Guida degli insegnamenti
Syllabus
Partially translatedTradotto parzialmente
Susanna SPINSANTE
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea Magistrale - [IM11] INGEGNERIA ELETTRONICA (Curriculum: Elettronica per Applicazioni Nautiche) Master Degree (2 years) - [IM11] ELECTRONICS ENGINEERING (Curriculum: Elettronica per Applicazioni Nautiche)
Dipartimento: [040040] Dipartimento Ingegneria dell'InformazioneDepartment: [040040] Dipartimento Ingegneria dell'Informazione
Anno di corsoDegree programme year : 1 - Secondo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2020-2021
Anno regolamentoAnno regolamento: 2020-2021
Crediti: 9
Ore di lezioneTeaching hours: 72
TipologiaType: B - Caratterizzante
Settore disciplinareAcademic discipline: ING-INF/07 - MISURE ELETTRICHE ED ELETTRONICHE
ITALIANO
Italian
Fondamenti di scienza delle misure e misure elettroniche, strumentazione analogica e digitale, fondamenti di fisica, elettromagnetismo ed eletrotecnica.
Fundamentals of electronic measurements, instrumentation and electronics, basic knowledge of physics, circuit theory, and EM fields.
Lezioni di teoria: 64 ore
Laboratorio: 8 ore
Lectures on theoretical topics: 64 hours
Laboratory sessions: 8 hours
Il corso introduce l'allievo al funzionamento ed alla
caratterizzazione delle principali tipologie di sensori e
trasduttori (principi di funzionamento, modello fisico,
caratteristiche metrologiche, principali tecnologie
realizzative), fornendo conoscenze metodologiche
per un corretto interfacciamento fra questi dispositivi
e le apparecchiature di controllo ed elaborazione che
ne sfruttano i segnali. In tal modo l’allievo comprende
come progettare ed implementare semplici sistemi di
acquisizione ed elaborazione dei segnali forniti dai
trasduttori.
Capacità di applicare conoscenze e comprensione.
L’insegnamento fornisce la capacità di individuare i
sensori e i trasduttori adatti per le diverse grandezze
fisiche, di progettarne i rispettivi circuiti di
condizionamento del segnale e di interfaccia, e di
elaborare corrette metodologie di misura.
Competenze trasversali.
Durante l’erogazione del corso verrà evidenziata la
trasversalità delle conoscenze che gli allievi potranno
conseguire, determinata dai molteplici e differenziati
ambiti nei quali esse trovano applicazione nel
contesto dell’ingegneria dell’informazione. La
possibilità di eseguire delle attività pratiche di
applicazione delle conoscenze acquisite, che
andranno poi relazionate, permetterà all’allievo di
sviluppare le proprie capacità di comunicazione
tecnica affinchè essa risulti pertinente, puntuale ed
efficace.
Knowledge and Understanding.
The course introduces the student to the operation
and characterization of the main types of sensors
and transducers (operating principles, physical
model, metrological characteristics, main
construction technologies), providing methodological
knowledge for a correct interfacing between these
devices and the control and processing equipment
that exploit their signals. This way the student
understands how to design and implement simple
acquisition and processing systems for the signals
supplied by the transducers.
Capacity to apply Knowledge and Understanding.
The course provides the ability to identify the sensors
and transducers suitable for the different physical
quantities of interest, to design their respective signal
conditioning and interface circuits, and to design and
apply correct measurement methodologies.
Transversal Skills.
During the course, the transversality of the
knowledge that the students will be able to achieve
will be highlighted, determined by the multiple and
differentiated areas in which the course contents are
applied, in the context of information engineering.
The ability to perform practical activities to apply the
acquired knowledge, about which students will be
requested to report, will allow the students to develop
their technical communication skills so that it turns
out to be relevant, timely and effective.
Sensori
Definizioni. Il processo di misurazione. Applicazioni fondamentali dei sensori: misurazione e controllo di processo.
Caratterizzazione metrologica dei sensori
Modello di un sensore. Caratterizzazione di un sensore. Parametri per la caratterizzazione del comportamento statico e dinamico di un sensore. Condizioni operative.
Sensori passivi
Principio di funzionamento.
Sensori resistivi. Sensori capacitivi. Sensori induttivi. Sensori magnetici: l'effetto Hall. Magnetoresistori.
Sensori attivi
Principio di funzionamento.
Effetti Peltier, Thomson, Seebeck. Sensori piezoelettrici. Sensori piroelettrici.
Sensori ottici
Sensori ottici interferometrici e intensimetrici. Principio di funzionamento. Fotorivelatori. Sensori a fibra ottica.
Sensori e trasduttori per grandezze meccaniche
Encoders. Sensori di prossimità induttivi. Strain gage. Trasformatore differenziale di tensione lineare. Trasduttori di posizione ad ultrasuoni. Sensori acustici e di vibrazioni.
Integrazione di sensori e strumentazione elettronica
Circuito equivalente di un trasduttore. Rumore e amplificazione di segnali elettrici. Circuiti di condizionamento del segnale. Sensori intelligenti.
Esempi di applicazione di sensori
Sensors
Basic definitions. The measurement process. Basic applications of sensors: measurements and process control.
Metrological characterization of sensors
Model of a sensor. Characterization of a sensor. Parameters for the characterization of the static and dynamic behavior of a sensor. Operating conditions.
Passive sensors
Principle of operation. Resistive sensors. Capacitive sensors. Inductive sensors. Magnetic sensors: the Hall effect. Magnetoresistors.
Active sensors
Principle of operation. Peltier, Thomson, and Seebeck effects. Piezoelectric sensors. Pyroelectric sensors.
