NEPTUN KÓD: BMETE11AF30
ELŐADÓ: Halbritter András
FÉLÉVKÖZI SZÁMONKÉRÉS: nincs
VIZSGA
Első 10 perc: a véletlenszerűen kisorsolt téma megbeszélése. A hangsúly a fogalmak megértésén van.
Ha <= 5 előadásról hiányzott: a powerpoint diákat vagy bármit felhasználhat mind a felkészüléshez, mind a vizsga ezen részéhez, illetve kérhet online vizsgát is, ha szeretné. Online vizsgázásnál a vizsga időpontja előtt 40 perccel küldjenek teams chat üzenetet, és küldöm a tételt, vagy ha nem válaszolok pár percen belül, hívjanak teamsen.
Ennél több hiányzás esetén nem használhatják a diákat, és személyes jelenléttel kell vizsgázni.
Második 10 perc: villámkérdések bármely témakörből. Nem használhatnak semmit, csak az egyes témák leglényegesebb mondanivalóját kérdezem.
Értékelések:
5: A teljes anyag magas szintű megértése.
4: A teljes anyag jó megértése.
3: Jelentős megértés jelentős hiányosságokkal.
2: Gyenge, de még mindig valamennyire értékes ismeretek
RÉSZLETES INFORMÁCIÓ: tárgy Moodle oldala
(LAZÁN KAPCSOLÓDÓ) AJÁNLOTT IRODALOM:
(Loosely related) literature: -Keithley Low Level Measurements handbook
-Varga Dezső és Bagoly Zsolt (ELTE TTK): Elektronika és méréstechnika
-James A. Blackburn: Modern Instrumentation for Scientists and Engineers
-Fredric J. Harris: On the use of Windows for Harmonic Analysis with the Discrete Fourier Transform Proceedings of the IEEE 66 p51–83 (1978)
-Heinzel, G.; Rüdiger, A.; Schilling, R. (2002). Spectrum and spectral density estimation by the Discrete Fourier transform (DFT), including a comprehensive list of window functions and some new flat-top windows
TÉTELSOR
1. Egy motiváló kísérlet a méréstechnika tárgy témaköréhez: egy szupravezető minta nulla ellenállásának bemutatása. Az ellenállásmérés trükkjei és nehézségei: kábel- és kontaktusellenállás, négypont mérési módszer; digitális hiba; nemlineáris hőmérséklet-érzékelő karakterisztika; hiszterézis a hűtési és melegítési mérés között. Pontosabb kísérlet alternatív módszerrel: perzisztens áram mérése mágnesestér-érzékelővel. A hídkonfiguráció szerepe a mágneses tér mérésében.
2. PID szabályozás. A P, I és D paraméterek szerepe, a szabályozás időállandója, problémák helytelen beállítás esetén. Alkalmazások: hőmérséklet-szabályozás, atomtávolság-szabályozás (pásztázó alagútmikroszkóp, STM), Michelson-interferométer.
3. Ideális feszültség- és áramforrások, ideális feszültség- és árammérők. Egyszerű feszültség- és áramgenerátor áramkörök. Műveleti erősítők: komparátor, nem invertáló és invertáló feszültségerősítő, áramerősítő, logaritmikus áramerősítő és töltéserősítő áramkörök.
4. D/A átalakító összadó erősítőáramkörrel. Flash és szukcesszív approximációs A/D átalakítók. Adatgyűjtő kártya specifikációk és bemeneti beállítások. Felbontás és pontosság fogalmai. Közös módusú elnyomás.
5. Analóg és digitális oszcilloszkópok alapvető funkciói: bemeneti csatolás, triggerelés, átlagolás és “enhanced resolution” üzemmód. Ultranagy sebességű mintavételi módszerek. Mérések oszcilloszkóppal. Szinkronizálás, függvénygenerátor burst üzemmód. A komplex impedancia fogalma. RC időállandóból adódó problémák a nagyfrekvenciás mérésekben fellépő szórt kapacitások miatt.
6. Hullámterjedés koaxiális kábelekben, távíró egyenletek. A hullámimpedancia fogalma. Visszaverődések a kábel végén, az impedanciaillesztés szerepe. A jel terjedési sebességének mérése állóhullám és repülési idő (time of flight) módszerekkel. Visszaverődés és transzmisszió sorba kapcsolt ellenálláson.
