455-0541/01 – Senzorová technika (STech)

Garantující katedraKatedra měřicí a řídicí technikyKredity4
Garant předmětuIng. Jaromír SkotnicaGarant verze předmětuIng. Jaromír Skotnica
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostvolitelný odborný
Ročník3Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2005/2006Rok zrušení2009/2010
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studiabakalářské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
SKO33 Ing. Jaromír Skotnica
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Klasifikovaný zápočet 2+2
kombinovaná Klasifikovaný zápočet 2+12

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Cílem předmětu je poskytnout poznatky o některých nových směrech v senzorové technice a zároveň podat problematiku senzorů v návaznosti na zpracování jejich výstupních signálů.

Vyučovací metody

Přednášky
Individuální konzultace
Experimentální práce v laboratoři
Projekt

Anotace

Předmět navazuje na stávající předměty zaměřené do oblasti měření neelektrických veličin. Náplň předmětu rozvíjí poznatky z oblasti nových perspektivních principů senzorů, zpracování signálů z těchto senzorů a jejich aplikací v průmyslu a jiných oblastech praxe.

Povinná literatura:

Zehnula, K.: Snímače neelektrických veličin. SNTL, Praha 1988. Ďaďo,S. - Kreidel,M.: Senzory a měřící obvody. ČVUT, Praha 1996. Guldan,A.: Mikroelektronické senzory. ALFA, Bratislava 1988. Martinek, R.: Senzory v průmyslové praxi. Technická literatura BEN, Praha 2004. Kreidl, M.: Měření teploty - senzory a měřící obvody. Technická literatura BEN, Praha 2005. Punčochář, J.: Operační zesilovače v elektronice. Technická literatura BEN, Praha 1996. Nevřiva, P.: Elektronická měření I. VŠB, Ostrava 1990. Dubec, M. - Horák, B.- Hutyra, M.: Měření neelektrických veličin - Návody k laboratorním cvičením, VŠB, Ostrava 1994. Brignell, J.: Inteligent Sensor Systems. Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia 1994.

Doporučená literatura:

Skotnica,J.: Senzorová technika. Sylaby na www stránkách fakulty.

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Průběžná kontrola studia: Studenti během semestru provedou měření 8 laboratorních úloh, zpracují semestrální projekt zaměřený na praktickou aplikaci senzorů a snímačů a absolvují závěrečný písemný test. Podmínky udělení zápočtu: Klasifikovaný zápočet bude udělen na základě vypracování protokolů z měření ( 40 bodů max. ), semestrálního projektu ( 20 bodů max. )bodů a asolvování závěrečného písemného testu ( 40 bodů max. ). Celkem může student obdržet 100 bodů maximálně.

