Цели и темы практических занятий по дисциплине

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор-директор ИФВТ
___________ В.В. Лопатин
«___» ____________2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ОПТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
НАПРАВЛЕНИЕ ООП 200400 ОПТОТЕХНИКА
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) БАКАЛАВР
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011 г.
КУРС_ 3_СЕМЕСТР_ 6_
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ_6_
ПРЕРЕКВИЗИТЫ: «Физика», «Электротехника», «Математика»
КОРЕКВИЗИТЫ: «Проектирование осветительных установок»
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции
Лабораторные занятия
Практические занятия
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
ИТОГО
____54_____
____54_____
____0_____
____108____
____108_____
____216____
Час.
Час.
Час.
Час.
Час.
Час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ ОЧНАЯ
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ЭКЗАМЕН
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ кафедра Лазерной и световой
техники Институт физики высоких технологий
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ:
д.ф.-м.н., профессор В.М. Лисицын
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП:
д.ф.-м.н., профессор В.М. Лисицын
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:
д.ф.-м.н., профессор В.М. Лисицын
2011 г.
1. Цели и задачи учебной дисциплины.
1.1. Цели преподавания дисциплины: Ознакомление с методами и средствами измерений
параметров оптических элементов и светотехнических параметров источников излучения,
приобретение навыков измерений и обработки результатов измерений.
1.2. Задачи изложения и изучения дисциплины:
Научиться делать анализ результатов измерений.
Усвоение терминов фотометрии, терминов оптических измерений, ознакомление с
эффективными величинами.
Изучение основных принципов и методов светотехнических измерений.
Изучение основных принципов и методов оптических измерений.
Научиться измерять светотехнические параметры: силу света, световой поток,
освещенность, пропускание, поглощение.
Научиться проводить измерения показателя преломления, параметров оптических деталей
(толщина линз, деталей, углы призм, фокусные расстояния) с помощью гониометра,
автоколлиматора.
Научиться проводить спектральные измерения.
После окончания изучения дисциплины обучающийся
должен знать:
 основные термины, используемые при световых и оптических измерениях;
 основные принципы и методов светотехнических измерений;
 основные принципы и методов оптических измерений;
 перспективы совершенствования методов измерений;
должен уметь:

делать анализ результатов измерений

выбирать нужные для измерений методы;

измерять силу света, световой поток, освещенность, яркость, отражение,
пропускание, поглощение;

измерять показатель преломления, толщину линз, деталей, углы призм,
фокусные расстояния с помощью гониометра, автоколлиматора;

проводить спектральные измерения.
должен приобрести :

навыки работы с двумя методами измерений.
Полученные в результате изучения дисциплины знания и умения необходимы при
изучении последующих дисциплин учебного плана, в практической деятельности
после окончания университета: при выполнении любых измерений потоков излучения,
характеристик приемников излучения, характеристик материалов, оптических деталей
и изделий, спектральных измерений.
Достижение обозначенных задач предполагается путем следующих мероприятий.
Содержание дисциплины излагается на лекциях, усвоение теоретического материала
обеспечивается проведением практических занятий, навыки практической работы с
оборудованием развиваются при выполнении лабораторных работ. Закрепление
изученного материала осуществляется студентами самостоятельно путем изучения
материала по конспектам лекций, рекомендованной литературе, а также путем поиска
ответов на вопросы по разделам дисциплины.
Дисциплина построена по модульному принципу. Каждый модуль является
автономной частью дисциплины и содержит элементы теоретического, практического
обучения, самостоятельную работу по изучения дисциплины. Трудоемкость освоения
каждого модуля оценивается в кредитах. Один кредит эквивалентен 36 часам работы по
освоению
радела
дисциплины,
включающей
лекционную,
практическую
(семинарскую), лабораторную и самостоятельную работу. Общая трудоемкость
дисциплины составляет 4, 5 кредитов. Дисциплина состоит из 4 модулей:
№
№
1
2
3
4
Наименование
модуля
Трудоемко Виды занятий и их трудоемкость в часах
сть модуля
Практичес Лаборатор Самостоя
в кредитах Лекции
кие
ные
тельная
занятия
занятия
работа
Основы световых 1
12
26
Разделы1,
2
измерений
Измерения
светотехнические
1.5
Измерение
характеристик
оптических
материалов
Измерение
характеристик
оптических
изделий
1
Ито
го
18
8
24
10
14
10
14
28
78
Раздел 3
14
Раздел 4
1
12
Раздел 5
4,5
56
.
2. Содержание теоретического раздела дисциплины.
ВВЕДЕНИЕ (1 час).
Задачи дисциплины. Состояние и перспективы, методы и средства световых и
оптических измерений. Особенности световых и оптических измерений.
РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ В СВЕТОВЫХ И ОПТИЧЕСКИХ
ИЗМЕРЕНИЯХ (2 час).
Измерения прямые, косвенные. Погрешности измерений: случайные,
систематические, промахи. Способы анализа погрешностей. Описание случайных
погрешностей: абсолютные, относительные; средняя арифметическая, остаточная, средняя
квадратичная, вероятная погрешности. Погрешности функций измеренных величин.
РАЗДЕЛ 2. ОСНОВЫ СВЕТОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ (6 часов).
ТЕМА 2.1. ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Энергетические единицы измерения потока излучения. Необходимость введения
эффективных единиц измерения. Эффективные единицы измерения потока излучения.
Глаз как приемник света. Световая эффективность излучения. Соотношение между
энергетическими и светотехническими единицами измерений. Расчет энергетических и
светотехнических величин по спектру излучения. Бактерицидные и эритемные системы
эффективных величин.
ТЕМА 2.2. ЭТАЛОНЫ
Государственный первичный световой эталон. Принцип его работы. Вторичные
световые и рабочие эталоны. Светоизмерительные лампы. Стандартные источники белого
света.
ТЕМА 2.3. ОСНОВЫ ЗРИТЕЛЬНОЙ ФОТОМЕТРИИ
Метрологические характеристики глаза как приемника потока излучения, устройства
для различения обьектов. Фотометрическая головка. Точность зрительных измерений.
Достоинства и недостатки зрительных фотометров.
ТЕМА 2.4. ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ФОТОМЕТРИИ
Принципы измерения величины потока излучения в эффективных и энергетических
величинах. Принципиальные схемы фотометров прямого отсчета, работающих по
принципу сравнения. Измерения электрических сигналов приемников света. Выбор
измерительного прибора. Особенности измерения слабых потоков.
Диапазоны
использования физических приемников для фотометрии по спектру, величине сигнала,
длительности импульса света.
РАЗДЕЛ 3. ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СВЕТОТЕХНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН (22
часа).
ТЕМА 3.1. ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ СВЕТА
Фотометрическая скамья. Визуальный и фотоэлектрический методы. Измерения
методами сравнения, по схеме замещения. Требования к приемникам света. Требования к
геометрическому положению источника света при измерениях. Выбор эталона для
измерений. Погрешности измерений.
ТЕМА 3.2. ИЗМЕРЕНИЯ СВЕТОВОГО ПОТОКА
Фотометрический шар,
принцип использования фотометрического шара для
измерения светового потока. Схема и методика измерений светового потока. Требования
к измерительной установке, состоянию отражающей поверхности, геометрическим
размерам источника. Измерение КПД источников света, светильников. Погрешности
измерений.
ТЕМА 3.3. ИЗМЕРЕНИЯ ОСВЕЩЕННОСТИ
Измерение освещенности фотоэлектрическим методом. Люксметры, их градуировка,
область применения. Методика измерений освещенности.
ТЕМА 3.4. ИЗМЕРЕНИЯ ЯРКОСТИ
Прямые и косвенные методы измерений яркости. Оптические схемы измерителей
яркости. Особенности измерений яркости источников света с большой яркостью
излучателя. Измерения яркости малых и удаленных источников света. Измерения
неравноярких источников излучения. Схемы и конструкции яркомеров. Погрешности
при измерениях яркости.
