MEMS inteligentné senzory a aktuátory: Rozdiel medzi revíziami

Verzia zo dňa a času 08:41, 29. marec 2016

Odkaz na AIS:

38173_3B - MEMSISA: MEMS - inteligentné senzory a aktuátory

Obsah

1 Prednášky
- 1.1 Prednášky LS 2016
2 Cvičenia
3 Hodnotenie
4 Literatúra
5 Čítanie na doma
6 Semestrálne zadanie
- 6.1 Zadania pre LS 2016
- 6.2 Archív zadaní z predošlých rokov
7 ToDo List

Prednášky

Prednášky budú vždy v pondelok od 7:00 do 8:45 v miestnosti D-519.

Prednášajúci: Ing. Richard Balogh, PhD.

Prednášky LS 2016

Slajdy z prednášok

1: 15. 2. 2016 Úvod (definície pojmov, senzorický aparát človeka)
- Program BBC Human Senses
- Jessica Morrison: Human Nose Can Detect 1 Trillion Odors
- Séria prednášok TEDx o zmysloch

2: 22. 2. 2016 Vlastnosti senzorov (charakteristiky).

3: 29. 2. 2016 Optické princípy. Optická cesta.
- Optoelektronika -- prednášky a cvičenia z predmetu OEaLT (stuba.sk)
- Obrázky
- Applet zobrazovanie šošovkou a zrkadlom
- Applet na lom svetla hranolom

4: 7. 3. 2016 Proximitné optické snímače.
5: 14. 3. 2016 Senzory farieb
- Beau Lotto: Optical illusions show how we see. Video on TED.com
- Edward H. Adelson: Lightness Perception and Lightness Illusions + demonstrations (mit.edu)
- Randall P. Munroe: Color Survey. (xkcd.com)

6: 21. 3. 2016 CCD a CMOS snímače. / Čiarové a QR kódy / Zbernica i2c
- http://legacy.jyi.org/volumes/volume3/issue1/features/peterson.html
- https://de.wikipedia.org/wiki/CCD-Sensor
- Raymond Sirí: CCD Animation Sequence (vimeo.com)
- http://www.specinst.com/What_Is_A_CCD.html
- Raymond Sirí: CMOS Animation Sequence (vimeo.com)

-- 28. 3. 2016 Veľkonočný pondelok
7: 4. 4. 2016 9:00 Gabriel Vanko (EÚ SAV): MEMS technológie (pozor zmena, prednáška začne o 9:00 - výmena s cvičením!!!)
8: 11. 4. 2016 7:15 Exkurzia v ME-Inspection

Uvidíte priemyselné meracie systémy z portfólia firmy.
Stretneme sa o 7:00 na električkovej zastávke Botanická záhrada alebo o 7:15 pred sídlom firmy na Drobného 25 A (Dúbravka). Exkurzia potrvá do 9:00 a je povinná. Môžete si vziať vlastný predmet hr. max. 50 mm na zmeranie v profilometri. So sebou pero, zošit a USB kľúč na namerané data.

8+:12. 4. 2016 o 11:00 Prednáška IQRF o bezdrôtových moduloch
9: 18. 4. 2016 Analýza tenzometrického mostíka / MEMS snímače tlaku
10: 25. 4. 2016 MEMS inerciálne snímače
11: 2. 5. 2016
12: 9. 5. 2016

Prednášky LS 2015 - archív: Slajdy z prednášok

Cvičenia

Cvičenia sú v pondelok od 9:00 a 14:00 hod v D-519 (D-520).

Cvičiaci: Ing. Richard Balogh, PhD.

18. 2. cvičenie odpadlo
25. 2. Cvičenie 1: Úvod (BOZP) a odporový snímač polohy.
29. 2. Cvičenie 2: Linearizácia odporového snímača polohy.
7. 3. Cvičenie 3: Lokálne zobrazenie meranej veličiny (LED a LCD).
14. 3. Cvičenie 4: Senzory farby: TCS230 a ColorPAL + rozpoznávanie farieb -- MEMS cvičenie 4.
21. 3. Cvičenie 5: Riadkový CCS snímač TSL1401 Line Sensor.
Cvičenie 6: i2c zbernica
Cvičenie 7: Ardugraph alebo IoT
Cvičenia 8 - 11: samostatná práca na projektoch
Cvičenie 12: prezentácia výsledkov a obhajoba projektu

Hodnotenie

Za prácu na cvičeniach (aktivita, referáty) 10 b.
Prezentácia na prednáške 10 b.
Semestrálny projekt 20 b.
Skúška (písomná) 60 b.

