Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Budowa i oprogramowanie aparatury pomiarowej
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
CTC-1-015-s
Wydział:
Inżynierii Materiałowej i Ceramiki
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Technologia Chemiczna
Semestr:
0
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Osoba odpowiedzialna:
prof. nadzw. dr hab. Jakubowska Małgorzata (jakubows@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
prof. nadzw. dr hab. Jakubowska Małgorzata (jakubows@agh.edu.pl)
prof. nadzw. dr hab. inż. Baś Bogusław (bas@agh.edu.pl)
Ciepiela Filip (filip.ciepiela@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Przedmiot przygotowuje studenta do pracy z wykorzystaniem zaawansowanej cyfrowej aparatury pomiarowej. Umożliwia zapoznanie się z platformą Arduino oraz środowiskiem Labview.

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Zna podstawowe elementy i podzespoły elektroniczne stosowane w konstrukcji aparatury pomiarowej a także posiada wiedzę na temat budowy i funkcjonowania czujników pomiarowych. TC1A_W12, TC1A_W03, TC1A_W02 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Prezentacja
M_W002 Zna matematyczne podstawy techniki cyfrowej w odniesieniu do systemów pomiarowych. TC1A_W12, TC1A_W03, TC1A_W02 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W003 Posiada wiedzę na temat budowy i organizacji systemu pomiarowego, podstawowych bloków funkcjonalnych i ich przeznaczenia, interfejsów pomiarowych a także specjalistycznego oprogramowania. TC1A_W12, TC1A_W03 Kolokwium,
Prezentacja
M_W004 Zna podstawowe zagadnienia dotyczące sygnałów pomiarowych, ich próbowania, kwantowania oraz przetwarzania. TC1A_W12, TC1A_W09 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Umiejętności
M_U001 Zna podstawy funkcjonowania środowiska LabVIEW oraz potrafi zaprojektować prosty przyrząd wirtualny. TC1A_U11, TC1A_U07 Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Potrafi skonfigurować system pomiarowy złożony z typowych komponentów i ocenić jego przydatność do określonych celów. Potrafi dokonać wyboru przyrządu pomiarowego na podstawie analizy jego parametrów funkcjonalnych i oprogramowania. TC1A_U10, TC1A_U07 Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U003 Potrafi wykonać prosty projekt systemu pomiaru temperatury na platformie Arduino z zastosowaniem czujnika dostępnego komercyjnie TC1A_U11, TC1A_U07
Kompetencje społeczne
M_K001 Rozumie potrzebę stosowania prostych i zaawansowanych systemów pomiarowych w rozwiązywaniu zadań inżynierskich oraz optymalizację parametrów ich działania. TC1A_K12 Prezentacja
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Zna podstawowe elementy i podzespoły elektroniczne stosowane w konstrukcji aparatury pomiarowej a także posiada wiedzę na temat budowy i funkcjonowania czujników pomiarowych. - - - - - + - - - - -
M_W002 Zna matematyczne podstawy techniki cyfrowej w odniesieniu do systemów pomiarowych. - - - - - + - - - - -
M_W003 Posiada wiedzę na temat budowy i organizacji systemu pomiarowego, podstawowych bloków funkcjonalnych i ich przeznaczenia, interfejsów pomiarowych a także specjalistycznego oprogramowania. - - - - - + - - - - -
M_W004 Zna podstawowe zagadnienia dotyczące sygnałów pomiarowych, ich próbowania, kwantowania oraz przetwarzania. - - - - - + - - - - -
Umiejętności
M_U001 Zna podstawy funkcjonowania środowiska LabVIEW oraz potrafi zaprojektować prosty przyrząd wirtualny. - - - - - + - - - - -
M_U002 Potrafi skonfigurować system pomiarowy złożony z typowych komponentów i ocenić jego przydatność do określonych celów. Potrafi dokonać wyboru przyrządu pomiarowego na podstawie analizy jego parametrów funkcjonalnych i oprogramowania. - - - - - + - - - - -
M_U003 Potrafi wykonać prosty projekt systemu pomiaru temperatury na platformie Arduino z zastosowaniem czujnika dostępnego komercyjnie - - - - - + - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Rozumie potrzebę stosowania prostych i zaawansowanych systemów pomiarowych w rozwiązywaniu zadań inżynierskich oraz optymalizację parametrów ich działania. - - - - - + - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Zajęcia seminaryjne:

Przedmiot obejmuje zagadnienia niezbędne do zrozumienia działania skomputeryzowanego systemu pomiarowego z elementami generacji, akwizycji i przetwarzania sygnałów. Rozważane są teoretyczne podstawy działania systemów cyfrowych, problemy związane z budową aparatury pomiarowej oraz jej oprogramowaniem z uwzględnieniem numerycznej interpretacji wyniku. Ponadto prezentowane jest nowoczesne podejście wykorzystujące pojęcie przyrządu wirtualnego. Przedstawiane przykłady bazują na systemach pomiarowych stosowanych w analizie chemicznej oraz inżynierii materiałowej. Przedmiot przygotowuje do pracy na stanowisku wymagającym umiejętności posługiwania się nowoczesną aparaturą pomiarową z wykorzystaniem zaawansowanych technik oraz jej adaptacji na potrzeby wykonywanego zadania.

