455-0541/01 – Sensors Engineering (STech)

Gurantor departmentDepartment of Measurement and ControlCredits4
Subject guarantorIng. Jaromír SkotnicaSubject version guarantorIng. Jaromír Skotnica
Study levelundergraduate or graduateRequirementOptional
Year3Semesterwinter
Study languageCzech
Year of introduction2005/2006Year of cancellation2009/2010
Intended for the facultiesFEIIntended for study typesBachelor
Instruction secured by
LoginNameTuitorTeacher giving lectures
SKO33 Ing. Jaromír Skotnica
Extent of instruction for forms of study
Form of studyWay of compl.Extent
Full-time Graded credit 2+2
Part-time Graded credit 2+12

Subject aims expressed by acquired skills and competences

The objective of the subject is to provide the knowledge about new trends in sensor techniques together with methods of processing of outgoing signals from sensors.

Teaching methods

Lectures
Individual consultations
Experimental work in labs
Project work

Summary

The subject follows the existing subjects dealing with measurement of non electrical quantities. The subject curriculum develops the knowledge of new perspective principles of sensors, processing of outgoing signals from sensors and application of sensors in the different area of practice.

Compulsory literature:

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.

Recommended literature:

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

Way of continuous check of knowledge in the course of semester

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

Other requirements

Prerequisities

Subject has no prerequisities.

Co-requisities

Subject has no co-requisities.

Subject syllabus:

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.

Conditions for subject completion

Part-time form (validity from: 1960/1961 Summer semester)
Task nameType of taskMax. number of points
(act. for subtasks)
Min. number of points
Graded exercises evaluation Graded credit 100 (100) 0
        Laboratory work Laboratory work 40  0
        Written exam Written test 60  0
Mandatory attendence parzicipation:

Show history

Occurrence in study plans

Academic yearProgrammeField of studySpec.ZaměřeníFormStudy language Tut. centreYearWSType of duty
2009/2010 (B2649) Electrical Engineering (2601R004) Measurement and Control Engineering P Czech Ostrava 3 Optional study plan
2009/2010 (B2649) Electrical Engineering (2601R004) Measurement and Control Engineering K Czech Ostrava 3 Optional study plan
2008/2009 (B2649) Electrical Engineering (2601R004) Measurement and Control Engineering P Czech Ostrava 3 Optional study plan
2008/2009 (B2649) Electrical Engineering (2601R004) Measurement and Control Engineering K Czech Šumperk 3 Optional study plan
2008/2009 (B2649) Electrical Engineering (2601R004) Measurement and Control Engineering K Czech Ostrava 3 Optional study plan
2007/2008 (B2649) Electrical Engineering (2601R004) Measurement and Control Engineering P Czech Ostrava 3 Optional study plan
2007/2008 (B2649) Electrical Engineering (2601R004) Measurement and Control Engineering K Czech Ostrava 3 Optional study plan

Occurrence in special blocks

Block nameAcademic yearForm of studyStudy language YearWSType of blockBlock owner