ТЕМА 3.5. ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Отражение, поглощение, пропускание света оптических материалов. Коэффициенты
отражения, пропускания, поглощения. Оптическая плотность материала. Принципы
измерения оптических характеристик. Интегральные и спектральные измерения
оптических характеристик. Схемы и конструкции приборов для измерения отражения,
пропускания, поглощения.
Диффузное отражение
и
пропускание
света
светорассеивающей средой. Коэффициент яркости, измерения коэффициента яркости.
РАЗДЕЛ 4. ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ (14 час)
ТЕМА 4.1. ОСНОВНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Коллиматор, его оптическая схема, назначение. Автоколлиматор, принципиальная оптическая
схема. Измерительный микроскоп. Схема и конструкция измерительного микроскопа. Параметры
измерительного микроскопа. Гониометр. Схема и конструкция гониометра. Параметры
гониометра. Назначение микроскопа и гониометра.
ТЕМА 4.2. ОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Показатель преломления, коэффициент дисперсии оптического материала.
Стандартные линии спектра, при которых измеряется показатель преломления.
Обозначения оптических стекол. Спектры пропускания оптических материалов.
ТЕМА 4.3. ИЗМЕРЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ И ДИСПЕРСИИ
Измерения показателя преломления оптического материала методом наименьшего
отклонения. Принцип, схема, методика, процедура измерения. Измерения показателя
преломления автоколлимационным методом с использованием 300 призмы. Принцип,
схема, методика, процедура измерения. Измерения показателя преломления методом луча,
нормально входящего в призму или нормально, выходящего из нее. Принцип, схема,
методика, процедура измерения. Измерения дисперсии методом наименьшего отклонения.
Принцип, схема, методика, процедура измерения. Измерения показателя преломления
методом Обреимова. Принцип, схема, методика, процедура измерения. Схема измерений
показателя преломления рефрактометрическим методом. Принцип, схема, методика,
процедура измерения. Анализ точности измерения показателя преломления разными
методами.
РАЗДЕЛ 5. ИЗМЕРЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧЕСКИХ
ЭЛЕМЕНТОВ (12 ЧАСОВ).
ТЕМА 5.1. ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЗ
Измерения толщины линзы автоколлимационным методом. Схема измерения,
процедура измерения и расчета. Измерения кривизны линзы механическим методом.
Измерения кривизны линзы интерференционным методом. Схема измерения, процедура
измерения и расчета. Анализ точности измерения.
ТЕМА 5.2. ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРИЗМ И КЛИНЬЕВ
Измерения углов призм оптическими методами. Измерения малых углов клиньев
оптическими методами. Измерения клиновидности призм. Схема измерения, процедура
измерения и расчета. Анализ точности измерения.
ТЕМА 5.3. ИЗМЕРЕНИЯ ФОКУСНЫХ РАССТОЯНИЙ И ФОКАЛЬНЫХ ОТРЕЗКОВ
Измерения фокусных расстояний линз и объективов оптическими методами.
Измерения фокальных отрезков линз. Схема измерения, процедура измерения и расчета.
Анализ точности измерения.
3. Цели и темы практических занятий по дисциплине
Целью проведения практических занятий является:
Усвоить основные термины световых и оптических измерений.
Понять необходимость введения эффективных величин и их связи с энергетическими.
Изучить основные принципы и методы световых измерений.
Изучить основные принципы и методы оптических измерений.
Занятия проводятся в форме решения задач, ответов на вопросы по изученному
материалу, обсуждения отдельных вопросов. Студентам выдаются необходимые
материалы (методические пособия, справочная литература, перечни вопросов для
самоконтроля и контроля). На практических же занятиях проводятся контрольные
работы, результаты которых являются основанием для рейтинговой оценки.
Темы практических занятий по дисциплине
(Занятия 2-х часовые)
1. Измерения, ошибки измерений, анализ ошибок. Термины, эффективные
единицы измерений.
2. Измерения светотехнических величин. Контрольная работа.
3. Элементы оптических измерительных приборов, назначение. Оптические
измерения, анализ ошибок.
4. Контрольная работа.