Literatúra

Jacob Fraden: Handbook of Modern Sensors. 4th ed. Springer, New York, 2010. Dostupné on-line: <ftp://ftp.itb.ac.id/>, prípadne <folk.ntnu.no>
Sabrie Soloman: Sensors and Control Systems in Manufacturing. 2nd ed. McGraw Hill, New York, 2010.
H. R. Everett: Sensors for Mobile Robots. Theory and Application. A K Peters, Natick, 1995.
Ján Šturcel: Prvky riadiacich systémov, časť Meranie neelektrických veličín. STU Bratislava 2004, ISBN 80-227-2120-4
Ján Šturcel: Snímače a prevodníky. STU Bratislava, 2002, ISBN 80-227-1712-6
Miroslav Toman: Senzory v automatizácii. STU Bratislava 1999. 127s
František Duchoň: Snímače v mobilnej robotike. STU Bratislava, 2012. 97s.

Slajdy z prednášok
Rozpracované skriptá Toman: Senzory v CIM

Čítanie na doma

Jacob Fraden: Handbook of Modern Sensors. 4th ed., Springer, 2010:
- Hallov jav (d.ú. str. 103)
- Siebeckov jav (d.ú. str. 106)
- Peltierov jav (d.ú. str. 111)

Opakovanie:

Jacob Fraden: Handbook of Modern Sensors. 4th ed., Springer, 2010:
- Snímače tlaku (d.ú. str. 375 - 397)
  - Piezorezistívny jav (d.ú. str. 381)
- Snímače prietoku (d.ú. str. 399 - 429)
- Snímače teploty (d.ú. str. 519 - 567)

Z čítania na doma bude otázka na skúške!

Semestrálne zadanie

Vybranú tému treba spracovať písomne v rozsahu min. 4 strán a odprezentovať v rámci prednášok cca 10 minút. Témy si vyberajte priebežne, aby sme si stihli vypočuť každého a aby témy nadväzovali na prednášanú látku. Témy budú postupne pribúdať. Ak si vyberiete, oznámte to prednášajúcemu, aby nevznikli kolízie.

Zadania pre LS 2016

http://www.sciencealert.com/new-material-with-electrons-that-move-at-300-km-s-displays-huge-magnetoresistance - dohladajte čo je to magnetorezistancia, na čo je dobrá v senzorovej technike a čo nového prináša tento objav
MEMS aktuátory: Switchable windows with MEMS shutters
1. http://www.google.com/patents/US8724202
2. https://www.youtube.com/watch?v=RqwL2egaqYY
Jun Ohta, Takashi Tokuda, Kiyotaka Sasagawa and Toshihiko Noda: Implantable CMOS Biomedical Devices. Sensors 2009, 9, 9073-9093; doi:10.3390/s91109073.
Nava Whiteford: Esoteric Actuators
Rags Gardner: Eye to Eye: Cameras and Vision
CCD versus CMOS - ktorý je lepší?
Bradley S. Carlson: Comparison of modern CCD and CMOS image sensor technologies and systems for low resolution imaging. Sensors, 2002. Proceedings of IEEE. Vol. 1. IEEE, 2002.
K. Hema: Mems Pressure Sensor in Automotive Industry
Time of Flight kamery (Kinect)

