Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Technika sensorowa
Course of study:
2014/2015
Code:
IET-1-623-s
Faculty of:
Computer Science, Electronics and Telecommunications
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Electronics and Telecommunications
Semester:
6
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr inż. Maziarz Wojciech (maziarz@agh.edu.pl)
Academic teachers:
Brudnik Andrzej (brudnik@agh.edu.pl)
dr inż. Maziarz Wojciech (maziarz@agh.edu.pl)
prof. dr hab. Pisarkiewicz Tadeusz (pisar@agh.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Student rozumie potrzebę formułowania i przekazywania społeczeństwu — m.in. poprzez środki masowego przekazu — informacji i opinii dotyczących osiągnięć elektroniki, telekomunikacji i innych aspektów działalności inżynierskiej; podejmuje starania, aby przekazać takie informacje i opinie w sposób powszechnie zrozumiały, przedstawiając różne punkty widzenia; ET1A_K02 Participation in a discussion
M_K002 Student potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny i przedsiębiorczy; ET1A_K05, ET1A_K01 Activity during classes
Skills
M_U001 Student potrafi — przy formułowaniu i rozwiązywaniu zadań związanych z modelowaniem i projektowaniem elementów, układów elektronicznych lub sieci i systemów telekomunikacyjnych — integrować wiedzę pochodzącą z różnych źródeł, a w szczególności z dziedziny elektroniki, telekomunikacji, fotoniki, informatyki i metod matematycznych, stosując podejście systemowe, z uwzględnieniem aspektów pozatechnicznych (w tym ekonomicznych i prawnych); ET1A_U15 Execution of laboratory classes
M_U002 Student potrafi formułować oraz — wykorzystując odpowiednie narzędzia analityczne, symulacyjne i eksperymentalne — testować hipotezy związane z modelowaniem i projektowaniem elementów, układów i systemów elektronicznych oraz sieci i usług telekomunikacyjnych; ET1A_U14, ET1A_U06 Execution of laboratory classes
M_U003 Student potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji i krytycznej oceny, a także wyciągać wnioski oraz formułować i wyczerpująco uzasadniać opinie; Student potrafi pracować indywidualnie i w zespole, a także komunikować się i wymieniać informacje przy użyciu podstawowych technik sieciowych; ET1A_U02, ET1A_U01 Execution of laboratory classes
M_U004 Student potrafi opracować szczegółową dokumentację wyników realizacji eksperymentu, zadania projektowego lub badawczego; potrafi przygotować opracowanie zawierające omówienie tych wyników; ET1A_U03 Report
Knowledge
M_W001 Student zna podstawowe technologie wytwarzania współczesnych czujników: MEMS (mikromechanika powierzchniowa i objętościowa), LIGA, EFAB. ET1A_W15, ET1A_W05 Test
M_W002 Student ma podstawową wiedzę w zakresie czujników różnych wielkości elektrycznych i nieelektrycznych, wytwarzanych w różnych technologiach, w tym mikromechanicznych, CMOS, cienkowarstwowych itp. ET1A_W14, ET1A_W12 Test
M_W003 Student ma podstawową wiedzę w zakresie kondycjonowania sygnałów z czujnika, budowy toru pomiarowego zawierającego elementy wzmacniające, linearyzujące, filtrujące, dopasowujące impedancje oraz optymalizujące właściwości szumowe. ET1A_W14, ET1A_W01 Test
M_W004 Student wie, co to jest czujnik, transducer, aktuator. Zna charakterystyki statyczne i dynamiczne czujników. Wie, co to jest kalibracja czujnika. Zna przykładowe parametry czujników. ET1A_W21, ET1A_W01 Test
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Student rozumie potrzebę formułowania i przekazywania społeczeństwu — m.in. poprzez środki masowego przekazu — informacji i opinii dotyczących osiągnięć elektroniki, telekomunikacji i innych aspektów działalności inżynierskiej; podejmuje starania, aby przekazać takie informacje i opinie w sposób powszechnie zrozumiały, przedstawiając różne punkty widzenia; + - + - - - - - - - -
M_K002 Student potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny i przedsiębiorczy; + - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi — przy formułowaniu i rozwiązywaniu zadań związanych z modelowaniem i projektowaniem elementów, układów elektronicznych lub sieci i systemów telekomunikacyjnych — integrować wiedzę pochodzącą z różnych źródeł, a w szczególności z dziedziny elektroniki, telekomunikacji, fotoniki, informatyki i metod matematycznych, stosując podejście systemowe, z uwzględnieniem aspektów pozatechnicznych (w tym ekonomicznych i prawnych); + - - - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi formułować oraz — wykorzystując odpowiednie narzędzia analityczne, symulacyjne i eksperymentalne — testować hipotezy związane z modelowaniem i projektowaniem elementów, układów i systemów elektronicznych oraz sieci i usług telekomunikacyjnych; + - - - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji i krytycznej oceny, a także wyciągać wnioski oraz formułować i wyczerpująco uzasadniać opinie; Student potrafi pracować indywidualnie i w zespole, a także komunikować się i wymieniać informacje przy użyciu podstawowych technik sieciowych; + - + - - - - - - - -
M_U004 Student potrafi opracować szczegółową dokumentację wyników realizacji eksperymentu, zadania projektowego lub badawczego; potrafi przygotować opracowanie zawierające omówienie tych wyników; - - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student zna podstawowe technologie wytwarzania współczesnych czujników: MEMS (mikromechanika powierzchniowa i objętościowa), LIGA, EFAB. + - - - - - - - - - -
M_W002 Student ma podstawową wiedzę w zakresie czujników różnych wielkości elektrycznych i nieelektrycznych, wytwarzanych w różnych technologiach, w tym mikromechanicznych, CMOS, cienkowarstwowych itp. + - + - - - - - - - -
M_W003 Student ma podstawową wiedzę w zakresie kondycjonowania sygnałów z czujnika, budowy toru pomiarowego zawierającego elementy wzmacniające, linearyzujące, filtrujące, dopasowujące impedancje oraz optymalizujące właściwości szumowe. + - + - - - - - - - -
M_W004 Student wie, co to jest czujnik, transducer, aktuator. Zna charakterystyki statyczne i dynamiczne czujników. Wie, co to jest kalibracja czujnika. Zna przykładowe parametry czujników. + - + - - - - - - - -
Module content
Lectures:
  1. Wiadomości wstępne – 1h

