แคนซัสสเตทส่งเสริมการศึกษาด้านอิเล็กทรอนิกส์ด้วยนวัตกรรมไฟเบอร์ออปติก

ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์แบบดั้งเดิมมักจำกัดให้นักเรียนตรวจสอบทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับอย่างดีผ่านการทดลองซ้ำๆ แนวทางนี้ทำให้มีพื้นที่น้อยสำหรับการนำความรู้ไปใช้กับความท้าทายด้านวิศวกรรมในโลกแห่งความเป็นจริง หลักสูตรการวัดทางกายภาพและเครื่องมือวัด (PMI) ของมหาวิทยาลัยแคนซัสสเตทได้แก้ไขช่องว่างนี้โดยการเปลี่ยนแปลงวิธีการสอนวิชาอิเล็กทรอนิกส์และเครื่องมือวัด

หลักสูตร PMI ผสมผสานอิเล็กทรอนิกส์ เครื่องมือวัด และการเขียนโปรแกรม LabVIEW เข้ากับการทดลองภาคปฏิบัติที่แก้ปัญหาการวัดจริง โครงการที่โดดเด่นโครงการหนึ่งเกี่ยวข้องกับการวัดความเร็วแสงผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ซึ่งเป็นการสาธิตที่สรุปแนวทางที่เป็นนวัตกรรมใหม่ของโครงการ

ในการทดลองนี้ นักเรียนใช้บอร์ดพัฒนา NI ELVIS เพื่อสร้างสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมที่ขับเคลื่อนไดโอดเลเซอร์ การตั้งค่าประกอบด้วย:

• ไดโอดเลเซอร์หลักที่ปล่อยพัลส์แสงผ่านใยแก้วนำแสงเกรดโทรคมนาคม 2 กม.
• โฟโตไดโอดสองตัวที่ตรวจจับพัลส์เริ่มต้นและพัลส์ที่ส่งผ่าน
• การวัดเวลาที่แม่นยำระหว่างเหตุการณ์การตรวจจับ

การใช้ซอฟต์แวร์ LabVIEW ที่อัตราการสุ่มตัวอย่าง 1.25 MS/s นักเรียนบันทึกความแตกต่างของเวลาเฉลี่ย 10.16 ไมโครวินาทีระหว่างสัญญาณโฟโตไดโอด การวัดแบบขนานด้วยออสซิลโลสโคป Tektronix TDS 210 แสดง 10.05 ไมโครวินาที ซึ่งเป็นการตรวจสอบวิธีการวัด การวัดเหล่านี้ให้ความเร็วแสงที่คำนวณได้ 2.054 × 10 ⁸ เมตร/วินาที ผ่านใยแก้วนำแสง ซึ่งสอดคล้องกับดัชนีการหักเหของแสง 1.4606 ซึ่งสอดคล้องกับมาตรฐานอุตสาหกรรม

การทดลองเกี่ยวกับใยแก้วนำแสงเป็นตัวอย่างของผลลัพธ์การเรียนรู้หลายมิติของหลักสูตร:

• การเขียนโปรแกรม LabVIEW ขั้นสูงสำหรับการเก็บข้อมูลและการวิเคราะห์
• การออกแบบวงจรบนบอร์ดต้นแบบ NI ELVIS
• การประเมินทางสถิติของความไม่แน่นอนในการวัด
• การสำรวจวิธีการจับเวลา รวมถึงทริกเกอร์ Schmitt และตัวนับเวลา

หลักสูตร PMI ยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่องด้วยการตรวจสอบใหม่ๆ ที่อยู่ระหว่างการพัฒนา:

• การศึกษาผลกระทบจากโฟโตอิเล็กทริก
• การนำการทดลอง Franck-Hertz ไปใช้
• การประยุกต์ใช้สเปกโทรสโกปีรังสีเอกซ์
• เทคนิคการดูดกลืนอิ่มตัว
• การวัดผลกระทบ Mössbauer

โครงการเหล่านี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อเชื่อมโยงฟิสิกส์เชิงทฤษฎีกับการออกแบบเครื่องมือวัดภาคปฏิบัติ เตรียมความพร้อมให้นักเรียนสำหรับความท้าทายด้านวิศวกรรมที่ซับซ้อน การปรับปรุงในอนาคตจะรวมเทคโนโลยีการเก็บข้อมูลเพิ่มเติม รวมถึงวงจรตัวอย่างและค้าง และระบบจับเวลาขั้นสูง

มหาวิทยาลัยได้เริ่มการศึกษาตามยาวเพื่อประเมินประสิทธิผลของโครงการในการบรรลุวัตถุประสงค์การเรียนรู้ การวิจัยนี้จะแจ้งให้ทราบถึงการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องต่อโครงสร้างและวิธีการส่งมอบหลักสูตร เพื่อให้มั่นใจถึงความสอดคล้องกับข้อกำหนดของอุตสาหกรรม

ด้วยการรวมทฤษฎีที่เข้มงวดเข้ากับการพัฒนาเครื่องมือวัดภาคปฏิบัติ หลักสูตร PMI ของมหาวิทยาลัยแคนซัสสเตทจึงสร้างแบบจำลองใหม่สำหรับการศึกษาด้านวิศวกรรม ซึ่งเป็นแบบจำลองที่ช่วยให้นักเรียนมีความสามารถทางเทคนิคและกรอบความคิดในการแก้ปัญหาที่จำเป็นในสาขาเทคโนโลยีสมัยใหม่