Archív zadaní z predošlých rokov

Zmyslové orgány: hmat
Zmyslové orgány: čuch a chuť
Supravodivosť a magnetizmus, vysokoteplotná sv.
Biele LED - technológie, parametre, princípy
Povrchová akustická vlna -- princíp, využitie, komerčné aplikácie. Vybrať nejaký senzor.
Snímanie priestoru IR žiarením. Zdroje, snímače, typy zariadení. Aktívne a pasívne systémy. Registrujúce (poplašné) zariadenia. Snímanie objektov, pohybu objektov.
Snímanie priestoru IR žiarením 2. Infračervené kamery. Konštrukcie, typy citlivých elementov, pracovné vlnové dĺžky, optika. Teplotný profil, termovízia. Priradenie pseudofarieb.
Analýza prostredia, zisťovanie zloženia plynov. Možnosti zisťovania známych zložiek plynov v zmesi. Možnosti zistenia celkového zloženia plynnej vzorky. Prehľad metód, ich vhodnosť, výhody, nevýhody, obmedzenia, poruchové vplyvy, presnosť, spoľahlivosť, odôvodnenosť a ekonomika nasadenia.
Snímače farby. Princíp činnosti, poruchové veličiny, využitie.
CCD senzory. Najnovšie technológie -- parametre, dosiahnuté výsledky (počet pixlov, citlivosť,...)
CMOS senzory. Najnovšie technológie -- parametre, dosiahnuté výsledky (počet pixlov, citlivosť,...)
Infrasenzory. Princíp, využitie - termokamery. Najnovšie technológie -- parametre, dosiahnuté výsledky (počet pixlov, citlivosť,...)
Stabilizácia obrazu.
Technológia sheet-of-light
PIR senzory
Gyroskopické senzory
MEMS Senzory iné ako akcelerometre
Lambda sonda
Elektronická ochrana tovarov
Kinect
...

Vítané sú aj vlastné námety súvisiace s témou.

Hodnotí sa zvlášť prezentácia (vystupovanie, koncepcia, slajdy, ukážky - 10b) a zvlášť písomné spracovanie (úplnosť informácie, použité zdroje a ich citovanie, úprava -- 15b).

ToDo List

NETLabTK: Tools for Tangible Design http://www.netlabtoolkit.org/category/news/
ArduGraph is open-source easy to use serial graph monitor for Arduino. http://www.open-electronics.org/guest_projects/ardugraph/?utm_content=buffer51656&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=buffer

Návrat na zoznam cvičení...

