Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Gromadzenie danych pomiarowych

Słowo wstępu

Jeśli ktoś przypuszcza, że „gromadzenie danych pomiarowych” w eksperymencie fizycznym polega na zapisywaniu wyników pomiarów, to się bardzo myli. Jest to tylko ostatni etap pracy. Zanim do tego dojdzie, trzeba wykonać szereg działań, bez których cała zapisana informacja byłaby bezwartościowa.

Tutaj zademonstrujemy to na przykładzie konkretnego eksperymentu fizycznego, wykonanego we francuskim laboratorium GANIL. Eksperyment ten prezentowaliśmy już w e‑materiałach: „Jak właściwie zaplanować eksperyment” oraz „Jak z dużej ilości danych wyodrębnić informacje kluczowe”. Warto zapoznać się z zawartymi tam informacjami, by lepiej rozumieć treść tego e‑materiału. Wspomniany kompleks działań prezentujemy tu na schemacie. Zobaczysz, że gromadzenie danych pomiarowych ześrodkowuje wiele elementów działań, z których każde, bezpośrednio lub pośrednio, ma wpływ na to, co i w jakiej postaci zawierać będą dane pomiarowe. Kiedy klikniesz w którykolwiek z tych elementów, zobaczysz rozwinięcie tego, co sygnalizuje tytuł na schemacie.

Dopiero w takim zestawieniu, zgromadzone dane pomiarowe stanowią wartościową informację naukową.

RFNDZhY6T5qdR
Na grafice zaprezentowany jest graf przedstawiający proces gromadzenia danych pomiarowych. W centralnej części grafu znajduje się pomarańczowy okrąg, w środku którego widoczny jest napis gromadzenie danych pomiarowych. Wokół tego okręgu widoczne są prostokątne pomarańczowe dymki zawierające czynniki składowe, które pozwalają na efektywne wykonanie tego procesu. W lewym górnym rogu znajduje się pierwszy dymek w którym widnieje napis cyfra jeden i kropka i Merytoryczne założenia eksperymentu. Kliknięcie lewym przyciskiem myszy na ten dymek powoduje rozwinięcie się z prawej strony ekranu panelu informacyjnego. U góry panelu widoczny jest powiększony tekst Merytoryczne założenia eksperymentu. Jaki jest cel naukowy eksperymentu oraz jakie dane pomiarowe mają być zgromadzone W naszym przykładzie badamy rozwój reakcji jądrowych w czasie i przestrzeni metodą analizy korelacji cząstek. W tym celu doprowadzamy do zderzeń przyspieszonych w akceleratorze jąder argonu indeks górny cyfra czterdzieści i wielka litera A i mała litera r z niklową tarczą indeks górny cyfra pięćdziesiąt osiem i wielka litera N i mała litera i znajdującą się w komorze reakcji. W wyniku zderzenia następuje wzbudzenie powstałego układu jądrowego, a następnie jego rozpad. Emitowanych jest wtedy wiele cząstek, przede wszystkim protonów i neutronów. Cząstki te są rejestrowane przez detektory rozstawione wokół komory reakcji, głównie w kierunku w cudzysłowie do przodu. Poniżej widoczna jest ilustracja, przedstawiająca zdjęcie układu eksperymentalnego. Po lewej stronie, na białym trójnogu widać poziome, cylindryczne urządzenie emitujące wiązkę rozpędzonych jąder argonu w kierunku poziomym w prawo. Wewnątrz urządzenia zaznaczono położenie niklowej tarczy. Z prawej części urządzenia wychodzą rozbieżne pomarańczowe i zielone linie symbolizujące tor protonów i neutronów emitowanych z tarczy. Tory cząstek wskazują na cylindryczne, zielone detektory zamontowane na ścianie po prawej stronie zdjęcia. W prawym rogu u góry widnieje kolejny dymek z napisem cyfra dwa i kropka i konfiguracja układu pomiarowego. Kliknięcie lewym przyciskiem myszy na ten dymek powoduje rozwinięcie się po prawej stronie ekranu panelu informacyjnego. U gry panelu widoczny jest napis Konfiguracja układu pomiarowego. Poniżej widoczny jest tekst. Zaprojektowanie układu tak, by umożliwiał realizację