Αισθητήρια και Επεξεργασία Μετρήσεων

Γενικά

• Κωδικός Μαθήματος: 1712
• Εξάμηνο: 7ο
• Τύπος Μαθήματος: Επιστημονικής Περιοχής - Ανάπτυξης Δεξιοτήτων (ΕΠ-ΑΔ)
• Είδος Μαθήματος: Υποχρεωτικό Επιλογής (ΥΠ-ΕΠ)
• Γνωστική Περιοχή: Ηλεκτρονική (ΗΛ)
• Διδασκαλία Θεωρίας: 4 ώρες/εβδομάδα
• Διδασκαλία Εργαστηρίου: 2 ώρες/εβδομάδα
• Πιστωτικές μονάδες ECTS: 6
• Γλώσσα διδασκαλίας και Εξετάσεων: Ελληνικά
• Το μάθημα προσφέρεται σε φοιτητές Erasmus
• Προτεινόμενα προαπαιτούμενα μαθήματα: (1611) Σύνθεση Ηλεκτρονικών Κυκλωμάτων
• Συντονιστής: Τσιακμάκης Κυριάκος
• Διδάσκοντες: Τσιακμάκης Κυριάκος, Δελημαράς Βασίλειος

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Σκοπός του μαθήματος είναι να εισάγει τον φοιτητή στις βασικές ένοιες και τα είδη των αισθητηρίων καθώς επίσης και η ανάπτυξη της ικανότητας ανάλυσης και σχεδίασης των απαραίτητων ηλεκτρονικών διατάξεων που απαιτούνται για την επεξεργασία των ασθενών ηλεκτρικών σημάτων εξόδου των αισθητηρίων . Με την επιτυχή παρακολούθηση του μαθήματος ο φοιτητής θα είναι σε θέση να επιλέγει το κατάλληλο αισθητήριο που είναι απαραίτητο για την μέτρηση ενός φυσικού μεγέθους και να σχεδιάζει το κατάλληλο ηλεκτρονικό κύκλωμα προσαρμογής που θα επεξεργάζεται το σήμα εξόδου του.

• Να κατανοεί την λειτουργία των αισθητηρίων
• Να επιλέγει τον σωστό αισθητήρα για την μέτρηση φυσικού μεγέθους από τα φύλλα δεδομένων των κατασκευαστών
• Να αναπτύσει και να σχεδιάζει το ηλεκτρονικό κύκλωμα για την επεξεργασία του σήματος εξόδου του αισθητηρίου
• Να προσομειώνει το ηλεκτρονικό κύκλωμα επεξεργασίας για επιβεβαίωση των υπολογισμών και του σχεδιασμού του
• Να κατασκευάζει το ολοκληρωμένο σύστημα μέτρησης που περιλαμβάνει το αισθητήριο και το ηλεκτρονικό κύκλωμα προσαρμογής του
• Να συγκρίνει τα αποτελέσματα του πραγματικού κυκλώματος με αυτά των υπολογισμών και της προσομείωσης.

Γενικές Ικανότητες

• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
• Λήψη αποφάσεων
• Αυτόνομη εργασία
• Ομαδική εργασία
• Άσκηση κριτικής και αυτοκριτικής
• Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης

Περιεχόμενο Μαθήματος

Κατάταξη αισθητηρίων, παθητικά αισθητήρια, ενεργητικά αισθητήρια.
Αισθητήρια θερμοκρασίας (θερμίστορ, διμεταλλικά, RTD, ημιαγωγών)
Αισθητήρια υγρασίας (ωμικά και χωρητικά)
Αισθητήρια θέσης και κίνησης (γραμμικά μεταβλητός διαφορικός μετασχηματιστής (LVDT), Hall)
Αισθητήρια στρέβλωσης, δύναμης, πίεσης, ροής (ωμικό και ημιαγωγού strain gage)
Αισθητήρια υψηλής αντίστασης για μέτρηση φωτεινότητος (φωτοδίοδοι), επιτάχυνσης (πιεζοηλεκτρικά), οξύτητας ph (χημικής αντίδρασης),
Χαρακτηριστικά συστημάτων μέτρησης. Ακρίβεια, σαφήνεια, διακριτική ικανότητα, γραμμικότητα.
Μετατροπείς σήματος V/V, V/I, I/V, I/I με Τελεστικούς Ενισχυτές
Ενισχυτές οργανολογίας. Διαφορικός ενισχυτής, Ε. Ο. με δύο Τ.Ε., Ε. Ο. με τρεις Τ.Ε., Ε. Ο. με δύο Τ.Ε., ολοκληρωμένα κυκλώματα Ε.Ο.
Πηγές τάσης αναφοράς, πηγές ρεύματος αναφοράς για ελεύθερα φορτία, δεσμευμένα στην τροφοδοσία φορτία και γειωμένα φορτία
Προσαρμογείς σήματος. Διαιρέτες τάσης, διέγερσης πηγής ρεύματος, γέφυρες DC και AC,
Πολλαπλασιαστές χωρητικότητας, Gyrators, Ανορθωτές ακριβείας, Ανιχνευτές κορυφής, κυκλώματα δειγματοληψίας και συγκράτησης.
Ενσύρματη μετάδοση δεδομένων. Πομποί ρεύματος 4-20mA, Μετατροπείς από τάση σε συχνότητα και αντίστροφα (V/F και F/V)
Μετατροπείς από Αναλογικό σε Ψηφιακό σήμα (Α/D). Διαδοχικών προσεγγίσεων (SAR), (ΣΔ ADC)
Μετατροπείς από ψηφιακό σε Αναλογικό σήμα (D/A), ψηφιακά ποτενσιόμετρα

