számítógépes mérések fizikai kísérletekben

Számítógépes mérések fizikai kísérletekben

Dr. Almási GáborPécsi Tudományegyetem

Fizikai IntézetFizikai Informatika Tanszék

2008.03.30 51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét

2

Tartalom• Előszó: sajátos szemlélet…

• Számítógépes ???– Kicsi a nagy ellen!– Neumann, vagy Harvard?

• Mérések ???– Mit is lehet megmérni?

• Fizikai !!!

• Kísérletekben ???– Mérjünk, vagy számoljunk?


3

Előszó

• Egy feladat a békéscsabai KÖMAL táborból

(Gnädig Péter, Varga István):

„Mekkora kilövési szög esetében távolodik folyamatosan egy lövedék a kilövés helyétől?”

MathCAD megoldás

Origin megoldás

Analitikusan majd máskor…


4

Számítógépes (???)

Processzor technológiaNeumann elv főbb

elemei teljesülnek

Átlapolás

megvalósítható

Nem szimmetrikusak az

ALU bemenetei


5

Processzor technológia


6


Csővezeték elv (Pipeline):


7

Processzor technológia Miből származnak a problémák, avagy van-e a

Moore törvénynek negatív üzenete?

•Kompatibilitás

•Erőforrások ütemezhetetlensége

•Sokszálúság

•Virtualizáció


8



9

Processzor technológia (alternatívák)

Transmeta CrusoePIC 16F84


10

Processzor technológia (összevetés)


11

Processzor technológia (alternatívák)

Vissza a kezdetekhez…(i8051 klón: ADuC816)


12

Érzékelők, mérőeszközök

• Idő mérése (ez nem lehet probléma, lásd később)• Feszültség és áram mérése : AD konverterek

– Egy meggyőző példa: AD9461 16bit (~80dB S/N 130MS/s!) 200$

– Egy másik véglet: AD9480 8bit (~45dB S/N 250MS/s) 20$

– És végül egy harmadik: AD7731 24bit (~125dB S/N 10kS/s) 10$

• Hőmérséklet mérése– ADT7486A (16bit 2 csatorna) 2$

• Nyomás mérése (piezo szenzor, hőmérséklettel együtt)– MS5540B felbontás 0.1 mbar, konverziós idő 30ms

mérési tartomány 10-1100mbar


13

Mérések(???)

Gyorsulás mérése (egy ismerős elrendezés…)


14

A gyorsulás közvetlen mérése• A gyorsulás közvetlenül is mérhető!

(Diákolimpia 2007)


15

Gyorsulás (Analog devices)

• ADIS16203 inklinométer (0.025 felbontás!)

• Sporttudományok• Vibrációanalízis• Járművek biztonsága• Termékek minősítése


16

Gyorsulás (Freescale)

Játékautó akadálynak ütközik


17

Gyorsulás (Freescale)

Sportsérülések során érzékelt gyorsulásértékek


18

Mágneses indukció (Hall effektus) (Analog Devices)

Szenzor nemlinearitás a mágneses tér függvényében


19

Fényintenzitás (Texas)

Programozható erősítés, PWM kimenet


20

Mérések (???), kísérletekben (???)

Mire jók a Maxwell-egyenletek?

Röntgen lézer energiatároló kondenzátorának meghatározása

Mérőeszköz:

FLEXPDE (www.pdesolutions.com)


21

Alkalmazás I. (PPLN)

Periodikusan polarizált LiNbO3 (PPLN) kristályok és ezeken alapuló nemlineáris optikai eszközök (frekvenciakétszerezők, optikai parametrikus oszcillátorok és erősítők) előállítása


22



23


1 2 3 4 5 6

A

B

C

D

654321

D

C

B

A

Title

Number RevisionSize

B

Date: 11-Sep-2002 Sheet of File: E:\Munkak\Linbo\PCB\Linbo.Ddb Drawn By:

