Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Construction of measuring equipment and software
Course of study:
2019/2020
Code:
CTCH-1-015-s
Faculty of:
Materials Science and Ceramics
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Chemical Technology
Semester:
0
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
prof. nadzw. dr hab. Jakubowska Małgorzata (jakubows@agh.edu.pl)
Module summary

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

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence: is able to
M_K001 Rozumie potrzebę stosowania prostych i zaawansowanych systemów pomiarowych w rozwiązywaniu zadań inżynierskich oraz optymalizację parametrów ich działania. TCH1A_K01 Presentation
Skills: he can
M_U001 Zna podstawy funkcjonowania środowiska LabVIEW oraz potrafi zaprojektować prosty przyrząd wirtualny. TCH1A_U03 Test,
Execution of laboratory classes
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. TCH1A_U03, TCH1A_U04 Test,
Execution of laboratory classes
M_U003 Potrafi wykonać prosty projekt systemu pomiaru temperatury na platformie Arduino z zastosowaniem czujnika dostępnego komercyjnie TCH1A_U03
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Zna podstawowe elementy i podzespoły elektroniczne stosowane w konstrukcji aparatury pomiarowej a także posiada wiedzę na temat budowy i funkcjonowania czujników pomiarowych. TCH1A_W03, TCH1A_W01 Activity during classes,
Test,
Presentation
M_W002 Zna matematyczne podstawy techniki cyfrowej w odniesieniu do systemów pomiarowych. TCH1A_W03, TCH1A_W01 Activity during classes,
Test,
Execution of laboratory classes
M_W003 Posiada wiedzę na temat budowy i organizacji systemu pomiarowego, podstawowych bloków funkcjonalnych i ich przeznaczenia, interfejsów pomiarowych a także specjalistycznego oprogramowania. TCH1A_W03, TCH1A_W01 Test,
Presentation
M_W004 Zna podstawowe zagadnienia dotyczące sygnałów pomiarowych, ich próbowania, kwantowania oraz przetwarzania. TCH1A_W03 Activity during classes,
Test,
Execution of laboratory classes
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
30 0 0 0 0 0 30 0 0 0 0 0
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 Rozumie potrzebę stosowania prostych i zaawansowanych systemów pomiarowych w rozwiązywaniu zadań inżynierskich oraz optymalizację parametrów ich działania. - - - - - + - - - - -
Skills
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 - - - - - + - - - - -
Knowledge
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. - - - - - + - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 54 h
Module ECTS credits 2 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 30 h
Preparation for classes 6 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 6 h
Realization of independently performed tasks 10 h
Contact hours 2 h
Module content
Seminar classes (30h):

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.

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Seminar classes: Na zajęciach seminaryjnych podstawą jest prezentacja multimedialna oraz ustna prowadzona przez studentów. Kolejnym ważnym elementem kształcenia są odpowiedzi na powstałe pytania, a także dyskusja studentów nad prezentowanymi treściami.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Zaliczenie seminarium: obecność i aktywność na zajęciach, realizacja zadań podczas zajęć, sprawdzian praktyczny, kolokwium z zagadnień teoretycznych, przygotowanie referatu.

Zasady zaliczeń poprawkowych: ponowny sprawdzian praktyczny, wykonanie dodatkowego projektu.

Participation rules in classes:
  • Seminar classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci prezentują na forum grupy temat wskazany przez prowadzącego oraz uczestniczą w dyskusji nad tym tematem. Ocenie podlega zarówno wartość merytoryczna prezentacji, jak i tzw. kompetencje miękkie.
Method of calculating the final grade:

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

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Konsultacje z prowadzącym, obszerne materiały na platformie e-learningowej, literatura, wykonanie dodatkowych projektów.

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość języka angielskiego w stopniu podstawowym.
Znajomość podstaw techniki komputerowej.

Recommended literature and teaching resources:

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.

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

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.

Additional information:

Brak