Tematyka
1. Zagadnienia wprowadzające:
- sygnał
- sygnał analogowy, sygnał cyfrowy, próbkowanie sygnału, kwantowanie.
- problem wyboru optymalnej częstotliwości próbkowania.
- zalety stosowania sygnałów cyfrowych w przetwarzaniu informacji.
2. Budowa i organizacja systemu pomiarowego:
- pomiar, sygnał pomiarowy, przetwarzanie sygnałów, typy przetwarzania sygnałów.
- schemat funkcjonalny systemu pomiarowego, podstawowe bloki funkcjonalne i ich przeznaczenie
- akwizycja danych
3. Przetwarzanie danych cyfrowych do postaci analogowej:
- przetworniki cyfrowo – analogowe: definicja, parametry, cechy przetwornika idealnego, charakterystyka przejścia.
- błędy pojawiające się podczas konwersji analogowo – cyfrowej (wykresy prawidłowej i niepoprawnych zależności
4. Przetworniki analogowo – cyfrowe: definicja, parametry, charakterystyka przejścia.
5. Interfejsy pomiarowe.
6. Podstawy techniki cyfrowej:
- algebra Boole’a, funkcje boolowskie wyrażenie kanoniczne, bramki logiczne, układy kombinacyjne, mikroprocesor
7. Podstawowe elementy i podzespoły elektroniczne stosowane w konstrukcji aparatury pomiarowej.
8. Schemat konstrukcji czujnika, cechy czujnika idealnego, przykłady czujników stosowanych w analizie instrumentalnej.
9. Specjalistyczne oprogramowanie do pomiarów i sterowania
- ogólne informacje na temat środowiska LabVIEW
- przyrządy wirtualne.
10. Projektowanie stanowisk pomiarowych z wykorzystaniem platformy mikroprocesorowej Arduino oraz czujników dostępnych komercyjnie.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 54 godz
Punkty ECTS za moduł 2 ECTS
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 10 godz
Przygotowanie do zajęć 6 godz
Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. 6 godz
Udział w zajęciach seminaryjnych 30 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe z nauczycielem 2 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

50% kolokwium praktyczne
35% kolokwium z zagadnień teoretycznych (obejmuje zadania pisemne wykonywane na zajęciach)
15% referat/prezentacja/aktywność na zajęciach/wykonywanie zadań na zajęciach

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Znajmość języka angielskiego w stopniu postawowym.
Znajomość techniki komputerowej.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