    Zajęcia organizacyjne, wiadomości wstępne (definicje: przetwornik, czujnik, aktuator itp). Czujnik w systemie pomiarowym. Zastosowania czujników – przykłady sensorów spotykanych w różnych dziedzinach życia codziennego. Wymagania stawiane czujnikom.

  2. Sensory: właściwości, parametry, typy – 2 h

    Klasyfikacja czujników wg różnych kryterów. Typy. Miejsce czujnika w procesie pomiaru. Bloki funkcjonalne. Funkcja przetwarzania czujnika. Charakterystyki statyczne i dynamiczne. Parametry charakteryzujące czujniki (zakres pomiarowy, czułość, liniowość, dokładność, rozdzielczośc, próg detekcji, zero, bład charakterystyki, kalibracja, histereza, powtarzalność, ofset i dryf sygnału). Wpływ zakłóceń na czujnik.

  3. Przetwarzanie sygnału z czujników. Czujniki zintegrowane – 4h

    Kondycjonowanie sygnału sensorowego z czujników z wyjściem rezystancyjnym, napięciowym, prądowym, indukcyjnym, częstotliwościowym, ładunkowym itp. Filtracja, wzmacnianie, linearyzacja, przesuwanie poziomu, przetwarzanie na postać cyfrową itp. Układy mostkowe. Interfejsy czujnikowe.

  4. Czujniki mikromechaniczne. Technologie wytwarzania czujników – 2h

    Czujniki mikromechaniczne. Technologia wytwarzania współczesnych czujników: MEMS (mikromechanika powierzchniowa i objętościowa), LIGA, EFAB.

