебных пособий.

2. Подготовка к лабораторным и практическим занятиям, оформ- ление отчетов к лабораторным работам 7.2. Домашнее задание по модулям 1. Эффект Фарадея и его применение (модуль 2, модуль 3) 7.3. Курсовой проект по модулям:

1. Устройство измерения (контроля) температуры (модуль 1-5).

8 Методическое обеспечение системы оценки качества освоения программы дисциплины 8.1. Фонды оценочных средств Фонд оценочных средств позволяет оценить знания, умения и уровень приобретенных компетенций.

Фонд оценочных средств по дисциплине «Физические основы получения информации» включает:

- вопросы к зачету;

- варианты домашнего задания;

- вопросы для допуска к выполнению лабораторных работ;

- вопросы к итоговому заданию по лабораторному практикуму;

- набор вариантов контрольных работ;

- тестовый комплекс;

Оценка качества освоения программы дисциплины «Физические основы получения информации» включает текущий контроль успеваемости, промежуточную аттестацию (по модулям), итоговую аттестацию.

8.2. Контрольные вопросы по дисциплине 1) Дайте определение физической величины.

2) На какие группы разделяются физические величины?

3) Дайте определение измерительного преобразователя.

4) Перечислите основные характеристики средств измерений.

5) Что такое метрическая информация?

6) Что такое структурная информация?

7) Что такое активная информация?

8) Что такое пассивная информация?

1) Что такое поляризация?

2) Как находится относительная диэлектрическая проницаемость?

3) Что такое угол диэлектрических потерь?

4) Какие явления наблюдаются при распространения электромагнитной волны в твердых материалах? Объясните их.

5) Что такое угол магнитных потерь?

6) Что такое кривая намагничивания, магнитная проницаемость.

7) Как можно использовать явление интерференции для измерения различных физических величин: геометрических размеров, угловых координат.

8) Что такое акустические волны и как их можно использовать для получения информации?

9) Что такое голография и где она может быть использована?

10) Какие законы теплового излучения могут быть использованы для бесконтактного измерения температуры?

1) Перечислите основные закономерности проявления ФЭ.

2) Математическая модель ФЭ.

3) Что представляет собой структура ФЭ?

4) Перечислите задачи информационного поиска ФЭ.

1) Дайте определение физического эффекта.

2) Как разделяются физические эффекты и явления?

3) В чем заключается тензорезистивный эффект?

4) В чем заключается терморезистивный эффект?

5) В чем заключается эффект Гаусса?

6) В чем заключается эффект Зеебека?

7) Что такое пьезоэлектрический эффект?

8) Где используется эффект Холла.

9) В чем заключается магнитоупругий эффект и где он применяется.

10) В чем заключается эффект Баркгаузена и где он применяется.

11) В чем заключается электрооптический эффект Поккельса и где он применяется.

12) В чем заключается электрооптический эффект Керра.

13) В чем заключается магнитооптический эффект Фарадея и где он применяется.

14) Эффект Доплера и его применение.

15) Перечислите законы теплового излучения.

1) Что такое передаточная функция измерительного преобразователя?

2) Что такое градуировочная характеристика первичного измерительного преобразователя.

3) Как разделяются датчики в зависимости от наличия дополнительного источника энергии?

4) Как разделяются датчики в зависимости от характера выходного сигнала датчика?

5) Как находится погрешность квантования реостатного преобразователя?

6) Как записывается уравнение преобразования проводникового терморезистивного ПИП?

7) Как записывается уравнение преобразования полупроводникового терморезистивного ПИП?

8) Монохроматическия чувствительность фоторезистивного ПИП это:

9) Как определяется кратность k фоторезистивного ПИП?

10) Какими факторами определяется температурная погрешность наклеиваемых тензорезистивных ПИП при измерении деформации?

11) Что такое магниторезистивное отношение магниторезистивного датчика?

12) Какой из параметров выходной величины емкостного ПИП может быть информативным параметром?

13) Какая из величин может быть входной величиной емкостного ПИП?

14) Какая из конструкций емкостного датчика используется для измерения толщины диэлектрических объектов?

15) Какая из измерительных цепей емкостных датчиков позволяет исключит влияние паразитных емкостей соединитель 16) Какое уравнения является уравнением преобразования пьезоэлектрического датчика силы?

9 Ресурсное обеспечение дисциплины.

9.1. Материально-техническое обеспечение дисциплины 9.1.1 Современные приборы, установки (стенды), специализированная лаборатория «Физические основы получения информации», компьютерные классы.

Лаборатория укомплектована лабораторными установками для проведения лабораторного практикума.

Учебная лаборатория 6-309: ПЭВМ на базе Intel 4-3.80 – 9 шт. коннекторный блок BNC-2120; частотный электропривод на базе преобразователя частоты DANFOSS; преобразователь частоты Siemens; - ПЛК SIMATIC; - ПЛК LOGO; ПЛК ОВЕН.

9.1.2.Технические средства обучения и контроля.

Для проведения занятий используется специализированный компьютерный класс с ПК и соответствующим программным обеспечением.

Использование тестовых заданий для текущего контроля знаний студентов, полученных при самостоятельном изучении лекционного курса и в период промежуточных аттестаций.

9.1.3 Вычислительная техника.

При изучении теоретического курса - работа студентов с обучающее контролирующими программами, содержащими учебный материал по отдельным вопросам курса.

При проведении лабораторных работ - применение расчетных программ по обработке результатов эксперимента, а также обучающее - контролирующих программ по проверке усвоения студентом знаний, полученных при выполнении лабораторной работы.

9.2. Учебно-методическое и информационное обеспечение 9.2.1. Основная литература 1. Ахмеджанов, Р.А. Физические основы получения информации: учеб. пособие / Р.А. Ахмеджанов, А.И. Чередов.– Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008.– 184 с.

ЭБС.

2. Николаева, Е. В. Физические основы получения информации: Измерительные преобразователи. Принципы измерения физических величин: учеб. пособие / Е. В. Николаева, В. В. Макаров ; ОмГТУ. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2007. с. ЭБС.

9.2.2 Дополнительная литература 1. Чередов, А.И. Первичные измерительные преобразователи / А.И. Чередов, А.В. Щелканов. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. – 90 с. ЭБС.

2. Чередов, А.И. Физические основы получения информации метод. указания к лабораторным работам/Сост. А.И. Чередов, А.В. Щелканов, Н.О. Голубятникова. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009. – 40 с. ЭБС.

3. Ранеев Г.Г. Методы и средства измерений: учеб. для вузов / Г.Г. Ранеев, А.П. Тарасенко. – М.: Академия, 2008. – 330 с.

9.2.3. Информационные ресурсы 1. Научная электронная библиотека elibrary.ru 4. Стандарты России 9.2.4. Периодические издания 1. Измерительная техника: 1965 - 2013.

2. Приборы и техника эксперимента: 1975 – 2013.

3. Омский научный вестник. Серия. Приборы, машины и технологии: 2006 – 2013.