Instrukcje dostępne na stronie platformie e-learningowej.
W. Nawrocki, Komputerowe systemy pomiarowe, WKŁ, Warszawa, 2002.
R. Van de Plassche, Scalone przetworniki analogowo – cyfrowe i cyfrowo – analogowe, WKŁ, Warszawa, 1997.
M. Skomorowski, Wstęp do projektowania systemów cyfrowych, Uniwersytet Jagielloński, Kraków, 1994.
W. Winiecki, Organizacja komputerowych systemów pomiarowych, Oficyna Wyd. Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 1997.
W. Winiecki, J. Nowak, S. Stanik, Graficzne zintegrowane środowiska programowe do projektowania komputerowych systemów pomiarowo – kontrolnych, MIKOM, Warszawa, 2001.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Publikacje w czasopismach z listy filadelfijskiej
1. M. Jakubowska, R. Piech, T. Dzierwa, J. Wcisło, W.W. Kubiak, The Evaluation Method of Smoothing Algorithms in Voltammetry, Electroanalysis 15 (2003) 1729-1736.
2. M. Jakubowska, W.W. Kubiak, Optimization of smoothing process – the method to improve calibration in voltammetry, Talanta, 62 (2004) 583-594.
3. M. Jakubowska, W.W. Kubiak, Adaptive – degree polynomial filter for voltammetric signals, Analytica Chimica Acta 512 (2004) 241-250.
4. J. Gołaś, B. Kubica, W. Reczyński, W.M. Kwiatek, M. Jakubowska, M. Skiba, M. Stobiński, E. M. Dutkiewicz, G. Posmyk, K.W. Jones, M. Olko, J. Górecki, Preliminary Studies of Sediments from the Dobczyce Drinking Water Reservoir, Polish Journal of Environmental Studies 14 (2005) 37-44.
5. M. Jakubowska, W.W. Kubiak, Removing spikes from voltammetric curves in the presence of random noise, Electroanalysis 17 (2005) 1687-1694.
6. M.Jakubowska, Dedicated wavelet for voltammetric signals analysis, Journal of Electroanalytical Chemistry 603 (2007) 113–123.
7. M. Jakubowska, E. Hull, R. Piech, W.W. Kubiak, Selection of the optimal smoothing algorithm for the voltammetric curves, Chemia Analityczna – Chemical Analysis 53 (2008) 215–226.
8. M. Jakubowska, W. W. Kubiak, Signal processing in normal pulse voltammetry by means of dedicated mother wavelet, Electroanalysis 20 (2008) 185–193.
9. M. Jakubowska, R. Piech, Dedicated mother wavelet in the determination of antimony in the presence of copper, Talanta 77 (2008) 118-125.
10. M. Jakubowska, Inverse continuous wavelet transform in voltammetry, Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems 94 (2008) 131-139.
11. M. Jakubowska, B. Baś, W.W. Kubiak, End-point detection in potentiometric titration by continuous wavelet transform, Talanta 79 (2009) 1398-1405.
12. B. Baś, M. Jakubowska, W.W. Kubiak, New multipurpose electrochemical analyzer for scientific and routine tasks, Chemické Listy 103 (2009) s262 – Proceedings of the Modern electroanalytical methods 2009, Prague, Czech Republic, 9–13 December 2009.
13. M. Jakubowska, Hybrid signal processing in voltammetric determination of chromium(VI), Journal of Hazardous Materials 176 (2010) 540–548.
14. M. Jakubowska, Orthogonal Signal Correction for Voltammetry, Electroanalysis 22 (2010) 564 – 574.
15. M. Jakubowska, B. Baś, F. Ciepiela, W. W. Kubiak, A calibration strategy for stripping voltammetry of lead on silver electrodes, Electroanalysis 22 (2010) 1757-1764.
16. B. Baś, M. Jakubowska, F. Ciepiela, W. W. Kubiak, New multipurpose electrochemical analyzer for scientific and routine tasks, Instrumentation Science and Technology 38 (2010) 421-435.
17. M. Jakubowska, Signal Processing in Electrochemistry, Electroanalysis 23 (2011) 553–572.
18. Ł. Górski, F. Ciepiela, M. Jakubowska, W.W. Kubiak, Baseline correction in standard addition voltammetry by discrete wavelet transform and splines, Electroanalysis 23 (2011) 2658–2667.
19. Ł. Górski, F. Ciepiela, M. Jakubowska, Automatic baseline correction in voltammetry,
Electrochimica Acta 136 (2014) 195-203.
20. Ł. Górski, M. Jakubowska, B. Baś, W.W. Kubiak, Application of genetic algorithm for baseline optimization in standard addition voltammetry, Journal of Electroanalytical Chemistry 684 (2012) 38–46.
21. Ł. Górski, W.W. Kubiak, M. Jakubowska, Independent components analysis of the overlapping voltammetric signals, Electroanalysis 28 (2016) 1470–1477.
22. M. Jakubowska, Ł. Górski, R. Piech, Deviations from bilinearity in multivariate voltammetric calibration models, Analyst 138 (2013) 6817–6825.
23. F. Ciepiela, G. Lisak, M. Jakubowska, Self-referencing background correction method for voltammetric investigation of reversible redox reaction, Electroanalysis 25 (2013) 2054–2059.
24. F. Ciepiela, M. Jakubowska, Faradaic and Capacitive Current Estimation by DPV-ATLD, Journal of The Electrochemical Society, 164 (12) H760-H769 (2017)

Rozdziały w monografiach książkowych:
1. M. Jakubowska, W. Reczyński, A. Donabidowicz, J.Gołaś, W.W. Kubiak, Chemometric analysis of sediments from Dobczyce water reservoir w: Chemometrics: methods and applications / eds. Dariusz Zuba, Andrzej Parczewski, Kraków : Institute of Forensic Research Publishers, 2006, s.131–139.
2. M. Jakubowska, W.W. Kubiak, Separation of overlapped voltammetric peaks with dedicated wavelet w: Chemometrics: methods and applications / eds. Dariusz Zuba, Andrzej Parczewski, Kraków : Institute of Forensic Research Publishers, 2006, s.401–406.
3. M. Jakubowska, B. Baś, W.W. Kubiak, Nowy algorytm wyznaczania punktu końcowego w miareczkowaniu potencjometrycznym [New algorithm for end-point detection in potentiometric titration], Chemometria w nauce i praktyce, pod red. Dariusza Zuby, Andrzeja Parczewskiego, Kraków, Wydawnictwo Instytutu Ekspertyz Sądowych, 2009.

Publikacje recenzowane w czasopismach o zasięgu międzynarodowym:
1. S. Białas, M. Jakubowska, Necessary and Sufficient Conditions for the Stability of Interval Matrices, Bulletin of the Polish Academy of Sciences 49 (2001) 467-478.
2. M. Jakubowska, D. Kalarus, A. Kot, W. W. Kubiak, Metody chemometryczne w identyfikacji źródeł pochodzenia klinkieru oraz cementu, Materiały Ceramiczne = Ceramic Materials 61 (2009) 12–15.

Informacje dodatkowe:

Brak