Metody sběru dat v částicové a jaderné fyzice

Celý text přednášky v češtině

Celý text přednášky v angličtině

Úkoly analýzi na které přednáška navazuje

Úkoly testovacích svazků na které přednáška navazuje

Úkoly formátů dat na které přednáška navazuje

Základní cíl

Postupně se zaměříme na přenos informací do počítače vstupními rozhraními, sběr dat a jejich zpracování a představení různých typů rozhraní. Podíváme se také na úpravy elektrických signálů a jejich automatické zpracování moderními sběrnými zařízeními. Dále si zde uvedeme některé elektronické přístroje a systémy používané v jaderné a částicové fyzice, stručně projdeme rozdíly v komunikaci s přístroji v operačních systému Windows 10 a Linux a uvedeme zde zásady a doporučení pro bezpečnou a spolehlivou komunikace s přístroji v laboratořích. Přednáška bude uzavřena zmínkou o moderních obvodech pro rychlé zpracování dat FPGA (programovatelné hradlové pole) a modulární stavebnicí Arduino.

Součástí přednášky je také praktická část s možností nabytí zkušeností a obeznámení se s elektronikou, jako jsou zásady pájení, příprava kabelu nebo jak postupovat při stínění a uzemněnování přístroje, až po cvičení s moderními programovatelnými hradlovými poli (FPGA). Praktická část je úzce spojena s přednášenou teoretickou částí, budu se snažit snaha tyto dvě části neoddělovat. Přednáška nemá ambici sloužit jako náhražka studia elektrotechnických oborů, může ale sloužit k probuzení zájmu o elektroniku a přístroje používané v částicové fyzice a jako nápověda kde v případě potřeby hledat jaké informace.

Anotace – definice – vymezení přednášky

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 systému (Windows, Linux). Moderní obvody pro rychlé zpracování dat FPGA (programovatelné hradlové pole) a modulární stavebnice Arduino. Zásady bezpečné a spolehlivé komunikace s laboratorními přístroji.

Rozvrh (12 hodin)

  1. Úvod do elektrických obvodů: pasivní a aktivní prvky, zesilovač, zpětná vazba, šumy, rezonance a rezonanční jevy, přechodové jevy, filtry, derivační a integrační obvody, zemnění, stínění, kabeláž, SMT 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, psaní kódu pro bezpečnou komunikaci se zařízeními, dodržování zásad psaní kódu a sdílení s kolegy.
  6. Komunikace z různých OS (Windows, Linux).
  7. Komunikace z příkazové řádky, komunikace přes vizualizované rozhraní, National Instruments software.
  8. Monitorování práce v laboratoři (zprávy, upozornění, řízení na dálku, dohled v laboratoři, zvukové varování, upozornění přes e-mail, SMS).
  9. Modulární práce se zařízeními, spojování operací do složitějších úkonů, zpětná vazba, automatizace.
Praktická cvičení:
  1. Pájení a naštípnutí kabelu na konektor, zásady dobrého pájení.
  2. Stínění a zemnění jednoduchého předzesilovače s kontrolou osciloskopem.
  3. Vytvoření svého vlastního pípátka (obvod typu 555), předzesilovač, oscilátoru.
  4. Vyzkoušet programování a komunikaci s FPGA na stavebnici Arduino.
Homepage