Senzorové systémy CIM

Odkaz na AIS:

• 38173_3B - Senzorové systémy CIM

Prednášky

Prednášky budú vždy v piatok od 8:00 do 10:45 (s prestávkou) v miestnosti D-519.

Prednášajúci: Ing. Richard Balogh, PhD.

Prednášky LS 2015

Slajdy z prednášok

• 1: 20. 2. 2015 Úvod (definície pojmov, senzorický aparát človeka)
  • Program BBC Human Senses
  • Jessica Morrison: Human Nose Can Detect 1 Trillion Odors
  • 2015: Séria prednášok TEDx o zmysloch
• 2: 27. 2. 2015 Vlastnosti senzorov (charakteristiky).

---

• 3: Magnetické princípy. Výpočty magnetických obvodov.
  • Domáca úloha: Hall effect, Seebeck effect, Peltier effect
  • Video - prof. Walter Lewin: MIT Course 8.02 Electricity and Magnetism Hľadajte Lecture 21: Magnetic Materials.
  • 2015: Video removed, use following link.
  • Obrázky
• 4: Optické princípy. Optická cesta. CCD a CMOS snímače.
  • Optoelektronika -- prednášky a cvičenia z predmetu OEaLT (stuba.sk)
  • Obrázky
  • Applet zobrazovanie šošovkou a zrkadlom
  • Applet na lom svetla hranolom
• 5: Farba. Akustické princípy.
  • Beau Lotto: Optical illusions show how we see. Video on TED.com
  • Edward H. Adelson: Lightness Perception and Lightness Illusions + demonstrations (mit.edu)
  • Why are things colored? (webexhibit.com)
  • Akustické princípy: obrázky
• 6: Snímanie v priestore. Proximitné snímače.
• 7: Snímanie polohy.
• 8: Snímače mechanických veličín.
• 9: Pozvaná prednáška - Peter Lichard: Merania v CERNe
  • Čo je to CERN
    • LHC: the VERY FIRST photo of a band ever published on the web. Collider video
    • Large Hadron Rap
  • Ako sa robí HEP experiment (trocha fyziky)
  • Straw detektor, tvorba a spracovanie signálu
    • Straw detectors
    • ..and electronics
  • Príklady použitia

• 10: Snímače mechanických veličín - dokončenie (snímače zrýchlenia, MEMS technológia)
• 11: Analýza prostredia a Spracovanie signálov
  • PIR snímač pohybu I. PIR snímač pohybu II.
  • Detektor dymu (youtube.com)
• 12: Operačné zosilňovače a napájacie zdroje
  • Operational amplifier (wikipedia.org)
  • Walt Jung: Op Amp Applications Handbook. Analog Devices, Inc.

Archív prednášok z roku 2012

1. Magnetické princípy
2. Optické princípy
3. Akustické systémy
4. Snímanie v priestore
5. Snímanie polohy
6. Proximitné snímače
7. Snímanie mechanických veličín
8. Analýza prostredia 1
9. Analýza prostredia 2
10. Operačné zosilňovače: vlastnosti
11. Operačné zosilňovače: aplikácie
12. Napájacie zdroje

Cvičenia

Cvičenia sú v utorok od 13:00 hod v D-519 (D-520).

Cvičiaci: Ing. Juraj Kostroš

• 17. 2. Bezpečnosť práce. Výpočty magnetických obvodov.
• 24. 2. Výpočty magnetických obvodov II. Výpočty optických obvodov.
• Výpočty kapacitných obvodov.
• Riadkový CCS snímač TSL1401 Line Sensor
• Senzory farby: TCS230 a ColorPAL + rozpoznávanie farieb
• Cyklus 1: Optické snímače, Kapacitný snímač otáčok, Iskrové snímače vzdialenosti
• Cyklus 1
• Cvičenie v ME-Inspection -- uvidíte priemyselné meracie systémy z portfólia firmy.
  Stretneme sa o 13:00 na Úderníckej 11 (Petržalka), cvičenie potrvá do 15:00 a je povinné. Odporúčaná doprava MHD: 12:31 zo zast. ZOO autobusom 192 na zast. Einsteinova, prejsť na opačnú stranu a odtiaľ 12:45 autobusom 80 na zast. Údernícka - kúpalisko. Môžete si vziať vlastný predmet hr. max. 50mm na zmeranie v profilometri. So sebou pero, zošit a USB kľúč na namerané data.
• Cyklus 1
• Cyklus 1
• Cyklus 2: Snímače polohy
• Cyklus 2