7. Külső zavaró jelek szűrése. Elektrosztatikus csatolt jelek elnyomása: árnyékolás és földelés. Induktívan csatolt jelek elnyomása: csavart érpárok. Nagyfrekvenciás jelek által okozott alacsony frekvenciájú zavarok. Termoelektromos feszültségek, ofszetkompenzáció. Guarding fogalma.
8. Fourier-sor, Fourier-transzformáció. Fourier-integrál véges időintervallumon. Diszkrét Fourier-transzformáció (DFT), a Nyquist–Shannon-mintavételi tétel következményei.
9. Az ablakfüggvények fogalma és tulajdonságai. Spektrális szivárgás, frekvencia felbontás, amplitúdó pontosság és a normalizálás szerepe. A téglalap, Hanning és flattop ablakok tulajdonságai. Miért tudjuk elnyomni a spektrális szivárgást egy ablakkal, amely a mérési intervallum oldalain zérusra csökken?
10. A gyors Fourier-transzformáció (FFT) fogalma, FFT-spektrumanalizátorok. További spektrumelemzési módszerek: heterodin technikák, hibrid és swept-tuned spektrumanalizátorok.
11. A lock-in erősítő működési elve. Fáziszárt hurok (PLL) – szinkronizálás külső referenciajelhez. Kis jelerősségű jelek mérése zajos környezetben modulációs technika alkalmazásával. A zajszűréssel kapcsolatos szempontok – miért érdemes lock-in erősítőt használni? Magasabb harmonikusok mérése lock-in erősítővel.
12. A zaj kísérleti meghatározása. A zaj spektrális sűrűsége, az áram–áram korrelációs függvény Fourier-transzformáltja és az áramingadozások Fourier-transzformáltja, valamint ezen a mennyiségek közötti összefüggések. A spektrális sűrűség kiszámítása DFT alapján.
13. Termikus zaj számítása, a vezetőképesség és a zaj közötti összefüggés a korrelációs időn keresztül. Az áramerősítő minimális bemeneti zaja. Keresztkorrelációs mérési technika.
14. Függetlenül kibocsátott elektronok sörétzaja, az elektronok töltésének mérése. Egyenértékű zajsávszélesség. Ellenállásingadozások, 1/f típusú zaj. Aliasing a zajmérésben, aliasing-szűrő.
15. Nemzetközi mértékegységrendszer (SI). Az alapegységek régi és új meghatározásai, az új SI-rendszer bevezetésének okai. Az idő- és távolságmérés történeti fejlődése.
16. Az atomóra mint időetalon. A kvantummetrológiai háromszög: a feszültség idővé alakítása a Josephson-effektus segítségével, az áram feszültséggé alakítása a kvantált Hall-effektus segítségével, valamint az áram idővé alakítása elektronpumpák segítségével. Tömegmérés: Watt-mérleg és az Avogadro-projekt.
17. Mágnesestér-érzékelők: induktív érzékelők; magnetorezisztív érzékelők (anizotróp mágneses ellenállás, óriás mágneses ellenállás és spin-szelepes érzékelők, alagút mágneses ellenállás), Hall-érzékelők, SQUID-ek.
18. Távolság- és helyzetérzékelők: induktív érzékelők, kapacitív érzékelők, nyomásérzékeny tollal használható érintőképernyők, lézeres távolságmérők, ultrahangos távolságérzékelők és LIDAR-rendszerek.
19. Hőmérséklet-érzékelők, elsődleges és másodlagos hőmérők. Hőelemek, ellenálláshőmérők, termisztorok. Fény- és elektromágneses sugárzás-érzékelők: fotodiódák, CCD-érzékelők, CMOS aktív pixel-érzékelők, bolométerek. Gyorsulásmérők: MEMS gyorsulásmérők és giroszkópok, piezoelektromos gyorsulásmérők.
20. Sugárzás és részecskék detektálása. Az ionizáló sugárzás és az anyag kölcsönhatásai, semleges részecskék detektálása. Gázzal töltött ionizációs detektorok: ionkamrák, arányos számlálók és Geiger–Müller-csövek. Fotoelektron-sokszorozóval ellátott szcintillációs detektorok. Alkalmazások. A nukleáris elektronika alapjai, integrált és impulzusos detektálás, energiafelbontású spektrumok.
