Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Technika sensorowa
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
IETP-1-603-s
Wydział:
Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Elektronika i Telekomunikacja
Semestr:
6
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Prowadzący moduł:
dr inż. Rydosz Artur (rydosz@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Przedmiot umożliwia poznanie współczesnych czujników wielkości elektrycznych i nieelektrycznych, ich technologię, budowę, zasadę działania, charakterystyki oraz sposoby kondycjonowania ich sygnału.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Student zna materiały stosowane we współczesnych czujnikach. Zna podstawowe technologie wytwarzania sensorów: MEMS (mikromechanika powierzchniowa i objętościowa), LIGA, EFAB. ETP1A_W05, ETP1A_W13 Kolokwium
M_W002 Student wie, jak są zbudowane i jak działają czujniki różnych wielkości elektrycznych i nieelektrycznych, wytwarzane w różnych technologiach, w tym mikromechanicznych, CMOS, cienkowarstwowych itp. ETP1A_W05, ETP1A_W07, ETP1A_W02 Kolokwium
M_W003 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_W05, ETP1A_W01, ETP1A_W16 Kolokwium
M_W004 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_W08, ETP1A_W07 Kolokwium
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student potrafi opracować dokumentację wyników przeprowadzonego eksperymentu, zawierającą omówienie tych wyników i wnioski. ETP1A_U04, ETP1A_U03 Sprawozdanie
M_U002 Student potrafi dobrać czujnik określonej wielkości do określonego zastosowania, bazując na charakterystykach przyrządu. ETP1A_U12, ETP1A_U05, ETP1A_U02 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U003 Student potrafi zmierzyć zadaną charakterystykę czujnika przy pomocy dostępnych w laboratorium przyrządów, a następnie zinterpretować ją i zweryfikować z charakterystyką oczekiwaną. ETP1A_U07, ETP1A_U11, ETP1A_U09, ETP1A_U13, ETP1A_U16, ETP1A_U02 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U004 Student potrafi znaleźć w literaturze, bazach danych, notach aplikacyjnych i innych źródłach potrzebne informacje o parametrach czujników, ich charakterystykach i działaniu. ETP1A_U02, ETP1A_U03 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Student rozumie potrzebę stosowania nowoczesnych, zminiaturyzowanych i pobierających mało energii czujników w celu monitorowania parametrów środowiska. ETP1A_K02 Aktywność na zajęciach
M_K002 Student ma świadomość wpływu działalności człowieka na środowisko naturalne i rozumie potrzebę jego ochrony. ETP1A_K02 Aktywność na zajęciach
M_K003 Student rozumie potrzebę poszukiwania innowacyjnych rozwiązań czujników o coraz lepszych parametrach. ETP1A_K04, ETP1A_K02, ETP1A_K01 Aktywność na zajęciach
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
38 24 0 14 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Student zna materiały stosowane we współczesnych czujnikach. Zna podstawowe technologie wytwarzania sensorów: MEMS (mikromechanika powierzchniowa i objętościowa), LIGA, EFAB. + - + - - - - - - - -
M_W002 Student wie, jak są zbudowane i jak działają czujniki różnych wielkości elektrycznych i nieelektrycznych, wytwarzane w różnych technologiach, w tym mikromechanicznych, CMOS, cienkowarstwowych itp. + - + - - - - - - - -
M_W003 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_W004 Student ma podstawową wiedzę w zakresie kondycjonowania sygnałów z czujnika, budowy toru pomiarowego zawierającego elementy wzmacniające, linearyzujące, filtrujące, dopasowujące impedancje oraz optymalizujące właściwości szumowe. + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi opracować dokumentację wyników przeprowadzonego eksperymentu, zawierającą omówienie tych wyników i wnioski. - - + - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi dobrać czujnik określonej wielkości do określonego zastosowania, bazując na charakterystykach przyrządu. + - + - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi zmierzyć zadaną charakterystykę czujnika przy pomocy dostępnych w laboratorium przyrządów, a następnie zinterpretować ją i zweryfikować z charakterystyką oczekiwaną. - - + - - - - - - - -
M_U004 Student potrafi znaleźć w literaturze, bazach danych, notach aplikacyjnych i innych źródłach potrzebne informacje o parametrach czujników, ich charakterystykach i działaniu. + - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student rozumie potrzebę stosowania nowoczesnych, zminiaturyzowanych i pobierających mało energii czujników w celu monitorowania parametrów środowiska. + - + - - - - - - - -
M_K002 Student ma świadomość wpływu działalności człowieka na środowisko naturalne i rozumie potrzebę jego ochrony. + - + - - - - - - - -
M_K003 Student rozumie potrzebę poszukiwania innowacyjnych rozwiązań czujników o coraz lepszych parametrach. + - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 75 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 38 godz
Przygotowanie do zajęć 12 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 5 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 20 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (24h):
  1. Wiadomości wstępne

    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

    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

    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

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

  5. Czujniki wielkości mechanicznych

    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

    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

    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

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

  9. Czujniki temperatury

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

  10. Czujniki magnetyczne

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

Ćwiczenia laboratoryjne (14h):
  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.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: 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:

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
Sposób obliczania oceny końcowej:

1. Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium.
2. Ocena z laboratorium jest średnią ważoną ocen z poszczególnych ćwiczeń: sprawdzianów wiadomości (60%) i sprawozdań (40%)
3. 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 uzyskano w pierwszym terminie i dodatkowo student był aktywny na wykładach, to ocena końcowa jest podnoszona o 0.5.

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

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :
• 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:

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

Informacje dodatkowe:

Jako wynik uczestnictwa w programie szkoleniowym POWER WIET, część wykładów jest prowadzona metodą dydaktyczną “odwróconego uniwersytetu”, tj. studenci otrzymują zadanie do wykonania przed wykładem, np. obejrzenie filmu omawiającego zasadę działania czujnika lub zapoznanie się z określonymi materiałami.