Senzory a zpracování signálů

Garant předmětu:

Miroslav Husák

Přednášející:

Miroslav Husák

Cvičící:

Miroslav Husák

Předmět zajišťuje:

katedra mikroelektroniky

Anotace:

Předmět seznamuje se základními fyzikálními principy činnosti senzorů, mikrosenzorů a vybraných typů akčních členů, seznamuje se signálovými doménami okolního prostředí, statickými a dynamickými parametry, metodami zlepšování parametrů a snižování chyb, zpracováním senzorových signálů. Jsou zde představeny i řešení mikro a nano prvků založených na základních fyzikálních a biochemických jevech s využitím aktuálních poznatků o materiálech, technologiích i inteligentních řešeních. Fyzikální základy elektronických prvků a principů činnosti jsou demonstrovány aplikacemi využití v senzorech teploty, tlaku, mechanického namáhání, průtoku, hladiny, magnetických veličin, chemické analýzy a dalších. Principy senzorů jsou určeny pro široké aplikace, od mobilních telefonů, přes IoT, biochemické analyzátory včetně aplikací v mikro/nanomanipulaci, mikro/nanorobotech.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1. Proč senzory - energetické domény, senzor, mikrosenzor, mikroaktuátor, mikrosystém, integrace, miniaturizace, základní fyzikální jevy využívané pro činnost senzorů a aktuátorů.

2. Parametry senzorů a mikrosenzorů, metody zlepšování parametrů

3. Senzorové sítě a Internet věcí (IoT)

4. Kapacita - Kapacitní mikrosenzory, tlakové mikrosenzory

5. Piezoodporový jev - princip činnosti, senzory mechanických změn (tenzometry), tlakové senzory

6. Piezoelektrický jev - princip činnosti, senzory mechanických změn, ultrazvukové, SAW, senzory a aktuátory, tlakové senzory

7. Akcelerometry fyzikální principy činnosti, konstrukce, aplikace

8. Indukčnost Senzory Induktanční, indukčnostní, magnetoelastické

9. Senzory magnetických veličin - Hallův jev, magnetorezistivní jev, magnetodioda, magnetotranzistor, SQUID

10. Senzory teplotních veličin - odpor polovodiče a kovu, termoelektrický jev, pn přechod, integrované senzory s bipolární a unipolární strukturou, senzory pro nízké teploty

11. Senzory průtoku

12. Senzory hladiny

13. Senzory chemických a biochemických veličin (Základní principy pro činnost biochemických senzorů a systémů, lab-on-chip, umělý nos apod.)

Osnova cvičení:

Cvičení se tematicky shodují s obsahem přednášek.

1. Úvodní cvičení - bezpečnost, organizace cvičení

2. Měření úlohy č. 1: Měření spekter

3. Měření úlohy č. 2: Senzory magnetického pole

4. Měření úlohy č. 3: Piezorezistivní (piezoodporové) senzory síly

5. Měření úlohy č. 4: Detektory kovů

6. Měření úlohy č. 5: MEMS akcelerometry

7. Měření úlohy č. 6: Optický senzor, optická závora, optický kodér ¨

8. Měření úlohy č. 7: Senzory teploty

9. Měření úlohy č. 8: Indukční senzory

10. Měření úlohy č. 9: Peltiérův článek a termočlánek

11. Měření úlohy č. 10: Kapacitní senzory vzdálenosti

12. Náhradní měření, zápočtový test

Cíle studia:

Poznatky o principech činnosti součástek a systémů pro neelektrické veličiny (senzory, aktuátory), zpracování signálů a aplikace využitelné v elektronice, kybernetice a robotice.

Studijní materiály:

Povinná:

1. Fraden Jacob, Handbook of Modern Sensors, Springer 2016, ISBN 978-3-319-19302-1

2. Ekbert Hering, Gert Schönfelder, Sensor Systems, Springer 2022, ISBN 978-3-658-34919-6

3.Hospodka J.: Elektronické obvody, interaktivní výukový materiál, https://hippo.feld.cvut.cz/vyuka/soubory/ElektronickeObvody.pdf

4. kopie přednášek (v pdf) + doplňkové informace, elektronické záznamy přednášek

5. Pro předmět je zpracována studijní opora.

Doporučená:

1.Husák,M.: Mikrosenzory a mikroaktuátory. Academia 2008 (in Czech)

2.Jacob Fraden, Handbook of Modern Sensors (Physics, Designs, and Applications), Springer 2016

32.Sha Xia, Stoyan Nihtianov , Smart Sensors and Mems (Intelligent Devices and Microsystems for Industrial Applications), Woodhead publishing 2018

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Učitelství elektrotechnických a kybernetických předmětů pro střední školy (UEK) (povinně volitelný předmět)