4. Цели выполнения и перечень лабораторных работ по дисциплине
В процессе выполнения лабораторных работ студенты приобретают навыки и умение
практического использования методов и приемов световых и оптических измерений.
Лабораторные занятия по дисциплине охватывают все основные разделы курса. Перед
каждой работой проводится устный контроль знаний студентов. Знания оцениваются по
зачетной системе (допуск-недопуск). Итоги выполнения работ оформляются студентами в
виде отчетов, защищаемых перед получением допуска к следующему занятию.
При
подготовке к лабораторным работам студенты используют конспекты лекций и
методические указания, содержащие теоретический материал в достаточно полном
объеме. Методические указания к лабораторным работам имеются в электронном виде в
дисплейном классе.
Лабораторные работы
выполняются в специализированной
лаборатории кафедры лазерной и световой техники.
Целью проведения лабораторных работ является:
Усвоить основные термины световых и оптических измерений.
Научиться измерять светотехнические параметры: силу света, световой поток,
освещенность, яркость.
Научиться проводить измерения с помощью автоколлиматора и гониометра.
Научиться проводить анализ результатов измерений.
Перечень лабораторных работ по дисциплине
1. Измерение светового потока шаровым фотометром
2. Измерение силы света на фотометрической скамье
3. Измерение освещенности люксметром
4. Изучение работы автоколлимационной зрительной трубы.
5. Измерение углов призм с помощью гониометра.
6. Измерение показателя преломления с помощью гониометра.
7. Измерение спектров свечения.
8. Измерение спектров поглощения
Примечание:
1. Все работы 4-х часовые.
2. Оборудование,
используемое
при
проведении
лабораторных
работ:
фотометрическая
скамья,
фотометрический
шар,
гониометр,
автоколлимационная труба, приемники и источники излучения, блоки питания
приемников и источников излучения, измерительная техника.
3. Одно занятие посвящено проведению инструктажа по работе с оборудованием, его
характеристикам, по технике безопасности и объяснению целей проведения
лабораторных работ.
5. Программа самостоятельной познавательной деятельности по
дисциплине
Внеаудиторная работа студентов по дисциплине заключается в:
- самостоятельном изучении материала теоретических занятий;
- написании рефератов;
- подготовке к лабораторным занятиям;
- подготовке к практическим занятиям;
- подготовке к контрольным работам;
- выполнении дополнительных заданий за нарушение графика работы, пропуски занятий;
- освоение методов измерений;
- развитие навыков работы с лабораторным измерительным оборудованием.
Для закрепления теоретического материала, выполнения отчетов по лабораторным
работам по дисциплине во внеучебное время студентам предоставляется возможность
пользования библиотекой ТПУ, библиотеками лабораторий кафедры, возможностями
дисплейного класса кафедры, где имеются программа, методические указания по
лабораторным работам, методические пособия и контролирующие материалы по
дисциплине. Студенты имеют возможность получить консультации по вопросам
дисциплины как у ведущего лектора, так и зав. лабораторией Денисова Игоря Петровича.
6. Текущий и итоговый контроль результатов изучения дисциплины
По дисциплине имеется экзамен, который сдают все студенты вне зависимости от
рейтинга по результатам текущего контроля. К экзамену допускаются студенты,
выполнившие все лабораторные работы, сдавшие контрольные работы и рефераты,
выполнившие индивидуальные задания. Примеры экзаменационных билетов прилагаются.
Студентам доступен перечень вопросов, включаемых в экзаменационные билеты.
Текущий контроль производится путем проведения контрольных работ.
Контрольная работа представляет собою перечень вопросов по тематике изученного
раздела, на который студенты отвечают письменно. Вопросы для контрольных работ
предоставляются студентам заранее на бумажном носителе. Весь комплект вопросов, на
которые студент должен знать ответ при текущем контроле на трех контрольных работах
составляет более 200 вопросов и 2 серий задач. Перечень контрольных вопросов и задач
для текущего контроля прилагается. Прилагается также образец таблицы, которую
студенты получают непосредственно перед проведением контрольного занятия и по
которой студенту предлагается дать ответы на конкретные вопросы. По результатам
контрольных работ студент получает балл в соответствии с принятой рейтинговой
оценкой текущей успеваемости студентов.
