学部後期課程
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最終更新日:2024年3月15日

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Information and Measurement

この講義のねらいは、システムに関する情報を収集する際に、どのように数学や物理の基本概念が応用されるのかを総合的な視野で学ぶことである。この講義により、情報基礎理論、最新センサーの物理原理、データ分析とシステム・モデリングに関する知識を習得する。また、具体的なケーススタディとして、環境センシングや生活環境ITに関する話題を取り上げる。

Course intent:

The primary goal of the course is to provide students with an integrated view of how the basic concepts of mathematics and physics are applied to collecting information about a system. Upon successful completion of this course, the student will have:
-acquired a basic knowledge of the physics of information,
-gained an understanding of the physical principles of a broad range of modern sensors,
-developed skills in data analysis and system modeling.
The course places particular emphasis on environmental sensing and lifestyle information technology as far as the examples are concerned.
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時間割/共通科目コード
コース名
教員
学期
時限
FEN-MX5604L3
FEN-MX5604L3
Information and Measurement
ドロネー ジャン ジャック
S1
火曜2限、金曜2限
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講義使用言語
英語
単位
2
実務経験のある教員による授業科目
NO
他学部履修
開講所属
工学部
授業計画
1)講義紹介(0.5回) ○講義の目的、概要、スケジュール、試験について 2)情報理論入門(1.5回) ○情報理論の基礎知識: ○ケーススタディ:  1間違いの発見と修正  2ノイズは役立つ!  (Dithering and stochastic resonance) 3)センサーと計測(3.5回) ○センサー ○計測 ○ケーススタディ:  1においセンサー  2バイオエアロゾル・サンプラー  3MEMS、NEMSまたはバイオセンサー 4)中間テスト(0.5回) 5)データ分析とモデリング(4回) ○データ前処理技術 ○時系列データの予測 ○空間データおよび時変系データの予測 ○識別 ○システム制御理論による状態推定法  (オブザーバ、カルマンフィルター) ○ケーススタディ:  1におい識別  2環境データ解析  3外乱推定 6)情報システム(1〜2回) ○「ライフスタイルと環境情報システム」  1つながり感通信、環境教育 ○「ユキビタス情報通信システム」 7)期末テスト(1回) Course content: Introduction to course -Course goal and outline, class schedule, assignments and exams Introduction to information theory -Information theory: entropy, sensor, calibration, message, sampling, noise sources, effect of noise, dithering -Error analysis: statistical treatment of random and non-random uncertainties, problems -Case study: stochastic resonance Instrument and measurement -Sensor characteristics: transfer function, sensitivity, dynamic range, uncertainty, sensor classification -Heat transfer: Lambert’s cosine law, Planck’s law, Stefan-Boltzmann law, Wien’s displacement law, thermal radiation exchange -Electronic transport: Seebeck and Peltier effects, Hall’s effect, Photoelectric effect -Electromagnetism, interferometry: Maxwell’s equations, Interferometers (Michelson, Mach-Zender, Fabry-Perot), Fourier Transform Infrared Spectrometer (case study), problems -Electromagnetism, holography: wavefront reconstruction, in-line hologram (Gabor), off-axis hologram (Leith), Fourier hologram, applications -Electromagnetism, optical microscopy: Kohler illumination, bright and dark fields, phase-shift microscopy (Zernike), confocal fluorescence microscopy, diffraction tomography -Electromagnetism: piezoelectric effect, quartz microbalance (case study), pyroelectric effect, Doppler effect -状態推定理論と外乱制御への応用 State estimation theory and its application to disturbance control (Prof. Yamada, UT) -Surface plasmon sensors: optical index, Drude and interband models, evanescent field, surface plasmons, surface plasmon sensors - Other sensors: position sensors, occupancy detectors, humidity sensors, opto-acoustic detectors, electronic noses Data analysis and modeling -Signal processing, Fourier transform, sampling theorem, data pre-processing -Time series modeling: stationarity, autoregressive average models, nearest neighbor models, neural network models
授業の方法
応用物理と統計学の一般知識があることが望ましい。2年冬学期の「計測の原理と応用」(松本潔助教授)を履修していることが望ましい。(必須ではない。)
成績評価方法
中間テスト(20%)、レポート(50%)、期末テスト(30%)で評価
履修上の注意
基礎を固める(工学部共通)