Předmět Elektrické převodníky fyz. veličin (MTI / EPFV)

Na serveru studentino.cz naleznete nejrůznější studijní materiály: zápisky z přednášek nebo cvičení, vzorové testy, seminární práce, domácí úkoly a další z předmětu MTI / EPFV - Elektrické převodníky fyz. veličin, Fakulta mechatroniky a MIS, Technická univerzita v Liberci (TUL).

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Obsah

Přednášky:1. Mechatronická soustava jako inteligentní regulovaná soustava. Senzory a akční členy soustavy. Dělení akčních členů podle vstupní veličiny, principu přeměny energie a podle charakteru výstupu.2. Inteligentní materiály a jejich využití pro aktuační a senzorické funkce.3. Piezoelektrické materiály a jejich elastické, piezoelektrické a dielektrické vlastnosti. Materiálové konstanty. Lineární stavové rovnice.4. Využití přímého, nepřímého, případně obou piezoelektrických jevů.5. Piezoelektrické senzory a jejich využití pro měření vybraných fyzikálních veličin, zvláště v mechanice tuhých a poddajných těles (měření síly, tlaku, zrychlení, vibrací a rázů). Konstrukční uspořádání. Zpracování výstupního signálu.6. Piezoelektrický rezonátor. Základní módy kmitů piezoelektrické tyčinky. Podélné kmity tyčinky, radiální kmity rezonátoru tvaru disku. Tloušťkově-střižné kmity plankonvexního rezonátoru. Simulace kmitů.7. Elektrický náhradní obvod a významné kmitočty rezonátoru. Konstrukční provedení piezoelektrické krystalové jednotky (uchycení rezonátoru, zapouzdření).8. Měření rezonančního kmitočtu.9. Vlivy působící na rezonanční kmitočet piezoelektrických rezonátorů.10. Nelineární jevy a jejich důsledky v elektronických obvodech, resp. využití pro funkci senzorů. Rezonátor jako senzor fyzikálních, chemických a biologických veličin.11. Piezorezistivní jev v nepiezoelektrickém krystalu (polovodiči). Piezorezistivní senzory vybraných mechanických veličin (měření síly, tlaku, deformace, momentu, zrychlení, vibrací). Konstrukční uspořádání. Zpracování výstupního signálu.12. Inteligentní polovodičové senzory. Hlavní části, konstrukční uspořádání, využití. Inteligentní senzor v řízené soustavě.13. Mikroelektromechanické systémy (MEMS). MEMS jako multifunkční systém. Tenkovrstevné struktury na Si-substrátu.14. Měření velmi malých deformací pomocí LVDT senzoru, kapacitního senzoru a laserové interferometrie. Měření kroutícího momentu, přenos informace z rotující části.Laboratorní cvičení:1. Teoretické cvičení (příklady). Přímý piezoelektrický jev a jeho využití. Statické mechanické namáhání, stavové rovnice, tenzory, zesilovače výstupního signálu. Nepřímý piezoelektrický jev a metody měření deformace.2. Měření statických mechanických namáhání, stanovení piezoelektrického modulu g.3. Elektrický náhradní obvod rezonátoru, pasivní metoda měření rezonančních kmitočtů. Ultrazvukový měnič.4. Experimentální určení lineárních prvků elektrického náhradního obvodu rezonátoru. Rezonátor jako chemosenzor, případně biosenzor.5. Stanovení vybraných materiálových parametrů piezoelektrické keramiky z rezonančních měření na spektrálním analyzátoru. Modální analýza.6. Teplotní závislost rezonančního kmitočtu.7. Piezorezistivní snímač mechanického napětí.8. Inteligentní polovodičový senzor.9. Optoelektronické prvky a systémy (vlastnosti optronů, fotoodporů, fotodiod a světelných diod). Měření na světelných závorách, optoelektronické snímání polohy, přenos informací využitím infračerveného vysílače a přijímače).10. Měření otáček a úhlu natočení (inkrementální čidla, snímače UBM, stroboskopy, potenciometrické snímače).11. Měření malých mechanických posunutí (LVDT sonda).12. Měření malých mechanických posunutí (laserový interferometr). Kapacitní snímač, interferometrie.13. Software pro sběr a zpracování naměřených dat na PC. Simulace neelektrických systémů na PC (různé druhy modelů v počítačových simulátorech).14. Zápočet

Získané způsobilosti

Student získá poznatky o základních aplikačních koncepcích piezoelektrických, feroelektrických a piezorezistivních materiálů v elektrických převodnících, včetně praktické zkušenosti z experimentů na reálných systémech.

Literatura

Ďaďo, S., Kreidl, M. Měřicí převodníky fyzikálních veličin. ČVUT FEL, Praha, 1999. Maixner, L. a kol. Mechatronika (Nosek, J., kap.4 - Akční členy mechatronických soustav). Computer Press, Brno, 2006. ISBN 8025112993.Setter, N. Piezoelectric Materials in Devices. EPFL, 2002. ISBN 2-9700346-0-3.Zelenka, J. Piezoelektrické rezonátory a jejich použití. Academia, Praha, 1983.

Požadavky

Podmínkou zápočtu je aktivní účast na laboratorních cvičeních. Zkouška je ústní.

Garant

prof. Ing. Jaroslav Nosek, CSc.

Vyučující

doc. Ing. Pavel Mokrý, Ph.D.prof. Ing. Jaroslav Nosek, CSc.doc. Ing. Pavel Mokrý, Ph.D.prof. Ing. Jaroslav Nosek, CSc.