@@ Riadok 35: / Riadok 35: @@
 Skúšku budete písať 60 minút. Opravovať sa bude bezprostredne po písomke, môžete počkať na výsledok a prípadne
 ho na mieste konzultovať.
-== Prednáška ==
-V stredu 25. 3. 2015 od 14:30 bude v CD-300 prednáška odborníkov z CERNu. [http://robotika.sk/ Viac informácií...]
-V piatok 27. 3. 2015 bude riadna prednáška z predmetu SS CIM na ktorej privítame špecialistu na elektroniku a detektory
-v experimente Alice z CERNu.
-== Exkurzia I. ==
-. 3. 2015 sa cvičenia uskutočnia v priestoroch firmy [http://www.microstep-mis.com/ MicroStep-MIS],
-[http://www.microstep-mis.com/index.php?lang=en&site=src/contact Čavojského 1].
-Stretneme sa buď 13:30 pred vchodom do firmy alebo spoločný odchod spred FEI Blok A o 13:00,
-ďalej električkou č. 4 s odchodom 13:13
-zo zástavky Botanická záhrada.
-Účasť je povinná, so sebou USB kľuč na namerané data, zošit a pero.
-== Prázdniny ==
-Cvičenia 7. 4. 2015 nebudú - prázdniny.
-== Exkurzia II. ==
-. 4. 2015 sa cvičenia uskutočnia v priestoroch firmy [http://me-inspection.sk/ ME Inspection],
-[http://me-inspection.sk/?q=en/node/158 Údernícka 11].
-Stretneme sa buď 13:20 na konečnej autobusu č.80 v Petržalke
-alebo spoločný odchod 13:00 na zastávke ZOO autobusom č. 192 na Einsteinovej prechod na
-opačnú strany a prestup na č. 80 až na konečnú Údernícka - kúpalisko.
-Účasť je povinná, so sebou USB kľuč na namerané data, zošit a pero.
-* '''3:''' 06. 3. 2015 '''Magnetické princípy.''' Výpočty magnetických obvodov.
-** Domáca úloha: [http://en.wikipedia.org/wiki/Hall_effect Hall effect], [http://en.wikipedia.org/wiki/Seebeck_effec Seebeck effect], [http://en.wikipedia.org/wiki/Peltier_effect Peltier effect]
-** Video - prof. Walter Lewin: ''[http://ocw.mit.edu/courses/physics/8-02-electricity-and-magnetism-spring-2002/video-lectures/ MIT Course 8.02 Electricity and Magnetism]'' Hľadajte '''Lecture 21: Magnetic Materials'''.
-** 2015: Video removed, use [https://www.youtube.com/playlist?list=PLyQSN7X0ro2314mKyUiOILaOC2hk6Pc3j following link].
-** [[SS CIM - Obrazová príloha#Magnetické princípy|Obrázky]]
-* '''4:''' 13. 3. 2015  '''Optické princípy.'''  Optická cesta. CCD a CMOS snímače.
-** Optoelektronika -- [http://www.kme.elf.stuba.sk/kme/buxus/docs/predmety/OEaLT/ prednášky a cvičenia z predmetu OEaLT] (stuba.sk)
-** [[SS CIM - Obrazová príloha#Optické princípy|Obrázky]]
-** [http://webphysics.davidson.edu/Applets/optics4/default.html Applet zobrazovanie šošovkou a zrkadlom]
-** [http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/index.php?topic=37.0 Applet na lom svetla hranolom]
-* '''5:''' 20. 3. 2015 '''Farba.'''  '''Akustické princípy.'''
-** Beau Lotto: ''[http://www.ted.com/talks/lang/sk/beau_lotto_optical_illusions_show_how_we_see.html Optical illusions show how we see]''.  Video on '''[http://ted.com TED]'''.com
-**  Edward H. Adelson: ''[http://persci.mit.edu/pub_pdfs/gazzan.pdf Lightness Perception and Lightness Illusions]'' '''[http://web.mit.edu/persci/gaz/# + demonstrations]''' (mit.edu)
-** [http://www.webexhibits.org/causesofcolor/index.html Why are things colored?] (webexhibit.com)
-** Akustické princípy: [[SS CIM - Obrazová príloha#Akustické systémy|obrázky]]
-* '''6:''' 27. 3. 2015  Pozvaná prednáška - ''Peter Lichard'': Detektory žiarenia a merania v CERNe
-<!--
-** Čo je to CERN
-*** LHC: the [http://musiclub.web.cern.ch/MusiClub/bands/cernettes/firstband.html VERY FIRST photo] of a band ever published on the web. [http://www.youtube.com/watch?v=A1L2xODZSI4  Collider video]
-*** [http://youtu.be/j50ZssEojtM Large Hadron Rap]
