MEMS inteligentné senzory a aktuátory

Novinky

Oznam:

• Prednáška 27. 2. bude špeciálna: Gabriel Vanko (EÚ SAV) - MEMS technológie

Odkaz na AIS:

• 38173_3B - MEMSISA: MEMS - inteligentné senzory a aktuátory

Prednášky

Prednášky budú vždy v pondelok od 8:00 do 9:40 v miestnosti C-802.

Prednášajúci: Ing. Richard Balogh, PhD.

Prednášky LS 2017

Slajdy z prednášok

• 1: 13. 2. 2017 Úvod. Vlastnosti senzorov (charakteristiky).
• 2: 20. 2. 2017 Senzorický aparát človeka.
  • Referát 1: Jozef Bernát: ľudské oko versus kamery
  • Referát 2: David Abrhan: ľudské ucho versus mikrofóny
  • Program BBC Human Senses
  • Jessica Morrison: Human Nose Can Detect 1 Trillion Odors
  • Séria prednášok TEDx o zmysloch
• 3: 27. 2. 2017 Gabriel Vanko (EÚ SAV): MEMS technológie
  • Vanko, Gabriel, et al.: Bulk micromachining of SiC substrate for MEMS sensor applications.
  • Vanko, Gabriel, et al.: MEMS pressure sensor fabricated by advanced bulk micromachining techniques.
  • J. Zehetner, G. Vanko, P. Choleva, J. Dzuba, I. Ryger, T. Lalinsky: Using of laser ablation technique in the processing technology of GaN/SiC based MEMS for extreme conditions.
• 4: 6. 3. 2017 8:30 Exkurzia na EU SAV
  Uvidíte technologický postup pri výrobe MEMS senzorov.
  Stretneme sa o 8:30 pred vchodom do SAV na Dúbravskej ceste (mapa). Exkurzia potrvá cca do 11:00 a je povinná.

---

• 5:  13. 3. 2017 Optické princípy. Optická cesta.
  • Optoelektronika -- prednášky a cvičenia z predmetu OEaLT (stuba.sk)
  • Obrázky
  • Applet zobrazovanie šošovkou a zrkadlom
  • Applet na lom svetla hranolom

---

Prednášky LS 2016

Archív prednášok: (kliknutím rozbaliť / zbaliť)

• 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
  • Vanko, Gabriel, et al.: Bulk micromachining of SiC substrate for MEMS sensor applications.
  • Vanko, Gabriel, et al.: MEMS pressure sensor fabricated by advanced bulk micromachining techniques.
  • J. Zehetner, G. Vanko, P. Choleva, J. Dzuba, I. Ryger, T. Lalinsky: Using of laser ablation technique in the processing technology of GaN/SiC based MEMS for extreme conditions.
• 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.
  
  • Namerané data - tieto dáta treba spracovať a nakresliť nameraný profil. Obrázok odovzdáte na najbližšom cvičení.

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

Prednášky LS 2015 - archív: Slajdy z prednášok

Cvičenia

Cvičenia sú v pondelok od 10:00 a 12:00 hod v T-004.

Cvičiaci: Ing. Richard Balogh, PhD.

• 13. 2. Cvičenie 1: Úvod (BOZP) a vyhodnotenie merania podľa normy.
• 20. 2. Cvičenie 2: Linearizácia odporového snímača polohy.
• 27. 2. Cvičenie 3: Lokálne zobrazenie meranej veličiny (LED a LCD).
•   6. 3. Cvičenie 4: Exkurzia na EU SAV
• 13. 3. Cvičenie 5: Riadkový CCS snímač TSL1401 Line Sensor.