ELŐADÓ: Halbritter András
FÉLÉVKÖZI SZÁMONKÉRÉS: nincs
VIZSGA
Első 10 perc: a véletlenszerűen kisorsolt téma megbeszélése. A hangsúly a fogalmak megértésén van.
Ha <= 5 előadásról hiányzott: a powerpoint diákat vagy bármit felhasználhat mind a felkészüléshez, mind a vizsga ezen részéhez, illetve kérhet online vizsgát is, ha szeretné. Online vizsgázásnál a vizsga időpontja előtt 40 perccel küldjenek teams chat üzenetet, és küldöm a tételt, vagy ha nem válaszolok pár percen belül, hívjanak teamsen.
Ennél több hiányzás esetén nem használhatják a diákat, és személyes jelenléttel kell vizsgázni.
Második 10 perc: villámkérdések bármely témakörből. Nem használhatnak semmit, csak az egyes témák leglényegesebb mondanivalóját kérdezem.
Értékelések:
5: A teljes anyag magas szintű megértése.
4: A teljes anyag jó megértése.
3: Jelentős megértés jelentős hiányosságokkal.
2: Gyenge, de még mindig valamennyire értékes ismeretek
RÉSZLETES INFORMÁCIÓ: tárgy Moodle oldala
(LAZÁN KAPCSOLÓDÓ) AJÁNLOTT IRODALOM:
(Loosely related) literature: -Keithley Low Level Measurements handbook
-Varga Dezső és Bagoly Zsolt (ELTE TTK): Elektronika és méréstechnika
-James A. Blackburn: Modern Instrumentation for Scientists and Engineers
-Fredric J. Harris: On the use of Windows for Harmonic Analysis with the Discrete Fourier Transform Proceedings of the IEEE 66 p51–83 (1978)
-Heinzel, G.; Rüdiger, A.; Schilling, R. (2002). Spectrum and spectral density estimation by the Discrete Fourier transform (DFT), including a comprehensive list of window functions and some new flat-top windows
TÉTELSOR
1. Egy motiváló kísérlet a méréstechnika tárgy témaköréhez: egy szupravezető minta nulla ellenállásának bemutatása. Az ellenállásmérés trükkjei és nehézségei: kábel- és kontaktusellenállás, négypont mérési módszer; digitális hiba; nemlineáris hőmérséklet-érzékelő karakterisztika; hiszterézis a hűtési és melegítési mérés között. Pontosabb kísérlet alternatív módszerrel: perzisztens áram mérése mágnesestér-érzékelővel. A hídkonfiguráció szerepe a mágneses tér mérésében.
2. PID szabályozás. A P, I és D paraméterek szerepe, a szabályozás időállandója, problémák helytelen beállítás esetén. Alkalmazások: hőmérséklet-szabályozás, atomtávolság-szabályozás (pásztázó alagútmikroszkóp, STM), Michelson-interferométer.
3. Ideális feszültség- és áramforrások, ideális feszültség- és árammérők. Egyszerű feszültség- és áramgenerátor áramkörök. Műveleti erősítők: komparátor, nem invertáló és invertáló feszültségerősítő, áramerősítő, logaritmikus áramerősítő és töltéserősítő áramkörök.
4. D/A átalakító összadó erősítőáramkörrel. Flash és szukcesszív approximációs A/D átalakítók. Adatgyűjtő kártya specifikációk és bemeneti beállítások. Felbontás és pontosság fogalmai. Közös módusú elnyomás.
5. Analóg és digitális oszcilloszkópok alapvető funkciói: bemeneti csatolás, triggerelés, átlagolás és “enhanced resolution” üzemmód. Ultranagy sebességű mintavételi módszerek. Mérések oszcilloszkóppal. Szinkronizálás, függvénygenerátor burst üzemmód. A komplex impedancia fogalma. RC időállandóból adódó problémák a nagyfrekvenciás mérésekben fellépő szórt kapacitások miatt.
6. Hullámterjedés koaxiális kábelekben, távíró egyenletek. A hullámimpedancia fogalma. Visszaverődések a kábel végén, az impedanciaillesztés szerepe. A jel terjedési sebességének mérése állóhullám és repülési idő (time of flight) módszerekkel. Visszaverődés és transzmisszió sorba kapcsolt ellenálláson.
