Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Technika sensorowa
Course of study:
2019/2020
Code:
IETP-1-702-n
Faculty of:
Computer Science, Electronics and Telecommunications
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Electronics and Telecommunications
Semester:
7
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Part-time studies
Responsible teacher:
dr inż. Maziarz Wojciech (maziarz@agh.edu.pl)
Module summary

Studenci poznają współczesne czujniki wielkości elektrycznych i nieelektrycznych, technologie ich wytwarzania, budowę i zasadę działania, charakterystyki, sposoby konwersji i przetwarzania sygnału.

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: is able to
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; ETP1A_K02 Participation in a discussion
M_K002 Student potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny i przedsiębiorczy; ETP1A_K04, ETP1A_K01 Activity during classes
Skills: he can
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; ETP1A_U03, ETP1A_U02 Execution of laboratory classes
M_U002 Student potrafi opracować szczegółową dokumentację wyników realizacji eksperymentu, zadania projektowego lub badawczego; potrafi przygotować opracowanie zawierające omówienie tych wyników; ETP1A_U04 Report
M_U003 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); ETP1A_U12 Execution of laboratory classes
M_U004 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; ETP1A_U11, ETP1A_U02 Execution of laboratory classes
Knowledge: he knows and understands
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. ETP1A_W16, ETP1A_W01 Test
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. ETP1A_W07, ETP1A_W01 Test
M_W003 Student ma podstawową wiedzę w zakresie czujników różnych wielkości elektrycznych i nieelektrycznych, wytwarzanych w różnych technologiach, w tym mikromechanicznych, CMOS, cienkowarstwowych itp. ETP1A_W05, ETP1A_W07 Test
M_W004 Student zna podstawowe technologie wytwarzania współczesnych czujników: MEMS (mikromechanika powierzchniowa i objętościowa), LIGA, EFAB. ETP1A_W05, ETP1A_W13 Test
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
26 16 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0
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
Prace kontr. przejść.
Lektorat
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 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 — 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_U004 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; + - - - - - - - - - -
Knowledge
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 ma podstawową wiedzę w zakresie czujników różnych wielkości elektrycznych i nieelektrycznych, wytwarzanych w różnych technologiach, w tym mikromechanicznych, CMOS, cienkowarstwowych itp. + - + - - - - - - - -
M_W004 Student zna podstawowe technologie wytwarzania współczesnych czujników: MEMS (mikromechanika powierzchniowa i objętościowa), LIGA, EFAB. + - - - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 100 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 26 h
Preparation for classes 30 h
Realization of independently performed tasks 44 h
Module content
Lectures (16h):
  1. Sensory: definicje, parametry, typy

    Wiadomości wstępne, definicje. Czujnik w systemie pomiarowym. Zastosowania – przykłady sensorów spotykanych w różnych dziedzinach życia codziennego. Wymagania stawiane czujnikom.
    Klasyfikacja czujników wg różnych kryteriów. Miejsce czujnika w procesie pomiaru. Bloki funkcjonalne. Funkcja przetwarzania czujnika. Charakterystyki statyczne i dynamiczne. Parametry charakteryzujące czujniki. Wpływ zakłóceń na czujnik.

  2. Przetwarzanie sygnału z czujników. Technologie wytwarzania

    Kondycjonowanie sygnału sensorowego z czujników z wyjściem rezystancyjnym, napięciowym, prądowym, indukcyjnym, częstotliwościowym, ładunkowym itp. Układy mostkowe. Interfejsy czujnikowe.

    Czujniki mikromechaniczne MEMS – technologia wytwarzania (mikromechanika powierzchniowa i objętościowa).

  3. Czujniki wielkości mechanicznych

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

    Czujniki wykorzystujące efekt piezorezystancyjny. Tensometry metalowe i półprzewodnikowe.

    Membranowe czujniki ciśnienia.

  4. Czujniki przepływu płynów, czujniki poziomu i wilgotności

    Rodzaje przepływu, rozkłady prędkości. Pomiar strumienia masy lub objętości. Czujniki z kryzą, z dyszą, ze zwężką Venturiego. Rotametry. Przepływomierze turbinowe, ultradźwiękowe, dopplerowskie, termiczne. Anemometry.

    Czujniki poziomu – reluktancyjne, fotoelektryczne, pojemnościowe, przewodnościowe, izotopowe.

    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.

  5. Czujniki gazów i czujniki magnetyczne

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

    Czujniki pola magnetycznego. Czujniki indukcyjne, magnetogalwaniczne (hallotrony, magnetorezystory).

  6. Czujniki promieniowania elektromagnetycznego i temperatury

    Fotodetektory: fotorezystor, fotodioda, fototranzystor. Detektory piroelektyczne.

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

Laboratory classes (10h):
  1. Badanie akcelerometrów.

    W ćwiczeniu jest badany mikromechaniczny czujnik przyśpieszenia z serii ADXL oraz piezoelektryczny czujnik drgań mechanicznych. Obserwowane są sygnały wyjściowe na oscyloskopie, wyznaczane są charakterystyki statyczne badanego akcelerometru.

  2. Badanie wybranych czujników temperatury.

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

  3. Badanie półprzewodnikowych rezystancyjnych czujników gazu.

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

  4. Badanie fotodetektorów.

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

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Laboratory classes: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Laboratory classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
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 testu zaliczeniowego (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

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

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:

Wojciech Maziarz – lista publikacji w Bazie Publikacji Pracowników:
1) https://bpp.agh.edu.pl/old/bpp-show.phtml?s=b1&R=0&W=0&poz=M&aut=1221&tp=0
2) https://bpp.agh.edu.pl/autor/maziarz-wojciech-01221

Additional information:

None