Archív cvičení: (kliknutím rozbaliť / zbaliť)

• 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.
• 21. 3. Cvičenie 5: Riadkový CCS snímač TSL1401 Line Sensor.
•  4. 4. Cvičenie 6: Zbernica i2c.
• 11. 4. Cvičenie 7: Rozdelenie snímačov na semestrálny projekt.
• 18. 4. Cvičenie 8: Samostatná práca na projekte
• 25. 4. Cvičenie 9: samostatná práca na projekte
•  2. 5. Cvičenie 10: exkurzia SAV
•  9. 5. Cvičenie 11: samostatná práca na projekte
• 16. 5. Cvičenie 12: prezentácia výsledkov a obhajoba projektu.

ToDo: Ardugraph alebo IoT

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

Semestrálne zadanie

Praktický projekt

V rámci cvičení budete pracovať individuálne s vybranými senzormi, ktoré pripojíte k mikropočítaču, navrhnete ukážkový program a všetko zdokumentujete. Podrobnejšie viď MEMS projekty.

Prezentácie 2017

Druhé zadanie je prezentačné: 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.

Vítané sú aj vlastné námety súvisiace s témou. Hodnotí sa zvlášť prezentácia (vystupovanie, koncepcia, slajdy, ukážky - 5 b) a zvlášť písomné spracovanie (úplnosť informácie, použité zdroje a ich citovanie, úprava -- 5 b).

Zadania pre LS 2017

• 20. 2. 2017 Jozef Bernát: ľudské oko versus kamery
• 20. 2. 2017 David Abrhan: ľudské ucho versus mikrofóny

Voľné témy:

• Lukáš Beňo Biometrické snímače - prehľad
  • Jain, Anil K., Arun Ross, and Salil Prabhakar. An introduction to biometric recognition. IEEE Transactions on circuits and systems for video technology 14.1 (2004): 4-20.
  • Uludag, Umut, et al. Biometric cryptosystems: issues and challenges. Proceedings of the IEEE 92.6 (2004): 948-960.

• Márton Csiba Biometrické snímače - odtlačky prstov
  • Van der Putte, Ton, and Jeroen Keuning: Biometrical fingerprint recognition: don’t get your fingers burned. Smart Card Research and Advanced Applications. Springer US, 2000. 289-303.
  • Uludag, Umut, and Anil K. Jain. Attacks on biometric systems: a case study in fingerprints. Proceedings of SPIE. Vol. 5306. 2004.

• Umelá koža - artificial skin
  • Ravinder S. Dahiya, Giorgio Metta, Maurizio Valle and Giulio Sandini: Tactile Sensing—From Humans to Humanoids. IEEE Transactions on Robotics, vol. 26, no. 1, 2010.
  • Maiolino, P.; Maggiali, M.; Cannata, G.; Metta, G. & Natale, L. (2013): A flexible and robust large scale capacitive tactile system for robots, Sensors Journal, IEEE 13(10), 3910--3917.
  • Matěj Hoffmann: Jak si humanoidní robot iCub s umělou kůží osahává svět: od inspirace v biologii k adaptivním a bezpečným strojům. (video z prednášky)

• [] Magneticko-induktívne senzory
  • Steve Taranovich: What are magneto-inductive MEMS? EDN Magazine, January 29, 2017.
  • Andrew Leuzinger and Andrew Taylor: Magneto-Inductive Technology Overview, PNI Corp., February 2010.
  • Slawomir Tumanski: Induction coil sensors – a review. Measurement Science and Technology, 18 (2007).

• [???]
  Time of Flight kamery (Kinect)
  • Miles Hansard, Seungkyu Lee, Ouk Choi, Radu Horaud: Time of Flight Cameras: Principles, Methods, and Applications]. Springer, pp.95, 2012, SpringerBriefs in Computer Science, ISBN 978-1-4471-4658-2.
  • Prezentacia: http://perception.inrialpes.fr/~Horaud/Courses/pdf/Horaud_3DS_3.pdf
  • Damien Lefloch, Rahul Nair, Frank Lenzen, Henrik Schafer, Lee Streeter, Michael J. Cree, Reinhard Koch and Andreas Kolb: Technical Foundation and Calibration Methods for Time-of-Flight Cameras.
  • Larry Li: Time-of-Flight Camera – An Introduction. Texas Instruments.
  • Prezentacia: https://pdfs.semanticscholar.org/c733/b6989e7670fd84ca903eb5239aac0351bfc3.pdf