E-learning

Další požadavky na studenta

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Přednášky: • Úvod do senzorové techniky. Senzorová technika a její postavení v automatizaci. Vývoj a perspektiva senzorové techniky. • Analogové zpracování senzorových signálů. Porovnání analogových a digitálních metod. Základní analogové metody - zesilování a filtrace, základní parametry a charakteristiky zesilovačů a filtrů, operační zesilovač a jeho základní zapojení, realizace filtrů. Speciální obvody - integrátor a derivátor, realizace, parametry. Napájecí zdroje senzorů. • Digitální zpracování senzorových signálů. Princip vzorkování, vliv kvantování a vzorkovací frekvence na ztrátu informace. Aliasing a jeho redukce. Digitální filtry, realizace, parametry. A/D převodníky, principy a způsoby realizace, bloková schémata. Multifunkční karta do osobního počítače, základní parametry karet, typické prvky na universální kartě, praktické příklady. • Specifické obvody pro zpracování výstupních signálů senzorů. Speciální zesilovače (elektrometrické, nábojové, modulační, přístrojové). Princip koherentní demodulace. Obvody rozhraní senzor - mikroprocesor. Systémy pro sběr dat se senzorů (HART, 1-wire bus, ASI, apod.). • Dotykové měření teploty. Základní pojmy a stupnice. Odporové senzory kovové a polovodičové. Měřicí obvody pro odporové teploměry. Termočlánky a základní měřicí obvody. Specifika nasazení dotykových senzorů teploty pro měření teploty v peci, povrchové teploty, teploty plynných látek a kapalin. • Bezdotykové měření teploty - pyrometrie. Fyzikální základy pyrometrie, rozdělení pyrometrů. Detektory tepelného záření (pyro-elektrické, bolometry, termočlánkové baterie, kvantové senzory záření). Principy a způsoby potlačení systematických chyb, zejména vlivu emisivity. Problematika bezkontaktního měření teploty v různém prostředí. Termovize. • Měření sil, kroutícího momentu a hmotnosti odporovými snímači mechanické deformace - tenzometry. Principy a provedení odporových tenzometrů, tenzometrické snímače sil, provedení a kompenzace parazitních teplotních vlivů. Měřící zapojení tenzometrických snímačů pro měření sil, hmotnosti a krouticího momentu. Aplikace na elektromechanické průmyslové váhy, požadavky na jejich provedení. Aplikace elektromechanických vah v průmyslu a biomedicíně. • Nové metody měření průtoku. Ultrazvukové, indukční a vírové senzory průtoku, hmotnostní průtokoměry na principu Coriolisovy síly. Tepelné průtokoměry pro malé hmotnostní průtoky. Principy, způsob vyhodnocení a měřící zapojení, aplikace. • Optoelektronické metody měření geometrických veličin. Polohově citlivé fotoelektrické detektory PSD, optoelektronické senzory typu CCD, absolutní a inkrementální senzory polohy , senzory na interferometrickém principu (laserové innterferometry). Principy, způsob vyhodnocení, aplikace. • Optické vláknové senzory. Optické vláknové snímače, charakteristika a princip činnosti. Základní optické vláknové snímače a jejich typické aplikace (měření teploty bodové a rozprostřené, měření polohy, mechanického napětí, tlaku, složení látek, rychlosti atd.). • Mikroelektromechanické systémy (MEMS). Charakteristika MEMS, mikrosenzory a mikroaktuátory - fyzikální principy činnosti. Polovodičové akcelerometry a gyroskopy, mikromotory, mikro-nástroje, mikrorelé, mikrospínače. Aplikace mikrosystémů v medicíně a průmyslu. • Inteligentní senzory. Rozdělení, charakterizace a požadavky na inteligentní senzory. Hlavní části inteligentních senzorů a technologie výroby. Polovodičové inteligentní senzory vybraných veličin a jejich konstrukční uspořádání. • Technická diagnostika. Specielní měřicí přístroje a zařízení pro oblast technické diagnostiky (termovize, akustická a ultrazvuková diagnostika, vibrodiagnostika). Laboratoře: • Odporový snímač mechanické deformace - tenzometr. Měření statických a dynamických sil. Stanovení hmotnosti - elektromechanická tenzometrická váha. Měření krouticího momentu pomocí tenzometrů a demonstrace bezkontaktního měření krouticích momentů. Měření výšky vodní hladiny polovodičovým tenzometrickým snímačem tlaku a pomocí ohybového nosníku s fóliovými tenzometry. Užití přenosu IrDa pro bezdrátové napojení snímačů. • Fotoelektrické snímače polohy. Měření posuvu pomocí dvouosého polovodičového snímače polohy PSD. Měření vzdálenosti PSD snímačem triangulačním principem. Měření polohy inkrementálním snímačem. • Polovodičový fotoelektrický snímač CCD. Určení plochy tělesa kamerou se snímačem CCD. Polohový servosystém s obrazovou zpětnou vazbou. Fotoaparát se snímačem CCD a zpracování obrazu programem Fotoshop. • Polovodičové integrované snímače teploty. Polovodičový integrovaný snímač SMT 160. Polovodičový integrovaný snímač Dallas 1820 a sběrnice 1-wire. • Bezdotykové měření teploty. Měření teploty pyrometrem s pyroelektrickým detektorem, kompenzace vlivu změny teploty okolí na výstupní údaj pyrometru. Stanovení emisivity těles z různou povrchovou strukturou pomocí topné desky s teplotní regulací. Měření teploty úhrným pyrometrem s termočlánkovou baterií a přesným pyrometrem Greisinger. • Měření polohy a vzdálenosti piezoelektrickými ultrazvukovými snímači. Měření výšky hladiny analogovým ultrazvukovým snímačem. Výukový systém pro měření vzdálenosti ultrazvukovými snímači. Magnetostrikční snímač a jeho aplikace na měření vzdálenosti a výšky vodní hladiny. • Odporové snímače teploty. Měření s odporovými snímači teploty v dvouvodičovém, tří a čtyřvodičovém zapojení. Vyhodnocení odporových teploměrů pomocí specializovaných integrovaných obvodů. • Chemické snímače vlastností plynů a kapalin. Měření nízkých a vysokých koncentrací směsi etanolu a vzduchu pomocí polovodičových chemických snímačů. Měření koncentrace CO2 ve vzduchu infraoptickým snímačem a měření činitele pH kapalin. • Optické vláknové snímače. Stavebnice optických vláknových snímačů Optel a její aplikace na měření mechanické deformace a teploty, ohybový a transmisní senzor, senzor hladiny kapalin. Měření spektrálních charakteristik zdrojů světelného záření spektrometrem, měření absorbance a transmitance kapalin.

Podmínky absolvování předmětu

Kombinovaná forma (platnost od: 1960/1961 letní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Klasifikovaný zápočet Klasifikovaný zápočet 100 (100) 0
        Laboratorní práce Laboratorní práce 40  0
        Písemka Písemka 60  0
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2009/2010 (B2649) Elektrotechnika (2601R004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 3 volitelný odborný stu. plán
2009/2010 (B2649) Elektrotechnika (2601R004) Měřicí a řídicí technika K čeština Ostrava 3 volitelný odborný stu. plán
2008/2009 (B2649) Elektrotechnika (2601R004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 3 volitelný odborný stu. plán
2008/2009 (B2649) Elektrotechnika (2601R004) Měřicí a řídicí technika K čeština Šumperk 3 volitelný odborný stu. plán
2008/2009 (B2649) Elektrotechnika (2601R004) Měřicí a řídicí technika K čeština Ostrava 3 volitelný odborný stu. plán
2007/2008 (B2649) Elektrotechnika (2601R004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 3 volitelný odborný stu. plán
2007/2008 (B2649) Elektrotechnika (2601R004) Měřicí a řídicí technika K čeština Ostrava 3 volitelný odborný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku