ASE-2130 Anturifysiikka ja signaalit, 5 op
Sensor Physics and Signals
Vastuuhenkilö
Jukka Lekkala
Opetus
Toteutuskerta 1: ASE-2130 2015-01
| Opetusmuoto | P1 | P2 | P3 | P4 | Kesä |
|
|
|
|
|
|
|
Suoritusvaatimukset
Hyväksytyt laskuharjoitukset, laboratoriotyöt ja tentti.
Osasuoritusten pitää liittyä samaan toteutuskertaan
Osaamistavoitteet
Opintojakson suoritettuaan opiskelija osaa nimetä tärkeimmät antureissa käytettävät materiaalit ja määritellä niiden kautta antureiden fysikaaliset toimintaperiaatteet. Hän tuntee joitakin anturien valmistusmenetelmiä ja -prosesseja. Hän osaa luokitella anturit ja esittää ne johdonmukaisella tavalla energiamuuntimina. Opiskelija kykenee antamaan esimerkkejä erilaisista anturirakenteista ja ymmärtämään ja analysoimaan niiden kanssa käytettyjä mittauskytkentöjä ja -vahvistimia. Opiskelija ymmärtää, miten häiriöt ja kohina kytkeytyvät mittaukseen. Opiskelija osaa mallintaa ja simuloida yksinkertaisten antureiden toimintaa. Hän ymmärtää mallinnuksen rajoitteet. Opiskelija osaa käyttää mittauskortteja anturidatan keruussa. Hän hallitsee antureihin ja niiden signaaleihin liittyvät tärkeimmät termit. Opiskelija osaa soveltaa antureita erilaisiin mittauksiin sekä pystyy arvioimaan mittaustuloksen luotettavuutta.
Sisältö
| Sisältö | Ydinsisältö | Täydentävä tietämys | Erityistietämys |
| 1. | 1. Antureiden perusteet: anturien fysikaaliset perusteet (energiamuunnin, generaattori- ja modulaattorityypit) ja signaalien syntymekanismit, yleisimmät anturimateriaalit (puolijohteet ja erityisesti pii, pietsosähköiset, optiset, magneettiset,...), tunnistinosan ja lukuelektroniikan liittäminen | kohina ja sen syntymekanismit | anturimateriaalien työstötekniikat |
| 2. | 2. Anturin ja mittauspiirin mallinnus: anturisignaalin muodostuminen, perusmallit (anturi + vahvistin), erilliskomponenttimallit, 2-porttimallit, kohinan vaikutus | PSpice-mallinnus Simulink-mallit | FEM (Finite Element Method)-mallinnus |
| 3. | 3. Perusanturit: Esimerkkejä seuraavista: Mitattava suure - siirtymä, kiihtyvyys, kulmanopeus - voima/momentti, paine, lämpötila - pinnankorkeus, tiheys, virtaus, viskositeetti - kemialliset suureet (pH, pO2, CO2, ionit) Anturityyppi - (mikro)mekaaniset anturit - ultraäänianturit - optiset anturit - elektrodit | anturien kapselointi, integroidut rakenteet, kuvakennot | MEMS (MicroElectroMechanical Systems) -anturit |
| 4. | 4. Anturidatan keruu: Anturisignaalin mittaus, A/D-muuntimet ja mittauskortit, kohinan ja häiriöiden kytkeytyminen, anturisignaalit (S/N-suhde, erottelukynnys, herkkyys, resoluutio), mittauskaistan ja suodatuksen vaikutus, integroidut anturit, matriisianturien datankeruu, mittauksen luotettavuus | vaihelukittu mittaus, matriisianturit | SigmaDelta-muunnin |
| 5. | 5. Langattomat anturit: langattomat linkit, energiaratkaisut | anturiverkot |
Ohjeita opiskelijalle osaamisen tasojen saavuttamiseksi
Kurssin arvosana määräytyy tentin perusteella. Hallittuaan ydinaineksen hyvin on opiskelijalla mahdollisuus läpäistä kurssi arvosanalla 3. Arvosanan 4 saavuttaakseen opiskelijan on osattava myös täydentävän tietämyksen sarakkeen asioita. Arvosanaan 5 on mahdollisuus, jos täydentävän tietämyksen sarake osataan hyvin tai osataan sen lisäksi myös erityistietämyksen asioita. Jos ydinaineksessa on vähäisiä puutteita, on opiskelijalla mahdollisuus arvosanaan 1 tai 2 riippuen puutteiden määrästä. Tässäkin tapauksessa anturien ja anturidatan keruun periaatteet on kuitenkin hallittava. Harjoituksissa osoitettu aktiivisuus antaa mahdollisuuden lisäpisteisiin tenttiarvostelussa tai arvosanan korotukseen. Jos ydinaineksen hallinnassa on huomattavia puutteita, ei opiskelija läpäise kurssia.
Arvosteluasteikko:
Opintojaksolla käytetään numeerista arviointiasteikkoa (1-5)
Osasuoritukset:
Esitietovaatimukset
| Opintojakso | P/S | Selite |
| ASE-1120 Mittaus | Suositeltava |
Vastaavuudet
| Opintojakso | Vastaa opintojaksoa | Selite |
| ASE-2130 Anturifysiikka ja signaalit, 5 op | ASE-2130 Anturifysiikka ja signaalit, 5 op | |
| ASE-2130 Anturifysiikka ja signaalit, 5 op | MIT-4010 Anturifysiikka, 7 op |