BUSY1

FRSTDATA2

CO

NV

ST3

CS4

RD5

WR6

SL1

7SL

28

SL3

9SL

410

H/S

SE

L11

AGND12

AGND17

VIN4B13VIN4A

14 VIN3B15

VIN3A16

VIN2B18VIN2A

19VIN1B20VIN1A

21

STBY22

VR

EFG

ND

23V

RE

F24

AV

DD

25

AG

ND

26

INT

/EX

T C

LK

27

CL

KIN

28

DB1129

DB10 30

DB931

DB8 32

DB733

DB634

DV

DD

35

VD

RIV

E36

DG

ND

37

DB538

DB439

DB3 40

DB241

DB1 42

DB043

EOC44

U6

AD7864

D1/D9 1

D2/D102

D3/D11 3

D44

D5 5

D66

D77

A0 8

A19

WR 10

CS11

DG

ND

12

REFIN13

AG

ND

14

CLR15

LDAC16

RE

FGN

D17

REFOUT18

VSS

19

VOUT20

RFB21

ROFS22

VD

D23

D0/D824

U10

MAX530

OC1

C11

1D2

1Q19

2D3

2Q18

3D4

3Q17

4D5

4Q 16

5D6

5Q15

6D7

6Q 14

7D8

7Q13

8D9

8Q12

U3

SN74HC573

A010

A19

A28

A37

A46

A55

A64

A73

A825

A924

A1021

A1123

A122

CS120

CS226 WE27

OE22

D011

D112

D213

D3 15

D416

D5 17

D618

D719

U4

6164

Vin1

GN

D2

+5V3

U57805

VCC

D0D1D2D3D4D5D6D7

D0D1D2D3D4D5D6D7

Vin2

GN

D1

-5V3

U87905

C1+1

C1-3

C2+4

C2-5

Vs+2

Vs-6

VCC16

GND 15

T1IN11

T1OUT14

T2IN10 T2OUT 7

R1OUT12

R1IN13

R2OUT9 R2IN 8

U12

MAX232

OC1

CLK11

1D2

1Q19

2D3

2Q18

3D4

3Q 17

4D5

4Q16

5D6

5Q 15

6D7

6Q14

7D8

7Q13

8D9

8Q12

U2

SN74HC574

4

56 U1B

SN74HC32

12

1311 U1D

SN74HC32

VIN8

FDBK7

SHTDN3

TAP6

SENS 2

VOUT1

ERR5

U9

SN74HC08

PB0(T0)1

PB1(T1)2

PB2(AIN0)3

PB3(AIN1)4

PB4(SS)5

PB5(MOSI)6

PB6(MISO)7

PB7(SCK)8

RESET9

PD0(RXD)10

PD1(TXD)11

PD2(INT0)12

PD3(INT1)13

PD414

PD5(OC1A)15

PD6(WR)16

PD7(RD)17

XTAL218

XTAL119

(A8)PC021

(A9)PC1 22(A10)PC2

23(A11)PC324

(A12)PC425(A13)PC526

(A14)PC6 27(A15)PC7

28

OC1B29

ALE30

ICP31

(AD7)PA732(AD6)PA633

(AD5)PA534(AD4)PA435

(AD3)PA3 36(AD2)PA2

37(AD1)PA1 38(AD0)PA0

39U7

AT90S4414(40)

1

23U11A

SN74HC004

56U11B

SN74HC00

9

108 U11C

SN74HC009

108 U1C

SN74HC32

1

23 U1A

SN74HC32

GNDA0

D0D1D2D3D4D5D6D7

D0D1D2D3

A0

VCC

VCC

VCC

GND

GND

VEE

VCC

C184,7uF

C174,7uF

C1910uF

C2110uF

C20

10uF

VCC

VCCGND

GND

162738495

J2

DB9

X1

7,37

28M

Hz

C1022pF

C922pF

C15100nF

C27100nF

C4100nF

C5100nF

C8

100nF

C2

100nF

C7

100nF

C23100nF

C13

100nF

C25

100nF

C6100nF

C16100uF

C28100uF

C14100uF

C26100uF

C3

10uF

C110uF

C2210uF

C12

10uF

C24

10uF

R2

10

R110k

GND

VCC

VEE

+12V

-12V

+12V

GND

GND

GND

GND

GND

GND

D0D1D2D3D4D5D6D7

A0

VCC

CONV

LDAC

LDACCONV

GND

GND

RXDTXD

GNDVCCRES

U13

MCP130DGND VCC

C11

100nF

GND

GND

VCC

TXD

RXD

GND

123

J4

POWER

12

J1

Ain

12

J3

Aout

EO

C

EOCFRST

FRST

R3

10k

123456789

10

J5

PROG

GND

VCC

RESET

RESET

5 67

U14BNE5532

3

21

84

U14ANE5532

VEE

VCC

PecsBesenyo 1/47627

V 1.00

HK-TRONIK

Linbo waveform generator

1


24

Alkalmazás II.(Automatikus Drift Kompenzáció)

Alternatív mérési lehetőség: Idő-amplitúdó konverzió szubnanoszekundumos felbontással


25

„A macskákkal töltött idő soha nem haszontalan.” Sigmund Freud

Bizonyítandó:

„A fizikával töltött idő soha nem haszontalan.”Ismeretlen szerző

számítógépes mérések fizikai kísérletekben

Documents