Optical sensors
Interferometric and intensimetric optical sensors. Principle of operation. Photo Detectors. Fiber optic sensors.
Sensors and transducers for mechanical quantities
Encoders. Inductive proximity sensors. Strain gage. Linear voltage differential transformer. Ultrasonic position transducers. Acoustic and vibration sensors.
Integration of sensors and electronic instrumentation
Equivalent circuit of a transducer. Noise and amplification of electrical signals. Circuits for signal conditioning. Smart sensors.
Examples of sensor application
Il livello di apprendimento degli studenti viene valutato attraverso lo sviluppo di un progetto e una prova orale.
Il progetto è relativo all’interfacciamento su scheda embedded/microcontrollore di uno o più sensori, la caratterizzazione metrologica e l’esecuzione di misure, utilizzando le nozioni acquisite durante le lezioni.
La prova orale prevede la presentazione e la discussione di una relazione tecnica finale relativa allo svolgimento del progetto, e due domande relative agli argomenti presentati durante le lezioni.
Criteri di valutazione dell'apprendimento.
Per superare con esito positivo l’esame, lo studente deve dimostrare, attraverso le prove prima descritte, di aver ben compreso i concetti fondamentali dell’insegnamento ed in particolare di aver acquisito le competenze di base relative alla caratterizzazione metrologica dei sensori, al condizionamento dei segnali generati dai sensori e al loro utilizzo in sistemi di misura.
La valutazione della prova orale sarà effettuata sulla base dei seguenti indicatori: completezza, esposizione, pertinenza. La prova nel suo insieme consente di accertare sia la capacità di conoscenza e comprensione,
sia la capacità di applicare le competenze acquisite, sia la capacità di esposizione, sia la capacità di apprendere e di elaborare soluzioni in autonomia di giudizio.
Criteri di misurazione dell'apprendimento.
Viene attribuito un voto in trentesimi, con eventuale lode.
Il voto minimo per il superamento dell’esame è 18/30.
Criteri di attribuzione del voto finale.
La votazione minima, pari a diciotto, viene assegnata allo studente che dimostri di aver compreso i requisiti relativi al progetto assegnato, implementando una soluzione e presentando dei risultati preliminari, oltre che saper rispondere ad almeno una domanda relativa al programma.
La votazione massima, pari a trenta, è assegnata allo studente che dimostri piena autonomia nello svolgimento del progetto, riportando risultati sperimentali significativi, oltre che saper rispondere correttamente ed esaustivamente ad entrambe le domande poste.
La lode potrà essere attribuita agli studenti che raggiungano il voto massimo di 30/30 e dimostrino rigore metodologico, elevata qualità dell'esposizione, capacità di correlare tra loro i diversi argomenti del corso.
Learning Evaluation Methods.
The level of student learning is assessed through the development of a project and an oral test.
The project is related to the interfacing of one or more sensors to an embedded board / microcontroller, the sensor metrological characterization and the execution of measurements, using the notions acquired during the lessons.
The oral exam includes the presentation and discussion of a final technical report related to the project, and two questions related to the topics presented during the lessons.
Learning Evaluation Criteria.
To successfully pass the exam, the student must demonstrate, through the tests described above, that he/she has understood the fundamental concepts of teaching and in particular that he/she has acquired the basic skills related to the metrological characterization of sensors, to the conditioning of signals generated by the sensors and their use in measurement systems.
The oral test will be evaluated based on the following indicators: completeness, exposure, relevance. The test as a whole makes it possible to ascertain the capacity for knowledge and understanding, the ability to apply the skills acquired and present the results, and the ability to learn and develop solutions in independent judgment.
Learning Measurement Criteria.
A mark of thirty is given, with possible praise.
The minimum mark for passing the exam is 18/30.
Final Mark Allocation Criteria.
The minimum grade, equal to eighteen, is assigned to the student who demonstrates that he has understood the requirements of the assigned project, implementing a solution and presenting preliminary results, as well as being able to answer at least one question related to the program.
The maximum score, equal to thirty, is assigned to the student who demonstrates full autonomy in carrying out the project, reporting significant experimental results, as well correctly and fully answers both questions asked.
The praise can be given to students who reach the maximum grade of 30/30 and show methodological rigor, high presentation quality, ability to correlate the different topics of the course.
Testi di carattere generale per la preparazione dell’esame
• Ian Sinclair, “Sensors and Transducers”, Ed. Newnes, 2001.
• Subhas Chandra Mukhopadhyay, Krishanthi P. Jayasundera, Octavian Adrian Postolache, “Modern Sensing Technologies”. Series: Smart Sensors, Measurement and Instrumentation 29, Publisher: Springer International Publishing, Year: 2019.
• Webster, “The measurement, instrumentation and sensors handbook”, CRC Press
Materiale didattico elettronico disponibile su piattaforma Moodle di Ateneo
https://learn.univpm.it
General texts for exam preparation
• Ian Sinclair, “Sensors and Transducers”, Ed. Newnes, 2001.
• Subhas Chandra Mukhopadhyay, Krishanthi P. Jayasundera, Octavian Adrian Postolache, “Modern Sensing Technologies”. Series: Smart Sensors, Measurement and Instrumentation 29, Publisher: Springer International Publishing, Year: 2019.
• Webster, “The measurement, instrumentation and sensors handbook”, CRC Press
Electronic teaching material available on the University Moodle platform
https://learn.univpm.it
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento. Academic year 2020-2021
Università Politecnica delle Marche
P.zza Roma 22, 60121 Ancona
Tel (+39) 071.220.1, Fax (+39) 071.220.2324
P.I. 00382520427