APZPAT41 Fyzikální metody měření veličin v životním prostředí I

Fyzikální ústav v Opavě
léto 2021
Rozsah
2/0/0. 5 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
RNDr. Daniel Charbulák, Ph.D. (přednášející)
Ing. Miroslav Vala, CSc. (přednášející)
Garance
RNDr. Daniel Charbulák, Ph.D.
Fyzikální ústav v Opavě
Předpoklady
(FAKULTA(FU) && TYP_STUDIA(B))
Úspěšné zvládnutí kurzu "Snímače a měření fyzikálních veličin"
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Předmět poskytne posluchačům základní fyzikální znalosti v oblasti fyzikálních veličin determinujících životní prostředí a měřících metod a principů měření aplikovatelných na jejich měření. Tato část I zahrnuje fyzikální teorii, fyzikální metody a principy měření, které jsou relevantní pro problematiku měření hluku, chvění a vibrací. Důraz je kladen na fyzikální podstatu problému a aplikaci fyzikální teorie na oblasti měření hluku, chvění a vibrací a na škodlivé účinky tohoto působení na mechanické soustavy a biologické objekty a fyzikální principy ochrany.
Osnova
  • 1. Základy teorie oscilací a vlnění. Vznik kmitavého pohybu, jeho kinematika a energie. Tlumené, netlumené a nucené kmity. Skládání a rozklad kmitů, rázy, harmonická kmitání. Příčné a podélné postupné vlnění, stojaté vlnění. Prostorové vlnění. Základní vztahy ve vlnových polích. Vlnoplochy, vlnová rovnice, Huychensův princip, rychlost šíření prostorových vln. Energie přenášená vlněním, intenzita vlnění, zvukové pole, odraz a lom vlnění, interference a ohyb prostorových vln, Dopplerův princip.

  • 2. Základy prostorové akustiky. Zvukové pole v uzavřených prostorách z hlediska vlnové teorie, hustota zvukové energie. Odraz zvuku od rovinných a zaoblených ploch. Dozvuk a doba dozvuku, ozvěna.

  • 3. Fyziologická akustika. Stavba a činnost sluchového orgánu, oblast a práh slyšitelnosti, směrové slyšení. Základní veličiny akustické, frekvence, hladina intenzity a hladina akustického tlaku, subjektivní hlasitost, zkreslení. Působení hluku na sluch a organismus člověka a biologické objekty a fysikální principy ochrany proti hluku.

  • 4. Měření základních akustických veličin. Měření akustického tlaku. Měření akustického tlaku v akustických polích. Měřící mikrofony. Principy a základní charakteristiky mikrofonů pro měření akustického tlaku.

  • 5. Měření a hodnocení hlučnosti prostředí. Přístrojová technika pro měření zvuku a hluku. Zvukoměry, pásmové filtry a spektrální analyzátory. Hlukové dozimetry. Měření hluku a hlučnosti strojů a průmyslových zařízení, motorových vozidel a dopravy, měření hluku letecké dopravy. Hluková zátěž obyvatelstva v životním a pracovním prostředí, hlukové mapy.

  • 6. Vibrace a chvění. Mechanické kmitání a chvění pevných těles a mechanických soustav. Časové průběhy vibrací, deterministické a náhodné vibrace, přenos vibrací na mechanické soustavy, přenos vibrací na člověka, způsob a místo přenosu vibrací, vibrace přenášené zvláštním způsobem. Rezonanční jevy. Působení vibrací a chvění na mechanické soustavy a biologické objekty.

  • 7. Měření chvění a vibrací. Měření výchylky, rychlosti a zrychlení. Měření zrychlení akcelerometry, základní charakteristiky akcelerometru, elektrický náhradní obvod. Elektromechanické a piezoelektrické akcelerometry a jejich specifika. Zásady pro měření s akcelerometry. Impulsové měřící metody. Přístrojová technika pro měření a záznam chvění a vibrací. Metody zpracování diagnostických signálů. Měření a vyhodnocování spekter signálů. Algoritmus FFT a jeho vlastnosti, frekvenční rozsah analýzy, antialiasingová filtrace, měření výkonové spektrální hustoty, průměrování spekter. Číslicové zpracování signálu A/D převodníky a digitální filtrace. Interpretace FFT spekter a IFFT transformace.

Literatura
    povinná literatura
  • Svačina, J.: Elektromagnetická kompatibilita. Brno, 2001.
  • Vala M.: Fyzikální metody a principy měření veličin II. Opava, 2008.
  • Vala M.: Fyzikální metody a principy měření veličin I. Opava, 2008.
    doporučená literatura
  • König H.: Neviditelná hrozba?. Praha, 2002. ISBN 80-86167-15-1.
  • Main I. G.: Kmity a vlny ve fyzice. Academia, Praha, 1990.
Výukové metody
Přednášky Diskuze Demonstrace, projekce Individuální konzultace
Metody hodnocení
Účast na cvičeních min. 75%, vypracování zadané seminární práce.
Navazující předměty
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích léto 2022, léto 2023, léto 2024.