Měření a experiment (FSI-ZEM)

Akademický rok 2018/2019
Garant: doc. Ing. Ivan Mazůrek, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚK všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem kurzu je seznámit studenty se soudobými metodami, přístrojovou a výpočetní technikou pro měření základních fyzikálních veličin. Tyto veličiny jsou vstupními údaji potřebnými pro výpočtové modelování strojů a jejich dílců a verifikací jeho výsledků. Kurs se zaměřuje především na způsoby vyšetřování kinematických veličin, sil, momentů, tlaků a hluku a zpracováním získaných výsledků s využitím metod CAT/CAME (computer aided testing/computer assisted measurement and evaluation).
Výstupy studia a kompetence:
Přehled o soudobých možnostech experimentálního vyšetřování vybraných mechanických veličin potřebných pro posuzování provozních stavů strojů a jejich dílců. Základní praktické znalosti a zkušenosti z problematiky měření neelektrických fyzikálních veličin. Poznání moderní měřicí techniky a metod analýzy experimentálně získaných dat.
Prerekvizity:
Předpokládají se základní znalosti z oblasti matematiky, numerické matematiky, statistiky a pravděpodobnosti, fyziky, mechaniky a elektrotechniky.
Obsah předmětu (anotace):
Postavení a zásady technického experimentu v práci strojního inženýra. Základy moderních metod měření mechanických veličin. Struktura měřícího a řídícího přístrojového řetězce. Analýza spojitých a diskrétních signálů v časové a frekvenční oblasti. Měření kinematických veličin, sil, momentů, tlaku a hluku. Akustická měření ve strojírenství. Úvod do experimentální modální analýzy. Sledování technického stavu strojů. Životnostní zkoušky složitých strojních celků.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.
Způsob a kritéria hodnocení:
Podmínky udělení zápočtu: aktivní účast na laboratorních cvičeních, vypracování zpráv z experimentů. Zkouška: předmět je zakončen testem v 5. týdnu. Test prověřuje osvojení znalostí získaných na přednáškách, je orientován především na aplikaci těchto znalostí na měření a přístrojovou techniku.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na přednáškách je doporučená, účast na laboratorních cvičeních je povinná a kontrolovaná vyučujícím. Jednorázová neúčast může být nahrazena cvičením s jinou skupinou ve stejném týdnu nebo vypracováním náhradní úlohy. V případě dlouhodobé nepřítomnosti je náhrada zameškané výuky v kompetenci vedoucího cvičení – vypracování zvláštního zadání.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  1 × 16 hod. nepovinná                  
    Laboratoře a ateliéry  1 × 16 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Technický experiment.
• Proces řešení problému.
• Technický experiment jako zdroj poznatků.
• Teorie experimentu, teorie měřících metod.
• Struktura měřícího řetězce.
2. Senzory mechanických veličin.
• Měřených fyzikálních veličin, rozdělení senzorů.
• Technické parametry senzorů.
• Snímače teploty, bezdotykové pyrometry.
• Mikromechanické iMEMS akcelerometry a gyroskopy.
3. Digitální signály.
• Rozdělení spojitých a diskrétních signálů.
• Vzorkování, vzorkovací věta, problematika aliasingu.
• Diskrétní Fourierova transformace, FFT.
• Aliasing ve frekvenčním spektru.
4. Signál v časové rovině.
• Střední hodnota, rozptyl, efektivní hodnota .
• Součinitel výkmitu (crest faktor).
• Trendová analýza.
• Digitální filtrace, synchronní detekce.
5. Signál ve frekvenční rovině.
• Fourierova transformace s převzorkováním.
• Využití multispektra .
• Souběhová filtrace, řádová analýza.
• Cepstrální analýza.
6. Zvuk a jeho měření.
• Volné, blízké, difuzní pole.
• Měřené veličiny, váhové filtry ISO.
• Identifikace zdrojů hluku.
• Mapování akustických polí.
7. Počítačem řízené měření.
• Struktura měřícího řetězce.
• Zásuvné karty (AD, DA, DIO, Count)
• Global Positioning System.
• Způsob určení polohy, chyba měření času přijímače.
8. Základy modální analýzy.
• Analýza signálu, analýza systému.
• Mechanický a analytický model.
• Rozdělení excitační techniky.
• Metodika zjišťování parametrů vidů kmitání.
    Laboratoře a ateliéry 1. Laboratoř technické diagnostiky - bezpečnost práce v laboratoři, exkurze.
2. Laboratoř technické diagnostiky - seznámení s aktuálně řešenou problematikou na pracovišti.
3. Crash test - výpočet nárazové rychlosti.
4. Crash test - experimentální ověření výpočtu pomocí snímače zrychlení.
5. Snímače fyzikálních veličin.
6. Kalibrace snímačů zrychlení a mikrofonu.
7. Specifické prostředky - LabVIEW, Dewesoft.
8. Programování měřící aplikace v LabVIEW, Dewesoft.
9. Akustické měření - test volného pole.
10. Měření v akustické komoře.
Literatura - základní:
1. Kobayashi, A.S.: Handbook on Experimental Mechanics, Prentice Hall, New Jersey 1987
2. Dally, J.W. et al.: Instrumentation for Engineering Measurements, John Wiley & Sons, New York 1984
3. Harris, C.M.: Shock and Vibration Handbook, McGraw Hill, 1996
Literatura - doporučená:
4. Bernard, J.: Technický experiment, ČVUT Praha 1999
5. Tůma, J.: Zpracování signálů získaných z mechanických systémů užitím FFT, Sdělovací technika, Praha 1997
6. Mišun. V.: Vibrace a hluk, VUT Brno 1998
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
M2I-P prezenční studium M-KSI Konstrukční inženýrství -- zá,zk 4 Povinný 2 1 Z