Διδακτικές και Μαθησιακές Μέθοδοι - Αξιολόγηση

Τρόπος Παράδοσης

• Πρόσωπο με πρόσωπο θεωρητική διδασκαλία (παράδοση, συζήτηση, επίλυση προβλημάτων).
• Εργαστηριακή εκπαίδευση σε ομάδες των 2 φοιτητών

Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών

• Χρήση Η/Υ για προβολή διαφανειών
• Λογισμικό προσομοίωσης ηλεκτρονικών κυκλωμάτων PSpice (OrCAD).
• Χρήση ηλεκτρονικής πλατφόρμας μάθησης (moodle).
• Ηλεκτρονική επικοινωνία με τους φοιτητές/τριες.

Οργάνωση Διδασκαλίας

Αξιολόγηση φοιτητών

Ι. Γραπτή τελική εξέταση (ΓΕ) (60%) που περιλαμβάνει:
- Επίλυση ασκήσεων θεωρίας

ΙΙ. Εργαστηριακή εξέταση (ΕΕ) (40%)
- Εβδομαδιαία. Εκπόνηση εργαστηριακής άσκησης σε ομάδες των 2 ατόμων.
- Εβδομαδιαία ατομική αξιολόγηση στο περιεχόμενο της άσκησης.
- Ατομικές εργαστηριακές εργασίες

ΙΙΙ. Προαιρετική γραπτή Εργασία και Δημόσια Παρουσίαση (ΠΓΕΔΠ) (20%)
- Ανατίθεται ατομικά σε σε φοιτητή.
- Το αντικείμενο και οι προδιαγραφές της εργασίας καθορίζονται στην αρχή του εξαμήνου.

Ο βαθμός του μαθήματος (ΓΕ*0,6 + ΕΕ*0,4) πρέπει να είναι τουλάχιστον πέντε (5).
Ο βαθμός της Γραπτής τελικής εξέτασης και της Εργαστηριακής εξέτασης πρέπει να είναι τουλάχιστον τέσσερα (4).
Ο βαθμός της Προαιρετικής εργασίας προστίθεται στους παραπάνω και αφορά βελτίωση βαθμιλογίας.
Τα κριτήρια αξιολόγησης είναι προσβάσιμα στους φοιτητές από την ηλεκτρονική σελίδα του μαθήματος.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

Συγγράμματα μέσω του συστήματος "Εύδοξος"

1. Σπάσος Μ., "Αναλογική επεξεργασία σημάτων αισθητηρίων",Εκδόσεις Αϊβάζη, 2018, ISBN: 978-960-549-003-4,Κωδικός Εύδοξος: 77112643.
2. Καλοβρέκτης Κ., Κατέβας Ν., "Αισθητήρες μέτρησης και ελέγχου", Εκδόσεις Α. Τζιόλα 3η Έκδοση, 2018, ISBN: 978-960-418-758-4, Κωδικός Εύδοξος: 77106782
3. Καλαϊτζάκης Κ., Κουτρούλης Ε, "Ηλεκτρικές Μετρήσεις και αισθητήρες", Εκδόσεις κλειδάριθμος,, 1η Έκδοση, 2010, ISBN: 978-960-461-331-1, Κωδικός Εύδοξος: 13771

Συμπληρωματική ελληνόγλωσση βιβλιογραφία

1. Lang, Tran Tien, Ηλεκτρονικά συστήματα μετρήσεων, Εκδ. Τζιόλα, 2000, ISBN: 978-960-721-991-6

Συμπληρωματική ξενόγλωσση βιβλιογραφία

1. Manchini R., Op Amp for Everyone. Texas Instruments, 2002, SLOD006B
2. Walt Kester, Practical design techniques for sensor signal conditioning , Analog Devices, 1999, ISBN-0-916550-20-6.
3. Hank Zumbahlen, "Basic linear design", Analog Devices, 2007, ISBN 0-916550-28-1

Συναφή επιστημονικά περιοδικά

1. MDPI, Sensors
2. IEEE, Transactions on Circuits and Systems