Kansas Eyaleti, Fiber Optik Atılımıyla Elektronik Eğitimini Destekliyor

Geleneksel fizik laboratuvarları genellikle öğrencileri, iyi kurulmuş teorileri tekrarlayan deneylerle doğrulamaya hapseder. Bu yaklaşım, bilgiyi gerçek dünya mühendislik zorluklarına uygulamak için çok az yer bırakır. Kansas State Üniversitesi'nin Fiziksel Ölçümler ve Enstrümantasyon (PMI) dersi, elektronik ve enstrümantasyonun nasıl öğretildiğini dönüştürerek bu boşluğu dolduruyor.

PMI dersi, elektronik, enstrümantasyon ve LabVIEW programlamayı, gerçek ölçüm zorluklarını çözen uygulamalı deneylerle entegre eder. Öne çıkan bir proje, fiber optik kablolar aracılığıyla ışık hızını ölçmeyi içerir; bu, programın yenilikçi yaklaşımını özetleyen bir gösteridir.

Bu deneyde öğrenciler, lazer diyotları sürmek için kare dalga sinyalleri üretmek üzere NI ELVIS geliştirme kartlarını kullanırlar. Kurulum şunları içerir:

• 2 km'lik telekomünikasyon sınıfı fiberden ışık darbeleri yayan birincil bir lazer diyot
• Başlangıç ve iletilen darbeleri algılayan iki fotodiyot
• Algılama olayları arasındaki hassas zamanlama ölçümleri

Öğrenciler, 1.25 MS/s örnekleme hızlarında LabVIEW yazılımını kullanarak, fotodiyot sinyalleri arasında ortalama 10.16 mikrosaniyelik bir zaman farkı kaydettiler. Tektronix TDS 210 osiloskop ile yapılan paralel ölçümler 10.05 mikrosaniye gösterdi ve bu da yöntemi doğruladı. Bu ölçümler, fiberden hesaplanan 2.054 × 10 ⁸ m/s'lik bir ışık hızı verdi ve bu da endüstri standartlarına uygun 1.4606'lık bir kırılma indeksine karşılık geliyordu.

Fiber optik deneyi, dersin çok boyutlu öğrenme çıktılarını örneklendirir:

• Veri toplama ve analizi için gelişmiş LabVIEW programlama
• NI ELVIS prototip kartlarında devre tasarımı
• Ölçüm belirsizliğinin istatistiksel değerlendirmesi
• Schmitt tetikleyiciler ve sayaç-zamanlayıcılar dahil olmak üzere zamanlama yöntemlerinin keşfi

PMI müfredatı, geliştirilmekte olan yeni araştırmalarla gelişmeye devam ediyor:

• Fotoelektrik etki çalışmaları
• Franck-Hertz deney uygulamaları
• X-ışını spektroskopisi uygulamaları
• Doyma absorpsiyon teknikleri
• Mössbauer etkisi ölçümleri

Bu projeler, teorik fiziği pratik enstrümantasyon tasarımıyla birleştirmeyi ve öğrencileri karmaşık mühendislik zorluklarına hazırlamayı amaçlamaktadır. Gelecekteki geliştirmeler, örnekleme ve tutma devreleri ve gelişmiş zamanlama sistemleri dahil olmak üzere ek veri toplama teknolojilerini içerecektir.

Üniversite, programın öğrenme hedeflerine ulaşmadaki etkinliğini değerlendirmek için uzun süreli çalışmalar başlattı. Bu araştırma, müfredatın yapısı ve sunum yöntemlerinde sürekli iyileştirmeler sağlayacak ve endüstri gereksinimleriyle uyumu sağlayacaktır.

Kansas State Üniversitesi'nin PMI dersi, titiz teoriyi uygulamalı enstrümantasyon geliştirmeyle birleştirerek, mühendislik eğitimi için yeni bir paradigma oluşturuyor; bu, öğrencileri hem modern teknolojik alanlarda ihtiyaç duyulan teknik yeterlilik hem de problem çözme zihniyetiyle donatan bir paradigma.