  5. Czujniki wielkości mechanicznych – 3 h

    Czujniki wielkości mechanicznych (przemieszczenia, prędkości, przyśpieszenia, siły, ciśnienia itp.). Czujniki indukcyjne, pojemnościowe, wiroprądowe i inne.

    Czujniki wykorzystujące efekt piezorezystancyjny. Tensometry metalowe i półprzewodnikowe. Membranowe czujniki ciśnienia.

  6. Czujniki przepływu płynów, czujniki poziomu – 3 h

    Rodzaje przepływu (laminarny, turbulentny), rozkłady prędkości. Pomiar strumienia masy lub objętości. Czujniki z kryzą, z dyszą, ze zwężką Venturiego. Rotametry. Przpływomierze turbinowe, ultradzwiękowe, dopplerowskie, termiczne. Anemometry. Czujniki poziomu (reluktancyjne, fotoelektryczne, pojemnościowe, przewodnościowe, izotopowe).

  7. Czujniki gazów i wilgotności – 4h

    Rezystancyjne czujniki gazów: budowa, mechanizm działania, zastosowania. Czujniki cienko- i grubowarswowe, na spiekach, mikromechaniczne. Czujniki na mikrobelkach, membranowe. Pelistory. Czujniki termoprzewodnościowe. Czujniki elektrochemiczne i optyczne. Czujniki wykorzystujące struktury MOSFET.

    Czujniki wilgotności: pojęcie wilgotności względnej i bezwzględnej. Czujniki typu rezystancyjnego, rezystancyjno-pojemnościowego, pojemnościowego. Czujniki grawimetryczne. Czujniki z fala powierzchniową (SAW). Czujniki psychrometryczne, czujniki punktu rosy. Kalibracja czujników wilgotności.

  8. Czujniki promieniowania elektromagnetycznego – 4h

    Fotodetektory: fotorezystor, fotodioda, fototranzystor. Detektory piroelektyczne. Termostosy. Bolometry.

  9. Czujniki temperatury – 3 h

    Skale temperatur. Czujniki rezystancyjne (metaliczne i półprzewodnikowe), termoelektryczne, złączowe półprzewodnikowe, światłowodowe. Pirometry.

  10. Czujniki magnetyczne – 4h

    Czujniki indukcyjne (indukcyjnościowe, transformatorowe, elektromegnetyczne), magnetogalwaniczne (hallotrony, magnetorezystory, magnetotranzystory), magnetoelastyczne. Czujniki pola magnetycznego (magnetometry z nasycanym rdzeniem, z cewką indykcyjną, SQUIDy).

Laboratory classes:
  1. Badanie akcelerometrów.

    W ćwiczeniu jest badany mikromechaniczny czujnik przyśpieszenia oraz piezoelektryczny czujnik drgań mechanicznych. Obserwacja sygnału wyjściowego na oscyloskopie, wyznaczenie charakterystyk statycznych.

  2. Badanie wybranych czujników temperatury.

    W ćwiczeniu badane są charakterystyki dynamiczne termopar różnego typu. Obserwacja sygnału wyjściowego na oscyloskopie, wyznaczenie charakterystyk dynamicznych. Na podstawie ch-k wyznaczana jest transmitancja termopar metodą Kondratiewa.

  3. Badanie wybranych czujników poziomu.

    W ćwiczeniu wyznaczana jest charakterystyka przetwarzania mikrofalowego czujnika poziomu cieczy dielektrycznej. Określane są: droga pomiarowa, czułość, rozdzielczość itp.

  4. Badanie półprzewodnikowych rezystancyjnych czujników gazu.

    W ćwiczeniu wyznacza się charakterystyki statyczne i dynamiczne czujnikow gazu: zależność czułości od temperatury, stężenia gazu, przepływu. Okraśla się też szybkość reakcji czujnika na gaz w różnych temperaturach pracy.

