Předmět: Převodníky fyzikálních veličin

« Zpět
Název předmětu Převodníky fyzikálních veličin
Kód předmětu MTI/PFV
Organizační forma výuky Přednáška + Cvičení
Úroveň předmětu Magisterský
Rok studia 2
Semestr Zimní
Počet ECTS kreditů 5
Vyučovací jazyk Čeština
Statut předmětu Povinně-volitelný
Způsob výuky Kontaktní
Studijní praxe Nejedná se o pracovní stáž
Doporučené volitelné součásti programu Není
Vyučující
  • Mokrý Pavel, prof. Ing. Ph.D.
Obsah předmětu
<u>Témata přednášek:</u> Mechatronická soustava jako inteligentní regulovaná soustava. Senzory a akční členy soustavy. Akční členy mechatronické soustavy. Dělení podle vstupní veličiny, principu přeměny energie a podle charakteru výstupu. Inteligentní materiály a jejich využití pro senzorické a aktuační funkce. Piezoelektrické materiály. Využití přímého, nepřímého, případně obou piezoelektrických jevů. 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. Piezoelektrický rezonátor jako senzor, chemo- a biosenzor. Ultrazvukový výkonový měnič pro lékařské zobrazovače. Aktivní potlačování hluku a vibrací. Piezorezistivní senzory. Piezorezistivní jev v krystalu (polovodiči). Senzory vybraných mechanických veličin (měření síly, tlaku, deformace, momentu, zrychlení, vibrací). Konstrukční uspořádání. Zpracování výstupního signálu. Inteligentní polovodičové senzory. Hlavní části, konstrukční uspořádání, využití. Inteligentní senzor v řízené soustavě. Mikroelektromechanické systémy (MEMS). MEMS jako multifunkční systém. Struktura mikrosystému na Si čipu. Vlastnosti tenkých piezoelektrických vrstev. Příklady využití. Měření malých mechanických posunutí (LVDT, kapacitní senzory, laserová interferometrie). Přenos informací z pohyblivých částí. Vybrané nekonvenční metody snímání a rozpoznávání. <u>Program laboratorních cvičení:</u> 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. Kapacitní snímač, LVDT sonda, interferometrie. Měření statických mechanických namáhání, stanovení piezoelektrického modulu g. Elektrický náhradní obvod rezonátoru, pasivní metoda měření rezonančních kmitočtů. Ultrazvukový měnič. Experimentální určení lineárních prvků elektrického náhradního obvodu rezonátoru. Rezonátor jako chemosenzor, případně biosenzor. Stanovení vybraných materiálových parametrů piezoelektrické keramiky z rezonančních měření na spektrálním analyzátoru. Modální analýza. Magnetické snímače (měření na Hallových sondách, integrované bezkontaktní snímače, jazýčková relé, indukční snímače). Měření teploty (měření na diodovém, perličkovém, monokrysta?lickém, platinovém a termočlánkovém snímači teploty). Optoelektronické prvky (vlastnosti optronů, fotoodporů, fotodiod a světelných diod). Optoelektronické systémy (měření na světelných závorách, optoelektronické snímání polohy, přenos informací využitím infračerveného vysílače a přijímače). Měření otáček a úhlu natočení (inkrementální čidla, snímače UBM, stroboskopy, potenciometrické snímače). Měření malých mechanických posunutí (LVDT sonda). Měření malých mechanických posunutí (laserový interferometr). Software pro sběr a zpracování naměřených dat na PC. Simulace neelektrických systémů na PC (různé druhy modelů v počítačových simulátorech). Zápočet (případné ověření znalostí formou individuální realizace zapojení).

Studijní aktivity a metody výuky
Monologický výklad (přednáška, prezentace, vysvětlování), Laboratorní praktika
  • Účast na výuce - 56 hodin za semestr
  • Příprava na zkoušku - 44 hodin za semestr
  • Domácí příprava na výuku - 50 hodin za semestr
Výstupy z učení
V předmětu získají studenti teoretické poznatky a praktické dovednosti v oblasti elektrických převodníků fyzikálních veličin, akčních členů a měřicích systémů. Důraz je kladen na převodníky využívající elektromagnetických sil a vlastností materiálů pevné fáze.
Absolvováním předmětu student získá speciální znalosti o elektromechanické přeměně elektrické energie. Zvláštní poznatky získá z oblasti inteligentních materiálů a jejich aplikací ve funkci senzorů nebo aktuátorů mechatronických soustav.
Předpoklady
Podmínka registrace: zkouška z předmětů Fyzika 1,2,3

Hodnoticí metody a kritéria
Kombinovaná zkouška, Ústní zkouška

Podmínky absolvování předmětu: Aktivní účast na všech laboratorních cvičeních (při 1-2 omluvených absencích je vyžadováno doplnění laboratorního deníku a vyřešení zadaných příkladů), úspěšně absolvované testy, zápočet, zkouška písemná a ústní.
Doporučená literatura
  • Ďaďo, S., Kreidl, M. Senzory a měřicí obvody. ČVUT FEL, Praha, 1999.
  • ERHART,J.,PŮLPÁN,P., PUSTKA,M. Piezoelectric ceramic resonators. Springer, 2017. ISBN 978-3-319-42480-4.
  • 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.. Lausanne, 2002. ISBN 2-9700346-0-3.


Studijní plány, ve kterých se předmět nachází
Fakulta Studijní plán (Verze) Kategorie studijního oboru/specializace Doporučený ročník Doporučený semestr
Fakulta: Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Studijní plán (Verze): Aplikované vědy v inženýrství (2016) Kategorie: Speciální a interdisciplinární obory 2 Doporučený ročník:2, Doporučený semestr: Zimní