7. Külső zavaró jelek szűrése. Elektrosztatikus csatolt jelek elnyomása: árnyékolás és földelés. Induktívan csatolt jelek elnyomása: csavart érpárok. Nagyfrekvenciás jelek által okozott alacsony frekvenciájú zavarok. Termoelektromos feszültségek, ofszetkompenzáció. Guarding fogalma.
8. Fourier-sor, Fourier-transzformáció. Fourier-integrál véges időintervallumon. Diszkrét Fourier-transzformáció (DFT), a Nyquist–Shannon-mintavételi tétel következményei.
9. Az ablakfüggvények fogalma és tulajdonságai. Spektrális szivárgás, frekvencia felbontás, amplitúdó pontosság és a normalizálás szerepe. A téglalap, Hanning és flattop ablakok tulajdonságai. Miért tudjuk elnyomni a spektrális szivárgást egy ablakkal, amely a mérési intervallum oldalain zérusra csökken?
10. A gyors Fourier-transzformáció (FFT) fogalma, FFT-spektrumanalizátorok. További spektrumelemzési módszerek: heterodin technikák, hibrid és swept-tuned spektrumanalizátorok.
11. A lock-in erősítő működési elve. Fáziszárt hurok (PLL) – szinkronizálás külső referenciajelhez. Kis jelerősségű jelek mérése zajos környezetben modulációs technika alkalmazásával. A zajszűréssel kapcsolatos szempontok – miért érdemes lock-in erősítőt használni? Magasabb harmonikusok mérése lock-in erősítővel.
12. A zaj kísérleti meghatározása. A zaj spektrális sűrűsége, az áram–áram korrelációs függvény Fourier-transzformáltja és az áramingadozások Fourier-transzformáltja, valamint ezen a mennyiségek közötti összefüggések. A spektrális sűrűség kiszámítása DFT alapján.
13. Termikus zaj számítása, a vezetőképesség és a zaj közötti összefüggés a korrelációs időn keresztül. Az áramerősítő minimális bemeneti zaja. Keresztkorrelációs mérési technika.
14. Függetlenül kibocsátott elektronok sörétzaja, az elektronok töltésének mérése. Egyenértékű zajsávszélesség. Ellenállásingadozások, 1/f típusú zaj. Aliasing a zajmérésben, aliasing-szűrő.
15. Nemzetközi mértékegységrendszer (SI). Az alapegységek régi és új meghatározásai, az új SI-rendszer bevezetésének okai. Az idő- és távolságmérés történeti fejlődése.
16. Az atomóra mint időetalon. A kvantummetrológiai háromszög: a feszültség idővé alakítása a Josephson-effektus segítségével, az áram feszültséggé alakítása a kvantált Hall-effektus segítségével, valamint az áram idővé alakítása elektronpumpák segítségével. Tömegmérés: Watt-mérleg és az Avogadro-projekt.
17. Mágnesestér-érzékelők: induktív érzékelők; magnetorezisztív érzékelők (anizotróp mágneses ellenállás, óriás mágneses ellenállás és spin-szelepes érzékelők, alagút mágneses ellenállás), Hall-érzékelők, SQUID-ek.
18. Távolság- és helyzetérzékelők: induktív érzékelők, kapacitív érzékelők, nyomásérzékeny tollal használható érintőképernyők, lézeres távolságmérők, ultrahangos távolságérzékelők és LIDAR-rendszerek.
19. Hőmérséklet-érzékelők, elsődleges és másodlagos hőmérők. Hőelemek, ellenálláshőmérők, termisztorok. Fény- és elektromágneses sugárzás-érzékelők: fotodiódák, CCD-érzékelők, CMOS aktív pixel-érzékelők, bolométerek. Gyorsulásmérők: MEMS gyorsulásmérők és giroszkópok, piezoelektromos gyorsulásmérők.
20. Sugárzás és részecskék detektálása. Az ionizáló sugárzás és az anyag kölcsönhatásai, semleges részecskék detektálása. Gázzal töltött ionizációs detektorok: ionkamrák, arányos számlálók és Geiger–Müller-csövek. Fotoelektron-sokszorozóval ellátott szcintillációs detektorok. Alkalmazások. A nukleáris elektronika alapjai, integrált és impulzusos detektálás, energiafelbontású spektrumok.
- Tanár: Csonka Szabolcs
- Tanár: Halbritter András Ernő