-** Ako sa robí HEP experiment (trocha fyziky)
-** Straw detektor, tvorba a spracovanie signálu
-*** [http://indico.cern.ch/getFile.py/access?resId=2&materialId=slides&confId=121649 Straw detectors]
-*** [https://indico.cern.ch/getFile.py/access?resId=3&materialId=slides&confId=121649 ..and electronics]
-** Príklady použitia
-<HR>
-* 6:  '''Snímanie v priestore.''' '''Proximitné snímače.'''
-* 7:  '''Snímanie polohy.'''
-* 8:  '''Snímače mechanických veličín.'''
-* 10:  '''Snímače mechanických veličín - dokončenie''' (snímače zrýchlenia, MEMS technológia)
-* 11: '''Analýza prostredia''' a Spracovanie signálov
-** [http://senzory.aspone.cz/pir.htm PIR snímač pohybu I.] [http://www.ladyada.net/learn/sensors/pir.html PIR snímač pohybu II.]
-** [http://youtu.be/oFUUQcpGR3k Detektor dymu] (youtube.com)
-* 12: Operačné zosilňovače a napájacie zdroje
-** [http://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier Operational amplifier] (wikipedia.org)
-** Walt Jung: ''[http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/39-05/op_amp_applications_handbook.html Op Amp Applications Handbook.]'' Analog Devices, Inc.
-=== Archív prednášok z roku 2012 ===
-# [[Médiá:Magnet1.pdf|Magnetické princípy]]
-# [[Médiá:Opticsyst1.pdf|Optické princípy]]
-# [[Médiá:Ultrazvuk1.pdf|Akustické systémy]]
-# [[Médiá:Priestor1.pdf|Snímanie v priestore]]
-# [[Médiá:Polohar1.pdf|Snímanie polohy]]
-# [[Médiá:Proximit1.pdf|Proximitné snímače]]
-# [[Médiá:Mechanické.pdf|Snímanie mechanických veličín]]
-# [[Médiá:Analyz1.pdf|Analýza prostredia 1]]
-# [[Médiá:Analyz2.pdf|Analýza prostredia 2]]
-# [[Médiá:Operač1.pdf|Operačné zosilňovače: vlastnosti]]
-# [[Médiá:Operač2.pdf|Operačné zosilňovače: aplikácie]]
-# [[Médiá:Zdroje.pdf|Napájacie zdroje]]
-* 24. 2. Výpočty magnetických obvodov II. Výpočty optických obvodov.
-* 03. 3.
-* 10. 3. Výpočty kapacitných obvodov.
-<HR>
-*  Riadkový CCS snímač [[TSL1401 Line Sensor]]
-*  Senzory farby: [[Acrob041|TCS230]] a [[Acrob042|ColorPAL]] + [[Acrob043|rozpoznávanie farieb]]
-*  '''Cyklus 1''': Optické snímače, Kapacitný snímač otáčok, Iskrové snímače vzdialenosti
-*  Cyklus 1
-* Cyklus 1
-* Cyklus 1
-* '''Cyklus 2''': Snímače polohy
-* Cyklus 2
 Archív návodov na cvičenia
@@ Riadok 217: / Riadok 114: @@
-=== Prednášky LS 2015 ===
+'''Prednášky LS 2015''' - archív: [http://ap.urpi.fei.stuba.sk/sscim/prednasky Slajdy z prednášok]
-Archív: [http://ap.urpi.fei.stuba.sk/sscim/prednasky Slajdy z prednášok]
 == Cvičenia ==
@@ Riadok 245: / Riadok 142: @@
 * Skúška (písomná)    60 b.
-<!--
-[[Súbor:SS_CIM_Hodnotenie2015.png]]
-Hodnotenie cvičení:
-[[Súbor:SS_CIM_Hodnotenie2014_C.png]]
--->
 == Literatúra ==
@@ Riadok 302: / Riadok 190: @@
 # Rags Gardner: ''[http://www.rags-int-inc.com/PhotoTechStuff/CameraEye/  Eye to Eye: Cameras and Vision]''
 # CCD versus CMOS - ktorý je lepší?
+# Bradley S. Carlson: ''[http://senzor.robotika.sk/mems/carlson2002.pdf Comparison of modern CCD and CMOS image sensor technologies and systems for low resolution imaging]''. Sensors, 2002. Proceedings of IEEE. Vol. 1. IEEE, 2002.
 # K. Hema: ''[http://www.ijsr.net/archive/v2i5/IJSRON2013901.pdf Mems Pressure Sensor in Automotive Industry]''
 # Time of Flight kamery (Kinect)
-=== 2015 ===
+=== Archív zadaní z predošlých rokov  ===
 # Zmyslové orgány: hmat
 # Zmyslové orgány: čuch a chuť
@@ Riadok 311: / Riadok 200: @@