По дисциплине проводится три контрольные работы, результаты которых являются
основанием для установления рейтинга. К контрольной работе не допускается студент,
имеющий задолженности, пропуски занятий, по которым студент не отчитался. Отчет
за пропущенные занятия производится следующим образом: студент получает
дополнительное индивидуальное домашнее задание в виде нескольких вопросов для
текущего контроля по разделу и сдает в письменном виде ответы на вопросы. Текущий
индивидуальный рейтинг студента к любому моменту времени подсчитывается как
сумма баллов, полученных студентом за контрольные работы к этому времени.
Максимальное количество баллов, которые может набрать студент за одну
контрольную работу составляет 250 баллов. Студент, набравший не менее 650 баллов и
выполнивший все лабораторные работы допускается к экзамену. По результатам сдачи
экзамена студент может получить дополнительно к рейтингу до 250 баллов.
7. Достижение поставленных
программой целей может быть
проверено следующим образом.
Студент должен уметь:






обьяснить суть терминов: сила света, световой поток, освещенность, яркость,
отражение, пропускание, поглощение; показатель преломления, толщина линзы,
угол призмы, фокусное расстояние;
обьяснить конструкцию и принцип работы гониометра, автоколлиматора,
спектрофотометра,
фотометрической
скамьи,
оптической
скамьи,
фотометрического шара;
измерять силу света на фотометрической скамье, световой поток с помощью
фотометрического шара, пропускание, поглощение на спектральном приборе;
измерять показатель преломления с помощью интерферометра или гониометра,
толщину линз, деталей, углы призм, фокусные расстояния с помощью
гониометра, автоколлиматора;
делать анализ результатов измерений;
находить литературу с описанием методов оптических измерений.
8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
1. Список рекомендуемой литературы по дисциплине:
1. Гуторов М.М. Основы светотехники и источники света: Учебное пособие для вузов. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983. -384 с.
2. Гуревич М.М. Фотометрия. Теория, методы и приборы.- Л.: Энергоатомиздат, 1983. 272 с.
3. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга. - М.: Энергоатомиздат,
1983. - 472 с.
4. Эпштейн М.И. Измерения оптического излучения в электронике. - М.:
Энергоатомиздат, 1990. - 254 с.
5. Афанасьев В.А. Оптические измерения: Учебник для ВУЗов.- 3-изд. Перераб. И доп.М.: Высшая школа, 1981.-229с.
6. Креопалова Г.В., Лазарева Н.Л., Пуряев Д.Т. Оптические измерения: Учебник для
ВУЗов.- М.: Машиностроение, 1987.- 264с.
7. Ильин Р.С., Федотов Г.И., Федин Л.А. Лабораторные оптические приборы. - М.:
Машиностроение, 1966. - 496 с.
8. Лисицын В.М. Световые измерения. Определения. Термины. Методическое пособие. Томск: Изд-во ТПУ, 1999. - 27 с.
9. Лисицын В.М., Никитин В.Д. Источники излучения. Учебное пособие. Электронная
версия. - Томск: 2004. (На сервере кафедры).
10.Евтушенко Г.С., Лисицын В.М. Оптоэлектроника: Учебное пособие для вузов. Томск.:
изд.ТПУ, 2003.- 150с., ил.
11. Ишанин Г.Г., Панков Э.Д., Андреев А.Л., Польщиков Г.В. Источники и приемники
излучения.-СПб.: Политехника, 1991, -240 с.
12. Денисов И.П., Лисицын В.М. Описания лабораторных работ. Учебное пособие.
Электронная версия. - Томск: 2004. (На сервере кафедры).
2. Стенды с образцами источников и приемников излучения в ауд. 248 корп.16в,
планшеты с обозначениями единиц измерения, спектров, цвета и др.
3. Компьютерные модели принципа работы призмы, линзы.
Рабочая программа составлена профессором кафедры ЛИСТ
Лисицыным В.М.