celu eksperymentu. W naszym przypadku, projekt rozmieszczenia aparatury w trójwymiarowej postaci oraz rzucie z góry przedstawiono na rysunku poniżej. Dla każdego z detektorów zapisana została następująca informacja: numer detektora, odległość od tarczy, kąt w płaszczyźnie poziomej, kąt w płaszczyźnie pionowej. Zauważ, że są to pierwsze wyniki pomiarowe. Poniżej widoczne są dwa rysunki, jeden nad drugim. Górny rysunek przedstawia trójwymiarowy projekt rozmieszczenia aparatury. Rysunek wykonano czarnymi liniami. Po lewej stronie widoczny jest stojak a na nim ustawiona aparatura emitująca wiązkę rozpędzonych jąder argonu padających na niklową tarczę. Po lewej stronie widoczny jest przekrój ściany, w której zamontowano detektory cząstek powstałych wskutek zderzenia jąder argonu z tarczą. Na dolnym rysunku widoczny jest widok z góry na zaprojektowany układ pomiarowy. Z lewej strony widoczny jest przyrząd emitujący cząstki powstałe w wyniku zderzeń rozpędzonych jąder argonu niklową tarczą. Po prawej stronie oraz u góry widoczne są przekroje ścian w których zamontowano detektory cząstek. Na rysunku zaznaczono dwa kąty pod którymi cząstki mogą być emitowane z tarczy. Jeden kąt zaznaczono jako odchylony o dwadzieścia dwa stopnie w dół od kierunku poziomego w prawo. Drugi kąt oznaczono jako odchylony o sześćdziesiąt stopni w górę od kierunku poziomego w prawo. Po lewej stronie na środku grafiki widnieje Trzeci dymek z napisem w środku cyfra trzy i kropka i Modelowani komputerowe planowanych pomiarów. Kliknięcie lewym przyciskiem myszy na ten dymek powoduje rozwinięcie się po prawej stronie ekranu panelu informacyjnego. U góry panelu widoczny jest napis Modelowanie komputerowe planowanych pomiarów. Poniżej widoczny jest tekst: Wykonywane, by określić, jak wiele danych trzeba zgromadzić dla realizacji celu merytorycznego eksperymentu. Modelowanie komputerowe procesu pomiaru, to generowanie wszystkich detali eksperymentu, zgodnie z całą dotychczasową wiedzą o fizyce badanego procesu oraz założoną hipotezą badawczą. To jakby wykonać cały eksperyment, chociaż z wyjątkiem najważniejszego myślnik dane w cudzysłowie pomiarowe nie są wynikiem pomiaru, ale generuje je komputer. W tym celu trzeba przemyśleć najdrobniejsze detale przyszłego procesu pomiarowego. Dane te zapisuje się podobnie , jak rzeczywiste dane pomiarowe. One też stanowią element gromadzenia danych pomiarowych. Poniżej widoczny jest przykład wyników modelowania komputerowego. Na widocznej poniżej ilustracji zaprezentowano prostokątny układ współrzędnych, narysowany czarnymi liniami. Oś pionowa układu współrzędnych określa kąt odchylenia w kierunku pionowym fi, wyrażony w stopniach. Na osi tej zaznaczono wartości od minus trzydziestu do plus trzydziestu stopni, co dziesięć stopni. Oś pozioma układu opisuje kąt odchylenia w kierunku poziomym teta, który również wyrażony jest w stopniach. Na osi poziomej zaznaczono wartości od minus trzydziestu do plus trzydziestu stopni, co dziesięć stopni. W układzie widoczne są czarne okręgi tworzące sześciokąt foremny wokół punktu centralnego umiejscowionego we współrzędnych okładu zero, zero. Okręgi symbolizują detektory zamontowane w układzie pomiarowym. Na prawej i dolnej krawędzi sześciokąta podpisano trzy detektory cyframi trzysta dwadzieścia cztery, dwieście pięćdziesiąt cztery i trzysta dziewięćdziesiąt cztery. Punkt centralny, wokół którego rozmieszczono detektory podpisany jako wiązka, z angielskiego beam. Po prawej stronie znajduje się czwarty dymek z napisem cyfra cztery i kropka i pomiary testowe i kalibracja. Kliknięcie lewym przyciskiem