 # Biele LED - technológie, parametre, princípy
 # Povrchová akustická vlna -- princíp, využitie, komerčné aplikácie. Vybrať nejaký senzor.
-# Snímače čiarového kódu -- princíp metódy, význam jednotlivých pozícií. Zariadenia a metódy zápisu čiarového kódu. Zariadenia na čítanie kódu, fyzikálny princíp, prehľad možností pre stacionárne a „príručné“ čítačky.
-# Snímanie polohy (dĺžok) väčších rozsahov, rádove [m]. Využitie princípov optických (laserových), indukčných, ultrazvukových, magnetických. Obmedzenia, poruchové vplyvy, presnosť, spoľahlivosť.
 # Snímanie priestoru IR žiarením. Zdroje, snímače, typy zariadení. Aktívne a pasívne systémy. Registrujúce (poplašné) zariadenia. Snímanie objektov, pohybu objektov.
 # Snímanie priestoru IR žiarením 2. Infračervené kamery. Konštrukcie, typy citlivých elementov, pracovné vlnové dĺžky, optika. Teplotný profil, termovízia. Priradenie pseudofarieb.
@@ Riadok 336: / Riadok 223: @@
-<!--
-== Dištančné štúdium ==
-Študenti v dištančej forme štúdia sa zúčastnia skúšky v rovnakom termíne a bude rovnako hodnotená ako u študentov denného štúdia.
-=== Domáce úlohy do 27. 3. 2015 (8 bodov) ===
-# Rozbor jedného senzorového systému podľa vlastného výberu (1-2 x A4, meraná veličina, vstupný a výstupný rozsah, technické a metrologické parametre, prevodová charakteristika, dynamické vlastnosti, prechodová alebo frekvenčná charakteristika, spracovanie signálu, poruchové veličiny, fotografia snímača).
-# Vypočítať príklady
-## [[Médiá:Fotovyp.pdf|Výpočty fotoelektrických obvodov]]
-## [http://ap.urpi.fei.stuba.sk/sscim/cvicenia/ultrazvuk.pdf Výpočet chyby ultrazvukového snímača vzdialenosti]
-## [http://ap.urpi.fei.stuba.sk/sscim/cvicenia/kapacity.pdf Analýza kapacitného snímača hladiny] Rozmery, ktoré v zadaní chýbajú: H = 320 mm, r1 = 0,80 mm, r2 = 0,82 mm, r3 = 8,00 mm, Cp = 40 pF.
-Odovzdať prosím vytlačené na stretnutí 27. 3. zároveň odovzdať elektronickú verziu mailom na balogh zavinac elf.stuba.sk
-=== Domáce úlohy do 24. 4. (6 bodov) ===
-# Navrhnite spôsob merania hrúbky valcovaného plechu. Použite triangulačný snímač vzdialenosti. Zamyslite sa nad možnosťou kompenzácie zmenou rozmerov v závislosti od teploty, vyriešte spôsob kalibrácie. Pri návrhu musíte brať do úvahy skutočnosť, že valcovaný plech sa nepohybuje v jednej rovine, ale pri prechode valcami kmitá a vibruje.
-# Navrhnite (alebo nájdite v literatúre) obvod pre štvornásobenie výstupného signálu z inkrementálneho snímača otáčok a obvod pre detekciu smeru otáčania. Vysvetlite funkciu obvodu.
-# Vypočítať príklady
-## [http://ap.urpi.fei.stuba.sk/sscim/cvicenia/potenciometer.pdf Výpočety potenciometrického snímača polohy] (11.4. nová verzia)
-Odovzdať prosím vytlačené na prednáške 2. 5. zároveň odovzdať elektronickú verziu mailom.
-=== Domáce úlohy do 15. 5. (6 bodov) ===
-# Navrhnite vhodný obvod s operačnými zosilňovačmi pre pripojenie mostíkového snímača k mikropočítaču s AD prevodníkom.
-Obvod by mal zabezpečiť, aby výstup z odporového mostíka bol pripojiteľný k internému A-D prevodníku mikropočítača
-s referenčným napätím 2,5 V (t.j. rozsah 0-2,5 V). Mostík má byť napájaný zo zdroja referenčného napätia. Odporový mostík
-môže byť napr.
-Smartec SPD005G, Smartec SPD015G, Smartec SPD030G, Smartec SPD100G, Freescale MPX1000, Freescale MPX2000,
-Futek FBB300, SMDsensors S220, Vishay S5027 a pod. Môžete si vybrať aj vlastný snímač.
-Návrh musí obsahovať výpočty pre všetky použité súčiastky, návrh napájacej časti, návrh zosilňovača
-a návrh anti-alias filtra pred A-D prevodníkom. Naviac môžete doplniť ochranné obvody.
-<!--
-Odovzdať prosím vytlačené najneskôr na skúške 29. 5. a zároveň odovzdať elektronickú verziu mailom na balogh zavinac elf.stuba.sk
--->
 == ToDo List ==