Metody sběru dat v částicové a jaderné fyzice - NJSF067

• Anglický název: Data acquisition methods in particle and nuclear physics
• Zajišťuje: Ústav částicové a jaderné fyziky (32-UCJF)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2020
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 4
• Rozsah, examinace: zimní s.:2/1, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština, angličtina
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: doc. RNDr. Peter Kodyš, CSc.
• Vyučující: doc. RNDr. Peter Kodyš, CSc.
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Jaderná a subjaderná fyzika

Anotace

čeština

Elektronika využívaná k měření a automatizaci ve fyzikálních laboratořích. Úpravy elektrických signálů pro jejich automatické zpracování moderními sběrnými zařízeními. Přenos informací do počítače vstupními rozhraními, sběr dat a jejich zpracování, představení různých typů rozhraní. Představení elektronických přístrojů a systémů používaných v jaderné a částicové fyzice. Komunikace s přístroji z různých operačních systémů. Moderní obvody pro rychlé zpracování dat FPGA a modulární stavebnice Arduino. Zásady bezpečné a spolehlivé komunikace s přístroji v laboratořích.

Poslední úprava: Krtička Milan, doc. Mgr., Ph.D. (21.01.2019)

angličtina

Measurement and automation electronics used in physics laboratory. Electric signal processing for automation with modern acquisition devices. Transfer, processing and acquisition of data via various computer interfaces, interface types. Introduction of devices and systems used in particle and nuclear physics. Communication on various operating systems (Windows, Linux). Modern devices for data processing: FPGA (Field Programmable Gate Array) and modular kit Arduino. Basic principles of safe and reliable communications with devices in laboratories.

Poslední úprava: Krtička Milan, doc. Mgr., Ph.D. (21.01.2019)

Podmínky zakončení předmětu

Složení ústní zkoušky.

Poslední úprava: Krtička Milan, doc. Mgr., Ph.D. (10.06.2019)

Literatura

čeština

Sedra, S., Smith, C.: Microelectronic Circuits, Oxford University Press, 6. vydání, 2009, ISBN 9780195323030.

Frisch, H.: Základy elektroniky a elektronických obvodů. Praha, SNTL 1987

Haasz, V., Sedláček, M.: Elektrická měření. Přístroje a metody (2. vydání). Monografie ČVUT, Praha 2003

Herout, P.: Učebnice jazyka C. III. vyd. Kopp, Č.Budějovice, 2016. ISBN: 80-85824-21-9

Herout, P.: Učebnice jazyka C - 2 díl, Kopp, Č.Budějovice, 978-80-7232-367-8, 2002.

Kochan: Programming in C (4th Edition), 2014 ISBN 978-0321776419

Northrop R.B.: Introduction to Instrumentation and Measurements, CRC 2005, 0-8493-3773-9

Placko, D. : Fundamentals of Instrumentation and Measurement, ISTE 2007, ISBN 1 905209 39 8

Šícha, M., Tichý, M.: Elektronické zpracování signálů , SPN Praha, 1987

Stroustrup: Programming: Principles and Practice Using C++ (2nd Edition), 2014, ISBN 978-0321992789

Stroustrup: The C++ Programming Language (4th Edition), 2013, ISBN 978-0321563842

Šťastný, J.: FPGA prakticky, BEN - technická literatura, 2011, ISBN 978-80-7300-261-9

William R. Leo : Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1987

http://www.cplusplus.com/info/ [cit. 2019-01-15]

https://arduino.cz/ - Webový magazín o Arduinu a elektronice [cit. 2019-01-15]

Poslední úprava: Krtička Milan, doc. Mgr., Ph.D. (16.01.2019)

Požadavky ke zkoušce

Požadavky ke zkoušce odpovídají sylabu předmětu v rozsahu prezentovaném na přednášce.

Poslední úprava: Krtička Milan, doc. Mgr., Ph.D. (10.06.2019)

Sylabus

čeština

1. Úvod do elektronických obvodů, pasivní a aktivní prvky, zesilovač, zpětná vazba, šumy, rezonance a rezonanční jevy, přechodové jevy, filtry, derivační a integrační obvody, zemnění, stínění, kabeláž, SMD montáž, wire-bonding, bump-bonding.

2. Úvod do měření: chyby měření, napětí, proud, odpor, kmitočet a fázové rozdíly, AD-DA převodníky, číslicové multimetry, magnetická a optická měření.

3. Rozhraní - RS-232, RS-422, RS-485 (GPIB), USB, RJ45.

4. Čítače impulsů, Převodníky D/A, A/D, speciální zesilovače pro jadernou spektroskopii, jednokanálové a mnohakanálové analyzátory impulsů, diskriminátory, koincidenční obvody, převodníky čas-amplituda, architektura PC, FPGA obvody, stavebnice Arduino pro tzv. slow control meření.

5. C/C++, ROOT, kompilace a ladění programu, bezpečné psaní kódu pro komunikaci se zařízeními, kultura psaní kódu a sdílení s kolegy.

6. Komunikace z různých OS (Windows, Linux).

7. Komunikace z příkazové řádky, komunikace přes vizualizované rozhraní, programy National Instruments.

8. Monitorování práce v laboratoři (správy, upozornění, vzdálená kontrola, dohled v laboratoři, zvukové varování, e-mail, SMS).

9. Modulární práce se zařízeními, spojování operací do složitějších úkonů, zpětné vazby, automatizace.

Praktická cvičení:

1. Naštípnutí konektorů na kabel, pájený kabel. Zásady dobrého pájení.

2. Stínění a zemnění jednoduchého předzesilovače s kontrolou osciloskopem.

3. Vytvořit své pípátko (obvod typu 555), předzesilovač, oscilátor.

4. Vyzkoušet programování a komunikaci s FPGA nebo Arduinem.

Poslední úprava: Krtička Milan, doc. Mgr., Ph.D. (21.01.2019)

angličtina

1. Introduction to electronics circuits, passive and active electronics components, amplifiers, feedback, noise, resonances and resonance effects, transition effects, filters, derivation and integration circuits, grounding, shielding, cabling, SMD soldering, wire-bonding, bump-bonding.

2. Introduction to measurements: measurement errors, voltage, current, resistance, frequency and phase differences, AD-DA converters, digital multi-meters, magnetic and optical measurements.

3. Interfaces - RS-232, RS-422, RS-485 (GPIB), USB, RJ45.

4. Pulse counters, D/A and A/D converters, special amplifiers for nuclear spectroscopy, single channel and multichannel pulse analyzers, discriminators, coincidence circuits, time-amplitude converters, PC architecture, FPGA circuits, Arduino kits for slow control measurements.

5. C/C++, ROOT, compilation and program debugging, safe code writing for communication with devices, correct code writing and sharing in team.

6. Communication in various operating systems (Windows, Linux).

7. Communication from command line and visualized communication tools, programs from National Instruments.

8. Monitoring of work in laboratories (messages, alerts, warnings, remote control, supervising on laboratories, noise alarms, e-mail, SMS).

9. Modular work with devices, interconnecting measurements to more complex tasks, feedback, automation.

Practical exercise:

1. Laminating and soldering cable to the connectors to the cable. Good soldering principles.

2. Shielding and grounding of preamplifiers, monitoring by scopes.

3. Make own beeper (circuit 555), preamplifier, oscillator.

4. Programming and communication with FPGA or Arduino kit.

Poslední úprava: Krtička Milan, doc. Mgr., Ph.D. (21.01.2019)