Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Wprowadzenie do techniki sensorowej.
Tok studiów:
2014/2015
Kod:
IEL-1-602-s
Wydział:
Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Elektronika
Semestr:
6
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
dr inż. Maziarz Wojciech (maziarz@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
Brudnik Andrzej (brudnik@agh.edu.pl)
dr inż. Maziarz Wojciech (maziarz@agh.edu.pl)
prof. dr hab. Pisarkiewicz Tadeusz (pisar@agh.edu.pl)
Wiśniowski Piotr (pwis@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Student wie, co to jest czujnik, transducer, aktuator. Zna charakterystyki statyczne i dynamiczne czujników. Wie, co to jest kalibracja czujnika. Zna przykładowe parametry czujników. Kolokwium
M_W002 Student ma podstawową wiedzę w zakresie kondycjonowania sygnałów z czujnika, budowy toru pomiarowego zawierającego elementy wzmacniające, linearyzujące, filtrujące, dopasowujące impedancje oraz optymalizujące właściwości szumowe. Kolokwium
M_W003 Student zna podstawowe technologie wytwarzania współczesnych czujników: MEMS (mikromechanika powierzchniowa i objętościowa), LIGA, EFAB. Kolokwium
M_W004 Student ma podstawową wiedzę w zakresie czujników różnych wielkości elektrycznych i nieelektrycznych, wytwarzanych w różnych technologiach, w tym mikromechanicznych, CMOS, cienkowarstwowych itp. Kolokwium
Umiejętności
M_U001 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; Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Student potrafi opracować szczegółową dokumentację wyników realizacji eksperymentu, zadania projektowego lub badawczego; potrafi przygotować opracowanie zawierające omówienie tych wyników; Sprawozdanie
M_U003 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; Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U004 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); Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny i przedsiębiorczy; Aktywność na zajęciach
M_K002 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; Udział w dyskusji
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Student wie, co to jest czujnik, transducer, aktuator. Zna charakterystyki statyczne i dynamiczne czujników. Wie, co to jest kalibracja czujnika. Zna przykładowe parametry czujników. + - + - - - - - - - -
M_W002 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_W003 Student zna podstawowe technologie wytwarzania współczesnych czujników: MEMS (mikromechanika powierzchniowa i objętościowa), LIGA, EFAB. + - - - - - - - - - -
M_W004 Student ma podstawową wiedzę w zakresie czujników różnych wielkości elektrycznych i nieelektrycznych, wytwarzanych w różnych technologiach, w tym mikromechanicznych, CMOS, cienkowarstwowych itp. + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 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_U002 Student potrafi opracować szczegółową dokumentację wyników realizacji eksperymentu, zadania projektowego lub badawczego; potrafi przygotować opracowanie zawierające omówienie tych wyników; - - + - - - - - - - -
M_U003 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_U004 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); + - - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny i przedsiębiorczy; + - + - - - - - - - -
M_K002 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; + - + - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
  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 – 2h

    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 – 2h

    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 – 2 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 – 3h

    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 – 2h

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

  9. Czujniki temperatury – 2h

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

  10. Czujniki magnetyczne – 2h

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

Ćwiczenia laboratoryjne:
  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.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 84 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w wykładach 28 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 14 godz
Przygotowanie do zajęć 14 godz
Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. 14 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 14 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

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.

Wymagania wstępne i dodatkowe:
• Znajomość elementów fizyki ciała stałego (po kursie fizyki) • Znajomość podstawowych elementów elektronicznych • Znajomość analogowych układów elektronicznych • Znajomość cyfrowych układów elektronicznych
Zalecana literatura i pomoce naukowe:

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

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie podano dodatkowych publikacji

Informacje dodatkowe:

Brak