Prog. CORSI_Elettr_Sensori

 FACOLTÀ DI INGEGNERIA Tipo di attività formativa: Base
Caratt.
Affini X Altre
SSD dell’ins. : ING-­‐INF/01 Classe delle lauree in: Ingegneria dell'informazione
(LM29) Ambito disciplinare: Ingegneria elettronica
Codice dell’insegnamento:
Corso di laurea Magistrale in: Ingegneria dell’Automazione Anno accademico: 2013- 2014 Titolo dell’insegnamento: Elettronica per Sensori e
Trasduttori Tipo di insegnamento: affine o integrativo
CFU dell’insegnamento: 6 Anno primo Semestre I SSD DEL DOCENTE DI Elettronica per Sensori e Trasduttori: INGINF/01 DOCENTI RESPONSABILI: Prof. Francesco Corsi MODALITÀ DI EROGAZIONE: Tradizionale LINGUA: Italiana ARTICOLAZIONE IN TIPOLOGIE DIDATTICHE: Lezioni teoriche per 4,5 CFU (36 ore), attività di laboratorio per 1 CFU (36 ore), per un totale di 72 ore CONOSCENZE PRELIMINARI: Elettronica di base, amplificatori operazionali, elementi di controlli automatici. OBIETTIVI FORMATIVI DELL’INSEGNAMENTO: Il modulo si propone di descrivere le proprietà di una varietà di sensori per misurare temperatura, posizione, deformazione, forza, intensità luminosa, radiazioni ionizzanti, etc. e mettere in grado gli allievi di definire la circuiteria elettronica più adatta per elaborare segnali caratterizzati da basso livello, presenza di rumore, interferenze esterne. PROGRAMMA DELL’INSEGNAMENTO: -­‐ Definizioni e caratteristiche generali dei sensori più comuni. -­‐ Sensori di temperatura e deformazione. Ponti di misura. Termocoppie. Effetto Seebeck. -­‐ Amplificatori alle differenze. Amplificatore differenziale da strumentazione. Circuiti a singola alimentazione. Stadi Rail-­‐to-­‐rail. Protezione dalle interferenze esterne. Amplificatori ad isolamento. -­‐ Sensori capacitivi ed induttivi, LVDT. Sensori ad effetto Hall. Sensori in fibra ottica. Sensori di grandezze chimiche (ISFET). -­‐ Convertitori A/D. -­‐ Fotodiodi e fotorivelatori, CSA e TA. -­‐ Reti wireless di sensori. -­‐ Sistemi per analisi spettroscopiche. -­‐ Sistemi per imaging medicale (PET, SPECT, Compton, etc.). Esercitazioni di laboratorio (24 ore) (nell’ipotesi che il numero degli studenti frequentanti non superi le 50 unità): -­‐ valutazione della sensibilità e linearità di un ponte di misura; -­‐ linearizzazione di un ponte, uso dei riferimenti di tensione; -­‐ uso dell’amplificatore alle differenze, dinamica di modo comune; -­‐ uso dell’amplificatore differenziale da strumentazione, dinamica di modo comune; -­‐ utilizzo di circuiti ad alimentazione singola; -­‐ scelta ed utilizzo di un convertitore A/D; -­‐ centralina di rilevamento di inquinanti ambientali; -­‐ sistema fotoemettitore-­‐fotorivelatore, amplificatore in transimpedeza (TA); METODI DI INSEGNAMENTO: Lezioni ed esercitazioni in aula, lavoro di gruppo in laboratorio, tutoraggio in forma di assistenza individuale. CONOSCENZE E ABILITÀ’ ATTESE: Capacità di selezionare i sensori più adatti a rilevare determinate grandezze fisiche. Capacità di definire correttamente la circuiteria di condizionamento del segnale. Scelta del convertitore A/D più opportuno. Interfacciamento dei vari componenti del sistema di acquisizione. Conoscenza dei principali sistemi di rilievo di parametri ambientali e biologici. SUPPORTI ALLA DIDATTICA: 20 PC, software di simulazione PSPICE, 1 videoproiettore, 12 banchi per esercitazioni di laboratorio , dispense sui principali argomenti trattati nel corso. PROPEDEUTICITÀ: CONTROLLO DELL’APPRENDIMENTO E MODALITÀ D’ESAME: Esame orale. TESTI DI RIFERIMENTO PRINCIPALI: C. Kitchin, L. Counts: “A Designer’s Guide to Instrumentation Amplifiers”. Analog Devices. 2004 (www.analog-devices.com).
W. Kester: “Practical Design Techniques for Sensor Signal Conditioning”. Analog Devices. 1999.
S. Franco “Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits”. Mac Graw Hill. 2002. ULTERIORI TESTI SUGGERITI: Signal Conditioning Seminar Texas Instrument 2001 (www.ti.com) D.H Sheingold: “Transducer Interfacing Handbook” Analog Devices, 1981. 1
Main field(s) of study for the qualification: Information Engineering Type of formative activity: Discipline: Characteristic subject Electronic Engineering
Title of subject: Code: Electronics for Sensor and ???
Transducers Second degree course: Control engineering Scientific Discipline Sector: Electronics Academic year: 2013 -­‐ 2014 ECTS Credits:
6
Type of subject: related and integrative subject
Year: 1st year !st LECTURER: Prof. Francesco Corsi THEORY, NUMERICAL APPLICATIONS, LABORATORY ACTIVITY, SEMINARS, …: Total number of hours: 72: Theory: 36 hours. Laboratory activity: 36 hours. PREREQUISITES: Basic electronics, operational amplifiers, fundamentals of control system theory. AIMS: To describe the properties of a variety of sensors to measure temperature, position, deformation, strength, light intensity, ionizing radiations, etc. To
define the most suitable front-end circuitry to process the signals produced by the various sensors, including low level signals affected by noise and by
external interferences.
PROGRAM: Resistive, capacitive and inductive sensors. Linear Variable Differential Transformer. Measurement bridges. Instrumentation amplifier. EMI. Noise calculations. Isolation amplifiers. Rail-­‐to-­‐rail stages. Hall effect sensors. ISFET. Photodiodes and photodetectors. Wireless sensor networks. Spectroscopy systems. A/D converters. Medical imaging systems (PET, SPECT, Compton, etc.) TEACHING METHODS: Lectures, laboratory team-­‐works, personalized feedback and coaching to improve every aspect of the student's work. EXPECTED KNOWLEDGES AND SKILLS: At the end of the course a successful student should have developed a good ability to select the most appropriate sensors to detect the various physic quantities. To correctly define the signal conditioning circuitry, the A/D converter and the interfaces between the various components of the acquisition system. TEACHING AIDS: 20 PC, CAD software PSPICE, 1 projector, 12 lab. test benches, scripts referring to principal topics. EXAMINATION METHOD: Oral examination, homework. BIBLIOGRAPHY: C. Kitchin, L. Counts: “A Designer’s Guide to Instrumentation Amplifiers”. Analog Devices. 2004 (www.analog-devices.com).
W. Kester: “Practical Design Techniques for Sensor Signal Conditioning”. Analog Devices. 1999.
S. Franco “Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits”. Mac Graw Hill. 2002. FURTHER BIBLIOGRAPHY: Signal Conditioning Seminar Texas Instrument 2001 (www.ti.com) D.H Sheingold: “Transducer Interfacing Handbook” Analog Devices, 1981. 2