Računalniško upravljanje laboratorijskih eksperimentov

2023/2024
Program:
Visokošolski strokovni študijski program 1. stopnje Aplikativna fizika
Letnik:
1. letnik
Semester:
drugi
Vrsta:
izbirni
ECTS:
3
Jezik:
slovenski
Nosilec predmeta:
Izvajalec (kontaktna oseba):
Ure na teden – 2. semester:
Predavanja
1
Seminar
0
Vaje
1
Laboratorij
0
Vsebina

Praktična uporaba osnovnih merilnih instrumentov v elektroniki. Voltmeter, ampermeter, ohmmeter, osciloskop. Krmiljenje instrumentov in zajemanje izmerjenih podatkov z računalnikom.
Mikrokrmilniki Arduino. Instalacija in integriranega razvojnega okolja in knjižnic, programiranje različnih mikrokontrolerjev, povezovanje s preprostimi zunanjimi senzorji in aktuatorji.
Osnove 3D tiskanja. Predstavitev različnih tehnologij 3D tiska (FDM, SLA, SLS, LOM). Računalniško podprto načrtovanje (CAD) mehanskega kosa. Praktična izdelava kosa s ciljnim nalaganjem (FDM) in stereolitografijo (SLA).
Računalniška avtomatizacija fizikalnega eksperimenta. Načrtovanje in izgradnja mehanskega dela iz komercialno dostopnih in specifično 3D natisnjenih komponent. Razvoj programske opreme za mikrokrmilnik. Razvoj programske opreme za PC. Izvedba eksperimenta.
Računalniška avtomatizacija v industriji. Osnove grafičnega programskega okolja LabView. Programiranje industrijskega DAQ modula.

Temeljni literatura in viri

• G. Organtini, "Physics Experiments with Arduino and Smartphones", Springer, 2021, ISBN: 3030651398
• L. M. Herger and M. Bodarky, "Engaging students with open source technologies and Arduino," 2015 IEEE Integrated STEM Education Conference, Princeton, NJ, USA, 2015, doi: 10.1109/ISECon.2015.7119938
• J. Essick, "Hands-On Introduction to LabVIEW for Scientists and Engineers", Oxford University Press, 2018, ISBN: 0190853069
• Spletna stran www.arduino.org
• Priročniki za programsko opremo

Cilji in kompetence

Predmet posreduje praktična znanja, ki jih aplikativni fizik potrebuje pri delu v razvojnem ali raziskovalnem laboratoriju. Poudarek je na uporabi računalnika kot pripomočka za avtomatizacijo meritev oz. krmiljenje naprav.
Cilji: Predstavitev protokolov zajema podatkov z osnovnih elektronskih instrumentov. Pregled odprtokodnega okolja Arduino in njegove uporabe v fizikalnem laboratoriju. Spoznavanje z osnovami 3D tiska. Načrtovanje fizikalnega eksperimenta – od ideje do praktične realizacije. Predstavitev računalniške avtomatizacije v industrijskem okolju.
Kompetence: Sposobnost reševanja problemov s pomočjo interneta in strokovne literature. Razumevanje preprostih elektronskih shem in podatkovnih listov. Sposobnost krmiljenja naprav z (mikro)računalnikom v okolju Arduino. Poznavanje osnov 3D tiska in sposobnost načrtovanja ter tiska preprostih 3D kosov. Sposobnost samostojnega načrtovanja in izvedbe preprostega računalniško podprtega fizikalnega eksperimenta.

Predvideni študijski rezultati

Znanje in razumevanje: Poznavanje pravilne uporabe osnovnih elektronskih merilnih instrumentov in načinov njihovega povezovanja z računalnikom. Znanje osnov programskega okolja Arduino in njegove uporabe za senzoriko. Poznavanje osnov 3D tiska in razumevanje njegovih omejitev. Znanje načrtovanja računalniško podprtega fizikalnega eksperimenta. Poznavanje osnov programskega okolja LabView.

Uporaba: Obvladovanje interakcije med računalnikom in drugimi napravami v laboratoriju je za aplikativne fizike nepogrešljivo. Znanje, pridobljeno pri tem predmetu, bodo študenti uporabljali ne samo v celotnem teku študija, ampak tudi v kasnejši karieri.

Refleksija: Brez obsežne uporabe računalnikov je delo v sodobnem fizikalnem laboratoriju nemogoče.

Prenosljive spretnosti: Spretnost reševanja problemov z uporabo domače in tuje strokovne literature ter interneta.

Metode poučevanja in učenja

Predavanja, laboratorijske vaje, demonstracijski poskusi, domače naloge, konzultacije.

Načini ocenjevanja

Domače naloge
Pisni izpit
Ocene: 5 (negativno), 6-10 (pozitivno), ob upoštevanju Statuta UL)

Reference nosilca

ŽUNTAR, Timotej, LIČEN, Matjaž, KUZMAN, Drago, OSTERMAN, Natan. Real-time imaging of monoclonal antibody film reconstitution after mechanical stress at the air-liquid interface by Brewster angle microscopy. Colloids and surfaces. B, Biointerfaces. [Print ed.]. Oct. 2022, vol. 218, art. no. 112757
MLINARIČ, Nika, OSTERMAN, Natan. Proof-of-concept experiment of microfluidic flow sensor based on microcavity-secondary-flow observation. IEEE sensors journal. [Print ed.]. 2021, vol. 21, iss. 5, str. 5871-5878
STERGAR, Jošt, OSTERMAN, Natan. Thermophoretic tweezers for single nanoparticle manipulation. Beilstein journal of nanotechnology. 2020, vol. 11, str. 1126-1133
OSTERMAN, Natan, DERGANC, Jure, SVENŠEK, Daniel. Formation of vortices in long microcavities at low Reynolds number. Microfluidics and nanofluidics. 2016, issue 2, art. no. 33, str. 1-10
OSTERMAN, Natan, BRAUN, Dieter. Thermooptical molecule sieve on the microscale. Applied physics letters. [Print ed.]. 2015, vol. 106, no. 7, str. 073508 -1-073508 -5