myszy na ten dymek powoduje rozwinięcie się po prawej stronie ekranu panelu informacyjnego. U góry panelu widoczny jest napis pomiary testowe i kalibracja. Poniżej widoczny jest tekst: Pomiary testowe mają za zadanie sprawdzenie działania aparatury pomiarowej w warunkach zbliżonych do przyszłych pomiarów zasadniczych. Pomiary kalibracyjne są elementem przygotowania procedury pomiarowej, a ich celem jest zmierzenie parametrów eksploatacyjnych każdego urządzenia używanego do zbierania danych. Pomiary testowe i kalibracja stanowią niezbędny element danych pomiarowych. Poniżej widoczne są trzy fotografie, jedna obok drugiej przedstawiające przygotowania do pomiarów testowych. Po lewej stronie widoczny jest mężczyzna na tle metalowej konstrukcji przypominającej ścianę, w której zamontowane zostały cylindryczne, detektory. W środku widoczne jest zdjęcie mężczyzny, który pracuje przy ustawieniu cylindrycznych detektorów w metolowej konstrukcji przypominającej ścianę. Na zdjęciu po prawej stronie widoczna jest postać kobiety pracującej przy pozycjonowaniu cylindrycznych detektorów zamontowanych w metalowej konstrukcji przypominającej ścianę. U dołu grafiki znajdują się trzy dymki jeden obok drugiego. W lewym znajduje się napis cyfra pięć i kropka i Dane techniczne aparatury pomiarowej. Kliknięcie lewym przyciskiem myszy na ten dymek powoduje rozwinięcie się po prawej stronie ekranu panelu informacyjnego. U góry panelu widoczny jest napis Dane techniczne aparatury pomiarowej. Poniżej widoczny jest tekst: Określenie indywidualnych własności każdego urządzenia użytego do zbierania danych doświadczalnych. W naszym przykładzie, wszystkie detektory były ponumerowane i każdemu numerowi przypisane zostały indywidualne własności, zmierzone przed rozpoczęciem pomiarów i kontrolowane przez cały czas prowadzenie eksperymentu. Własności te zapisywana są jak element gromadzenia danych pomiarowych. Schemat modułu detektora przedstawiono poniżej. Na ilustracji poniżej widoczny jest rysunek przedstawiający przekrój cylindrycznego modułu. Przekrój ma kształt poziomego prostokąta do którego z prawej strony wpadają cząstki powstałe w wyniku zderzeń rozpędzonych jąder argonu z niklową tarczą. Tor wlatujących neutronów i protonów zaznaczono w postaci poziomych strzałek skierowanych w prawo i wchodzących do wnętrza detektora. Jedna ze strzałek jest zielona i opisuje tor neutronów. Druga ze strzałek jest czerwona i opisuje tor protonów. Całość urządzenia podpisana jest jako detektor główny. Nad prostokątnym przekrojem urządzenia widoczny jest detektor pomocniczy, widoczny w postaci mniejszego, poziomego prostokąta. Połączonego z lewą częścią detektora głównego przewodami, które narysowano w postaci dwóch czarnych linii, wygiętych w dół. W środkowym dymku widnieje napis cyfra sześć i kropka i Pomiar. Kliknięcie lewym przyciskiem myszy na ten dymek powoduje rozwinięcie się po prawej stronie ekranu panelu informacyjnego. U góry panelu widoczny jest napis Pomiar. Poniżej widoczny jest teks: Pomiary zasadnicze, to główny element gromadzenia danych pomiarowych. Eksperyment, który omawiamy jako przykład, otrzymał przydział pięć dni i nocy pracy akceleratora bez przerwy. Cały zespół pracował w czasie podzielonym na dyżury, co zaprezentowano na zdjęciach widocznych poniżej. Na zdjęciach w dolnej części panelu widać w lewym i górnym rogu zdjęcie metalowej konstrukcji przypominającej ścianę, w której zamontowano cylindryczne detektory. W rurze próżniowej porusza się wiązka, a emitowane cząstki trafiają do detektorów. Na zdjęciu obok, po prawej stronie widoczny jest zespół badaczy