455-0541/01 – Senzorová technika (STech)
| Garantující katedra | Katedra měřicí a řídicí techniky | Kredity | 4 |
| Garant předmětu | Ing. Jaromír Skotnica | Garant verze předmětu | Ing. Jaromír Skotnica |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | volitelný odborný |
| Ročník | 3 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2005/2006 | Rok zrušení | 2009/2010 |
| Určeno pro fakulty | FEI | Určeno pro typy studia | bakalářské |
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
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.