Detail předmětu

Inteligentní a polovodičové senzory

FEKT-LIPSAk. rok: 2013/2014

Předmět se věnuje problematice nejpoužívanějších principů polovodičových snímačů, jejich charakteristické konstrukci, základním technologickým postupům při výrobě, typickými vlastnostmi, parametry, použitím, aplikacemi a omezeními. Důraz je také kladen na seznámení s obvody pro zpracování a úpravu výstupních signálů z těchto snímačů, požadavky kladené na inteligentní snímače (např. metody autodiagnostiky, autokalibrace snímačů) a MEMS snímače. Studenti v rámci laboratorních cvičení získají praktické zkušenosti s vybraným typem polovodičového / inteligentního snímače, čímž si prohloubí znalosti o použití senzorů fyzikálních (neelektrických) veličin.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Petr Beneš, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav automatizace a měřicí techniky (UAMT)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen vysvětlit principy polovodičových snímačů a definovat vlastnosti inteligentních snímačů, je schopen rozhodovat o vhodném výběru snímače pro konkrétní aplikaci s přihlédnutím k jejich vlastnostem a omezením vyplývající například z dané technologie výroby snímače. Dokáže navrhovat obvody pro zpracování signálů z těchto snímačů, respektive naplánovat a zrealizovat měřicí řetězec pro praktické měření s těmito snímači.

Prerekvizity

Student, který si zapíše předmět, by měl být schopen vysvětlit základy fyziky polovodičů, vyjmenovat a popsat základní principy snímačů fyzikálních veličin, umět analyzovat a identifikovat elektronické obvody používané v senzorice a měřicí technice, aplikovat základní metody měření elektrických veličin (napětí, proud, odpor, kapacita, indukčnost) a být schopen samostatně sestavit měřicí pracoviště s přístroji: osciloskop, funkční generátor, měřicí karta pro sběr analogového a digitálního signálu a dokázat naprogramovat základní aplikaci pomocí nástrojů virtuální instrumentace (LabVIEW) se zpracováním signálů a dat.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT. Metody vyučování zahrnují přednášky a laboratoře. Student odevzdává jeden samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

Až 20 bodů za domácí úkoly - 5 x 4 body za domácí úkoly z tutoriálů.
Až 20 bodů za cvičení - individuální projekt na zvolené téma polovodičových snímačů (až 10 bodů za teoretickou část projektu, až 10 bodů za praktickou část projektu).
Až 60 bodů za písemnou zkoušku (pro absolvování písemné části zkoušky je třeba získat alespoň 25 bodů).

Osnovy výuky

Definice pojmů, charakteristika snímačů.
Základní technologické postupy při výrobě snímačů, objemové a povrchové mikroobrábění
Základní fyzikální jevy využívané u mikroelektronických polovodičových snímačů
Snímače mechanických veličin
Snímače mechanických veličin
Snímače magnetických veličin
Snímače radiačních veličin
Snímače radiačních veličin
Snímače tepelných veličin
Snímače chemických veličin
Biosenzory
Koncepce inteligentních snímačů - čidlo, zpracování signálu, autodiagnostika, autokalibrace, komunikační standardy
Příklady typických aplikací ve vybraných systémech

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty a prohloubit jejich znalosti v oblasti snímačů, konkrétně polovodičových a inteligentních senzorů, jejich použitím v reálných aplikacích, například v měření, navigaci, robotice, atp. Cílem je vytvořit studentům přehled a představu o používaných fyzikálních jevech, měřicích metodách a koncepcích MEMS (mikro-elektro-mechanických) snímačů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

Guldan, A.: Mikroelektronické senzory. Alfa, Bratislava, 1987 (SK)
Husák, M.: Mikrosenzory a mikroaktuátory. Academia, Praha, 2008 (CS)

Doporučená literatura

Gad-El-Hak, M.: The MEMS Handbook. CRC, New York, 2002 (EN)
SZE, S.M.: Semiconductor Sensors. John Wiley & Sons, New York, 1994 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-ML magisterský navazující

    obor ML-KAM , 2 ročník, zimní semestr, volitelný oborový

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Petr Beneš, Ph.D.

Osnova

Definice pojmů, charakteristika snímačů.
Základní technologické postupy při výrobě snímačů, objemové a povrchové mikroobrábění
Základní fyzikální jevy využívané u mikroelektronických polovodičových snímačů
Snímače mechanických veličin
Snímače mechanických veličin
Snímače magnetických veličin
Snímače radiačních veličin
Snímače radiačních veličin
Snímače tepelných veličin
Snímače chemických veličin
Biosnímače
Koncepce inteligentních snímačů - čidlo, elektronické zpracování signálu, komunikační rozhraní, diagnostika, automatická kalibrace
Příklady typických aplikací ve vybraných systémech.

Laboratorní cvičení

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Petr Beneš, Ph.D.

Osnova

Měření parametrů a vlastností vybraných polovodičových snímačů - samostatný semestrální projekt