stojących naprzeciw długiego ciągu wysokich, prostokątnych stelaży w których zamontowano elektronikę potrzebną w procesie pomiaru. Zdjęcie to przedstawia kontrolę parametrów akceleratora, która określają energię, kształt i położenie wiązki przyspieszonych cząstek. Obok, po prawej stroni widocznych jest dwóch mężczyzn, stojących przed oscyloskopem podłączonym do urządzeń pomiarowych zamontowanych na ścianie. W dolnej części zdjęcia widoczny jest przykładowy wykres powstały w wyniku pomiaru. Ilustracja ta przedstawia proces sprawdzenia kształtu impulsów za pomocą oscyloskopu. W dolnej części widoczne są jeszcze dwa zdjęcia. Po lewej stronie widać mężczyznę siedzącego przy biurku i kontaktującego się z innymi członkami zespołu za pomocą prostokątnego, białego komunikatora, widocznego na blacie. Po prawej stronie widocznych jest dwóch ludzi, siedzących na krzesłach przed półokrągłą ścianą na której widocznych jest dużo monitorów oraz innych urządzeń przedstawiających wyniki eksperymentalne. Oba zdjęcia przedstawiają prowadzących eksperyment, kontaktujących się z operatorami akceleratora w celu doprecyzowania pozycji, kształtu i intensywności wiązki w komorze reakcji. W prawym dymku możemy przeczytać cyfra siedem i kropka i Zapis i analiza danych pomiarowych. Kliknięcie lewym przyciskiem myszy na ten dymek powoduje rozwinięcie się po prawej stronie ekranu panelu informacyjnego. U góry panelu widoczny jest napis Zapis i analiza danych. Poniżej widoczny jest tekst: Zgromadzenie wszystkich danych pomiarowych w eksperymencie, na które składa się cała dokumentacja myślnik od określenia celu eksperymentu, poprzez wszystkie ogniwa pośrednie, przedstawione tu w kolejnych punktach, aż do zapisu wyników przeprowadzonych pomiarów. Dane te zostają przekazane zespołom biorącym udział w eksperymencie, do dalszej analizy. W opisywanym eksperymencie, parametry określające warunki pracy detektorów były w sposób ciągły monitorowane, a każda ich wartość powyżej dopuszczalnych granic była natychmiast sygnalizowana i odnotowywana w dzienniku pomiarów. Wspomnieć trzeba również, że już po zakończeniu pomiarów wykonano wtórne sprawdzenie wszystkich parametrów aparatury i warunków pomiarowych, w celu weryfikacji ich stabilności. Wszystkie dane pomiarowe zostały zapisane na nośnikach magnetycznych, zgodnie z uzgodnionym jeszcze przed rozpoczęciem pomiarów wzorcem kodowania danych. Dane zbierane online w czasie trwania pomiarów były następnie analizowane offline, bo każdy z zespołów uczestniczących w eksperymencie otrzymał ich kopię do dalszej analizy. Przedstawione tu informacje dotyczą stosunkowo niedużego, w porównani z aktualnie prowadzonymi eksperymentami, skupiającymi tysiące uczestników i aparaturę wielkości wielopiętrowych budynków. Ze wszystkich dymków wokół centralnego elementu wychodzą niebieskie strzałki skierowane do elementu centralnego. Oznacza to, że aby poprawnie zgromadzić dane pomiarowe należy uwzględnić wszystkie działania zapisane w dymkach.
Polecenie 1
RBaeAyRCtZHm4
Dokończ zdanie:
Gromadzenie danych pomiarowych, to: Możliwe odpowiedzi: 1. wieloetapowa procedura wykonywana podczas eksperymentu fizycznego., 2. zapisywanie wyników pomiarów., 3. ostatni etap eksperymentu fizycznego.
Polecenie 2
R1Jp4wxM3S8mE
Ułóż wybrane elementy procesu gromadzenia danych pomiarowych we właściwej kolejności. Elementy do uszeregowania: 1. Pomiary właściwe, 2. Modelowanie komputerowe planowanych pomiarów, 3. Sformułowanie merytorycznego założenia eksperymentu, 4. Konfiguracja układu pomiarowego, 5. Pomiary testowe i kalibracyjne, 6. Zapis i analiza danych pomiarowych