Předmět Senzory a inteligentni systémy (MTI / SIS)

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

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Obsah

Přednášky:1. Konvenční elektromechanické měniče. Základní elektrické a neelektrické fyzikální veličiny a konvenční principy převodu elektrických veličin na neelektrické a naopak. Senzor a akční člen jako části regulačního obvodu. Využití materiálových vlastností k převodu fyzikálních veličin.2. Piezoelektrické senzory: Piezoelektrické převodníky síly, zrychlení, mechanického napětí a tlaku. Určení převodní konstanty piezoelektrického senzoru a analýza jeho citlivosti.3. Piezoelektrické aktuátory: Vrstvené (multistack, multilayer) a obybové (unimorfní, bimorfní) piezoelektrické aktuátory a aktuátory s mechanickým zesílením posunutí. Rovnice pro posunutí a sílu piezoelektrických aktuátorů.4. Piezoelektrické rezonátory: Rezonátory využívající objemových akustických vln (BAW). Základní mody kmitů piezoelektrické tyčinky a destičky. Podélné kmity tyčinky.5. Elektrický náhradní obvod piezoelektrického rezonátoru. Konstrukční provedení piezoelektrické krystalové jednotky. Vlivy působící na rezonanční kmitočet piezoelektrických rezonátorů.6. Aplikace rezonátorů jako senzorů vybraných veličin. Teploměry s křemenným krystalem. Senzory viskoelastických vlastností kapalin, chemických a biologických látek.7. Ultrazvukové piezoelektrické motorky, jejich matematický model, základní charakteristiky.8. Piezoelektrické transformátory, jejich matematický model, základní charakteristiky.9. Senzory a akční členy založené na dalších fyzikálních principech: Senzory založené na piezorezistivním efektu. Teplotní a infračervené senzory založené na pyroelektrickém jevu a využívající feroelektrické materiály. Pokročilé aktuátory založené na magnetostrikčním efektu.10. Inteligentní a adaptivní systémy: Využití piezoelektrických materiálů v konstrukčních prvcích inteligentních systémů. Aktivní metody využívající fyzikální vlastnosti piezoelektrických materiálů v systémech pro aktivní potlačení hluku a vibrací.11. Miniaturizace senzorů. Využití tenkých feroelektrických vrstev v senzorech. Fyzikální aspekty integrace feroelektrických a piezoelektrických materiálů do VLSI obvodů.12. Mikroelektromechanické systémy (MEMS) a technologie jejich výroby. Metody nanášení tenkých vrstev a základní principy fotolitografie. Charakterizace tenkých vrstev.13. Paměťové prvky využívající feroelektrické materiály: Konstrukce počítačových pamětí typu Flash, DRAM, Fe-DRAM, FRAM, ReRAM. Vysvětlení pojmů "imprint", "retention" a "fatigue" v souvislosti s použitím feroelektrických materiálů v křemíkové technologii.14. Inteligentní materiály: Přehledová informace o slitinách s tvarovou pamětí, electrochromatických materiálů. Přehledová informace o nových směrech ve vývoji senzorů a akčních členů.Laboratorní cvičení:1. Měření statických mechanických namáhání, experimentální stanovení piezoelektrických konstant d a g.2. Měření přenosových charakteristik piezoelektrických akcelerometrů.3. Měření statických a dynamických elektromechanických charakteristik piezoelektrického bimorfu a unimorfu.4. Experimentální určení rezonančních kmitočtů piezoelektrického rezonátoru, pasivní metoda měření rezonančních a antirezonančních kmitočtů pomocí -článku, určení koeficientu elektromechanické vazby.5. Elektrický náhradní obvod piezoelektrického rezonátoru, identifikace parametrů náhradního obvodu pomocí frekvenčního analyzátoru.6. Měření teplotní závislosti rezonančního kmitočtu, viskozimetr.7. Měření na ultrazvukovém piezoelektrickém motorku.8. Měření na piezoelektrickém transformátoru.9. Měření pyroelektrického koeficientu, měření na pyroelektrickém senzoru.10. Měření přenosové ztráty vibrací skrz adaptivní semiaktivní systém tlumení vibrací pomocí piezoelektrického aktuátoru.11. Piezorezistivní snímač mechanického napětí.12. Inteligentní polovodičový senzor.13. Měření malých mechanických posunutí (laserový interferometr).14. Zápočet

Získané způsobilosti

Student tohoto předmětu dále rozvine své znalosti o fyzikálních vlastnostech feroelektrických a piezoelektrických materiálů, bude seznámen s mnoha aplikačními aspekty feroelektrických materiálů a své teoretické i praktické dovednosti uplatní v konstrukci komplexních inteligentních a adaptivních mechatronických systémů.

Literatura

Uchino, K. Ferroelectric Devices. Marcel Dekker, Inc., New York, 2000. ISBN 0-8247-8133-3.Setter, N. Piezoelectric Materials in Devices. EPFL, 2002. ISBN 2-9700346-0-3.Zelenka, J. Piezoelektrické rezonátory a jejich použití. Academia, Praha, 1986. Ďaďo, S., Kreidl, M. Senzory a měřicí obvody. ČVUT FEL, Praha, 1999.

Požadavky

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

Garant

doc. Ing. Pavel Mokrý, Ph.D.

Vyučující

doc. Ing. Pavel Mokrý, Ph.D.doc. Ing. Pavel Mokrý, Ph.D.