Archív návodov na cvičenia

• Bezpečnosť práce
• Výpočty magn. obvodov
• Výpočty fotoelektrických obvodov
• Výpočet kapacit snímača rez
• Snímanie otáčok - LAB
• Optické snímače - LAB
• Ultrazvuk, piezokeramika - LAB
• Ultrazvuk, elektr. iskra - LAB
• Transf. snímač polohy - LAB
• Kapacitný snímač polohy - LAB
• Proximitné snímače - LAB
• Operačné zosilňovače - LAB
  • LM324
  • MAA741
  • MAA748
  • MAA748 nový

• Témy semestr. zadaní
• Úprava referátov

Hodnotenie

• Za prácu na cvičeniach (aktivita, referáty) 20 b.
• Semestrálny projekt 25 b.
• Skúška (písomná) 55 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.

1. Zmyslové orgány: hmat
2. Zmyslové orgány: čuch a chuť
3. Supravodivosť a magnetizmus, vysokoteplotná sv.
4. Biele LED - technológie, parametre, princípy
5. Povrchová akustická vlna -- princíp, využitie, komerčné aplikácie. Vybrať nejaký senzor.
6. 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.
7. Snímanie polohy (dĺžok) väčších rozsahov, rádove [m]. Využitie princípov optických (laserových), indukčných, ultrazvukových, magnetických. Obmedzenia, poruchové vplyvy, presnosť, spoľahlivosť.
8. Snímanie priestoru IR žiarením. Zdroje, snímače, typy zariadení. Aktívne a pasívne systémy. Registrujúce (poplašné) zariadenia. Snímanie objektov, pohybu objektov.
9. Snímanie priestoru IR žiarením 2. Infračervené kamery. Konštrukcie, typy citlivých elementov, pracovné vlnové dĺžky, optika. Teplotný profil, termovízia. Priradenie pseudofarieb.
10. 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.
11. Snímače farby. Princíp činnosti, poruchové veličiny, využitie.
12. CCD senzory. Najnovšie technológie -- parametre, dosiahnuté výsledky (počet pixlov, citlivosť,...)
13. CMOS senzory. Najnovšie technológie -- parametre, dosiahnuté výsledky (počet pixlov, citlivosť,...)
14. Infrasenzory. Princíp, využitie - termokamery. Najnovšie technológie -- parametre, dosiahnuté výsledky (počet pixlov, citlivosť,...)
15. Stabilizácia obrazu.
16. Technológia sheet-of-light
17. PIR senzory
18. Gyroskopické senzory
19. MEMS Senzory iné ako akcelerometre
20. Lambda sonda
21. Elektronická ochrana tovarov
22. Kinect
23. ...

• 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).

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)

1. 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).
2. Vypočítať príklady
   1. Výpočty fotoelektrických obvodov
   2. Výpočet chyby ultrazvukového snímača vzdialenosti
   3. 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)

1. 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.
2. Navrhnite (alebo nájdite v literatúre) obvod pre štvornásobenie výstupného signálu z inkrementálneho snímača otáčok a obvod pre detekciu smeru otáčania. Vysvetlite funkciu obvodu.
3. Vypočítať príklady
   1. 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)

1. 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.

Hodnotenie

Hodnotenie predmetu pozostáva z troch častí. Okrem písomnej skúšky na záver semestra musíte vypracovať semestrálny projekt (výber témy vyššie) a pravidelne odovzdávať domáce úlohy.

• Semestrálny projekt 25 b. - min. 15 bodov
• Domáce úlohy 20 b. - min. 15 bodov
• Skúška (písomná) 55 b. - min. 28 bodov

Relax

Meranie teploty plameňa sviečky

Teplota plameňa udávaná v literatúre je 1200 - 1500 stupňov. Jednoduché meranie termočlánkom na prvý pohľad odporuje tomuto údaju. Je teda teplota 900 alebo 1500 stupňov?

Vysvetlenie (doc. Valko):

Oba údaje sú správne. Hodnoty okolo 1500 C sa odvodzujú od bezkontaktných spektrografických meraní teploty plameňa a teplota sa vypočíta zo spektra (farby).

Tepelná kapacita spalných plynov je v porovnaní s odvodom tepla meradlom veľmi malá, preto teplota citlivého prvku (spoja termočlánku) bude určite nižšia ako teplota okolia.