  5. Badanie fotodetektorów.

    W ćwiczeniu wyznacza się charakterystyki widmowe podstawowych fotodetektorów: fotorezystorów, fotodiod, fototranzystorów wykonanych z różnych półprzewodników. Wyznaczana jest szerokość przerwy zabronionej półprzewodników.

  6. Badanie detektorów promieniowania temperaturowego.

    W ćwiczeniu wyznacza się charakterystykę pirometru w funkcji temperatury włókna żarówki oraz gęstości mocy promieniowania (zakres temperatur 600° do 1400°C), dla różnych odległości źródło-detektor. Używa się do tego celu wzmacniacza typu lock-in. W oparciu o zmierzoną charakterystykę Uwy = f (P) mierzy się moc emitowaną przez laser HeNe.

  7. Badanie czujników pola magnetycznego.
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 77 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Participation in lectures 28 h
Realization of independently performed tasks 10 h
Preparation for classes 15 h
Preparation of a report, presentation, written work, etc. 10 h
Participation in laboratory classes 14 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

1. Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium oraz kolokwium zaliczeniowego z wykładu.
2. Ocena z laboratorium:
– jest średnią ocen z poszczególnych ćwiczeń.
– na ocenę z danego ćwiczenia składa się ocena ze sprawdzianu wiadomości i ocena z zaliczenia sprawozdania
3. Obliczamy średnią ważoną z ocen laboratorium (60%) i wykładów (40%).
4. Wyznaczamy ocenę końcową na podstawie algorytmu:
if srednia > 4.75 then OK:=5.0 else
if srednia > 4.25 then OK:=4.5 else
if srednia > 3.75 then OK:=4.0 else
if srednia > 3.25 then OK:=3.5 else OK:=3
4.Jeżeli pozytywną ocenę z laboratorium i zaliczenia wykładu uzyskano w pierwszym terminie i dodatkowo student był aktywny na wykładach, to ocena końcowa jest podnoszona o 0.5.

Prerequisites and additional requirements:
• Znajomość elementów fizyki ciała stałego (po kursie fizyki) • Znajomość podstawowych elementów elektronicznych • Znajomość analogowych układów elektronicznych • Znajomość cyfrowych układów elektronicznych
Recommended literature and teaching resources:

1. S.M. Sze, Semiconductor Sensors, John Wiley & Sons, Inc., 1994
2. J.W. Gardner, V.K. Varadan, O.O. Awadelkarim, Microsensors, MEMS and Smart Devices, John Wiley & Sons, LTD, 2001
3. W. Göpel, J. Hesse, J.N. Zemel, Sensors – A Comprehensive Survey, VCH Verlagsgesellschaft mbH, 1989
4. T. Pisarkiewicz, Mikrosensory gazów, Wydawnictwa AGH, Kraków 2007
5. Wybrane sensory gazów. Przewodnik multimedialny: http://oen.dydaktyka.agh.edu.pl/dydaktyka/automatyka/c_sensory_gazu/
6. Materiały na stronie www laboratorium:http://home.agh.edu.pl/~maziarz/LabTechSens
7. R. Frank, “Understanding smart sensors”, Artech House, 1996
8. J.W. Gardner, V.K.Varadan, “Microsensors, MEMS, and Smart Devices”, John Wiley & Sons, 2001
9. S. Tumański, „Technika pomiarowa”, WNT 2007
10. Michalski L., Eckersdorf K.: Pomiary temperatury WNT
11. Rzasa M., Kiczma B.: Elektryczne i elektroniczne czujniki temperatury
12. L. Michalski, K. Eckersdorf, J. Kucharski: Termometria, przyrządy i metody, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, 1998.
13. P. Horowitz, W. Hill: Sztuka Elektroniki, WKŁ, Warszawa cz. 1 i 2. wydanie: 9/2009.
14.P. Ripka „Magnetic sensors and magnetometers”, Artech House, 2001.
15.S. Tumański, „Thin film magnetoresistive sensors” IOP Publishing Ltd. 2001.
16.S. Tumański, „Cienkowarstwowe czujniki magnetorezystancyjne”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1997

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Additional scientific publications not specified

Additional information:

None