Экзаменационные вопросы № 1-67 по курсу “Метрология и экспериментальная физика” (Предмет метрологии. Измерение и типы измерений. Изотопные методы исследования веществ)

Экзаменационные вопросы по курсу

“Метрология и экспериментальная физика”

I.  Основные понятия.

1.  Предмет метрологии. Измерение и типы измерений. Классификация измерений. Основные характеристики измерений. Физические эффекты, метрология, методики, эксперимент.

2.  Физические величины:  метрологическая структура основного уравнения измерений; основные и производные величины; основные и производные единицы физических величин и система единиц. Механизмы образования производных величин и единиц измерений, основные системы единиц физических величин.

3.  Метод размерности, иллюстрация его использования на примере вывода ньютоновской формулировки закона тяготения.

II.  Эталоны

4.  Эталоны физических величин и процедура количественных измерений.

5.  Эталоны единицы времени.

6.  Эталоны единицы массы.

7.  Эталоны единицы количества вещества.

8.  Эталоны единицы силы электрического тока.

9.  Эталоны единицы температуры. Температурные шкалы.

10.  Эталон силы света.

III.  Измерительные системы

11.  Измерительные системы: структурная схема в случае измерений активного и пассивного объектов; общий вид, блок схема измерений.

12.   Способы аппаратной обработки: измерения на реальных объектах (метод отклонений, разностный метод, нулевой метод); метод аналогий (модельный объект).

13.  Стратегия измерений: метод повторений, метод перечислений, метод когерентной выборки, метод случайной выборки.

14.  Датчики – преобразователи с коэффициентом преобразований меньшим единицы(общие физические принципы).

15.  Датчики – преобразователи с коэффициентом преобразования  большим единицы(общие физические принципы).

16.  Электронно-оптические преобразователи (принцип преобразования, архитектура).

17.  Фотоэлектронные умножители (принцип умножения и архитектура).

18.  Емкостные датчики малых механических колебаний (общие физические принципы, пороговая чувствительность ).

19.  Оптические датчики малых колебаний (общие физические принципы, пороговая чувствительность).

20.  Датчики гравитационных волн (общие физические принципы, пороговая чувствительность).

21.  Принципы организации элементной базы измерительных систем. Обобщенная структурная схема измерительной системы.

22.  Элементная база электронных измерительных систем (задачи, обобщенная блок схема). Основные понятия и принципы организации.

23.   Делители напряжений (принцип и различная реализация).

24.  Источники напряжений и токов (принцип и различные реализации).

25.  Стабилизаторы напряжений.

26.  Теорема об эквивалентном преобразовании источников (без вывода, примеры использования).

27.  Фильтрующие устройства: пассивные и активные фильтры низких и высоких частот.

28.  Усилители с непосредственной и емкостной связью(принципы и реализация). Схема расщепления фазы.

29.  Дифференциальные усилители.

30.  Операционные усилители: свойства, однополярное и двухполярное питание.

31.  Применение операционных усилителей: источники напряжений, источники тока, преобразователи тока в напряжение, сумматор, декодер, вычитатель, дифференциатор, интегратор, усилитель мощности, активный выпрямитель, активный пиковый детектор, логарифмический усилитель, устройство выборки хранения, активные фильтры, компараторы, электрометрический усилитель.

32.  Генераторы: положительная обратная связь, генератор с мостом Вина, триггер (бистабильный мультивибратор), самовозбуждающийся мультивибратор.

33.  Принципы обработки сигнала: модуляция, детектирование, гетеродинирование, синхронное детектирование.

34.  Устройство отображения: дисплеи: принтеры, матрицы светодиодов). 

IV.  Элементная теория ошибок

35.  Виды погрешностей: систематические, случайные, промах; поправка.

36.  Основные понятия элементарной теории ошибок: мат. ожидание,  оценка мат. ожидания, отклонение от среднего( средне квадратичное отклонение -СКО), оценка СКО, степень точности, дисперсия, способы минимизации СКО, несмещенная оценка. Округление результатов.

37.  Основные функции распределения результатов измерений: нормальный закон распределения, равномерный закон распределения, арксинусный закон распределения, биномиальный закон распределения, закон Пуассона.

38.  Идентификация законов распределения: критерии согласия Пирсона и Колмогорова.

39.  Интервальные оценки: доверительный интервал и доверительная вероятность. Распределение Стьюдента(поправка Госсета).

V.  Механизмы ограничивающие точность вычислений.

40.  Фундаментальные ограничения процесса измерений: ограничения  квантово-механические термодинамические ограничения, статистические ограничения, электромагнитные ограничения.

41.  Ограничения на процесс измерения со стороны материалов, приборов, схем и систем.

42.  Основное соотношение теории флуктуаций (вывод – классическая статистика). Статистическая (флуктуационная) природа шумов.

43.  Эквивалентная мощность шума; пороговая чувствительность.

44.  Дробовой шум.

45.  Шум Джонсона(тепловой шум).

46.  Температурный шум.

47.  Фотонный шум.

48.  Уравнение Эйнштейна - Фауллера: иллюстрация его применения на примере фотонного и температурного шумов.

49.  Шумы связанные с флуктуациями плотности носителей (“интегральные” генерационо-рекомбинационные шумы).

50.  Фото сигналы и шумы фотоприемников: СКО напряжение от фототока  на нагрузочном сопротивлении (случаи постоянного и синусоидального изменений светового потока).

51.  Фликер-шум (1/f - шум). Телеграфный шум.

VI.  Измерительные методики.

52.  Различные системы и подсистемы классификаций и измерительных методик (контактные, бесконтактные, прямые и косвенные, мало сигнальные, полевые , эмиссионные(вторичная и холодная), термоактивационные, термостимулированные, зондово-оптический, электронный, туннельный, атомно-силовой, пучковые).Примеры и структурные схемы измерительных стендов.

53.  Методы ТРК(термостимулированный разряд конденсатора) и ТСТ (термостимулированных токов).

54.  С-V, G-V, C-t методы измерений характеристик(кинетических коэффициентов) поверхностных и приповерхностных слоев полупроводников и гетероструктур: метал/полупроводник, полупроводник/ полупроводник, диэлектрик/ полупроводник.

55.  Методы измерения кинетических коэффициентов полупроводников и  полу- изоляторов, базирующихся на использовании гальваномагнитных физических явлений: метод Холла (классическая ячейка и Ячейка Вандер-Пау).

56.  Методы фото- и катодолюминесценции.

57.  Метод индуцированных токов.

58.  Метод фотолюминесценции.

59.  Методы фотопроводимости и фото емкости (постоянный и импульсный характер возбуждения).

60.  Релаксационная спектроскопия глубоких уровней (РСГУ, DLTS).

61.   Релаксационная оптоэлектронная спектроскопия глубоких уровней (РОСГУ, DLOTS).

62.  Метод динамической емкости (метод Кельвина).

63.  Метод растровой просвечивающей электронной микроскопии.

64.  Ионный микроскоп Мюллера.

65.  Метод туннельно-зондовой микроскопии.

66.  Метод атомно-силовой микроскопии.

67.  Изотопные методы исследования веществ.