• [???]
  Biometrické snímače - snímač tepovej frekvencie
  • Toshiyo Tamura, Yuka Maeda, Masaki Sekine and Masaki Yoshida: Photoplethysmographic Sensors—Past and Present. Electronics 2014, 3(2), 282-302;

Prezentácie 2016

Archív zadaní z predošlých rokov: (kliknutím rozbaliť / zbaliť)

LS 2016

• 18. 4. 2016 [Romana Čápková]
  Rags Gardner: Eye to Eye: Cameras and Vision
• 18. 4. 2016 [Eva Bartalová]
  K. Hema: Mems Pressure Sensor in Automotive Industry
• 25. 4. 2016 [Michal Stromko]
  Jun Ohta, Takashi Tokuda, Kiyotaka Sasagawa and Toshihiko Noda: Implantable CMOS Biomedical Devices. Sensors 2009, 9, 9073-9093; doi:10.3390/s91109073.
• 25. 4. 2016 [Marek Petráš]
  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
• [Tomáš Kováč]
  Steigerwald, Daniel A., et al. Illumination With Solid State Lighting Technology (Biele LED)
• 2. 5. [Vladimír Šimčák]
  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.
• 2. 5. [Tomáš Timoranský]
  Nava Whiteford: Esoteric Actuators
• 2. 5. Valášek: Termokamery
• [Ivan Beliansky]
  MEMS aktuátory: Switchable windows with MEMS shutters

1. 1. http://www.google.com/patents/US8724202
   2. https://www.youtube.com/watch?v=RqwL2egaqYY

• [Matúš Rus]
  Image stabilization:
  • Innovations Embedded: Optical Image Stabilization (OIS) White paper, ROHM Semiconductor.
  • Fabrizio La Rosa, Maria Celvisia Virzì, Filippo Bonaccorso, Marco Branciforte: Optical Image Stabilization (OIS). STMicroelectronics.
• [Matej Cehula] Gyroskopy:
  • Saukoski, Mikko: System and circuit design for a capacitive MEMS gyroscope. PhD Thesis, 2008, p. 9-48
  • Oliver J. Woodman: An introduction to inertial navigation. Technical Report Number 696, University of Cambridge, UK, 2007

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. Snímanie priestoru IR žiarením. Zdroje, snímače, typy zariadení. Aktívne a pasívne systémy. Registrujúce (poplašné) zariadenia. Snímanie objektov, pohybu objektov.
7. Snímanie priestoru IR žiarením 2. Infračervené kamery. Konštrukcie, typy citlivých elementov, pracovné vlnové dĺžky, optika. Teplotný profil, termovízia. Priradenie pseudofarieb.
8. 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.
9. Snímače farby. Princíp činnosti, poruchové veličiny, využitie.
10. CCD senzory. Najnovšie technológie -- parametre, dosiahnuté výsledky (počet pixlov, citlivosť,...)
11. CMOS senzory. Najnovšie technológie -- parametre, dosiahnuté výsledky (počet pixlov, citlivosť,...)
12. Infrasenzory. Princíp, využitie - termokamery. Najnovšie technológie -- parametre, dosiahnuté výsledky (počet pixlov, citlivosť,...)
13. Stabilizácia obrazu.
14. Technológia sheet-of-light
15. PIR senzory
16. Gyroskopické senzory
17. MEMS Senzory iné ako akcelerometre
18. Lambda sonda
19. Elektronická ochrana tovarov
20. Kinect
21. ...

Hodnotenie

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

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!

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

• http://www.edn.com/design/sensors

Návrat na zoznam cvičení...