Detail předmětu

Speciální snímače

FEKT-MPC-SPSAk. rok: 2026/2027

Předmět se věnuje problematice nejpoužívanějších principů polovodičových, optoelektrických a vláknových snímačů. Charakteristické konstrukci snímačů, základním technologickým postupům při jejich 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 a požadavky kladenými na inteligentní snímače (např. metody autodiagnostiky, autokalibrace snímačů) a MEMS snímače. Studenti v rámci laboratorních cvičení získají praktické zkušenosti s vybranými typy polovodičových snímačů, implementací snímače a zpracování a úpravu získaných dat ze snímače pro vyhodnocení a  následné využití dat například pro řízení procesů.

 

 

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

Ing. Stanislav Klusáček, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav automatizace a měřicí techniky (UAMT)

Vstupní znalosti

Student, který si zapíše předmět, by měl mít základy fyziky polovodičů a optiky, rozeznat 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 a dokázat naprogramovat základní aplikaci se zpracováním signálů a dat (MATLAB). Student by měl rovněž ovládat programování mikroprocesorů (např v jazyce C nebo podobných) a znát jejich obecný princip, architekturu, funkci a vlastností typických periferií (UART, SPI, I2C). Předmět volně navazuje na předměty v bakalářském studiu zabývající se měřením a senzory a umožňuje aplikovat znalosti předmětů týkající se zpracování analogových a digitálních signálů. Student by měl disponovat takovými jazykovými znalostmi, aby porozuměl studijním materiálům i v anglickém jazyce (datasheets).

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Laboratorní cvičení 0 - 40 bodů. Podmínkou zápočtu je účast na laboratorních cvičeních, splnění kontrolních bodů během semestru, předvedení funkčnosti projektu po absolvování laboratorních cvičení, jeho prezentace a vypracování a odevzdání závěrečné zprávy. 

 

Závěrečná zkouška je zaměřena na ověření znalostí (orientace) absolvovaného kurzu. Má povinnou písemnou a nepovinnou ústní část. Písemná část závěrečné zkoušky 0 - 50 bodů, minimum 25 bodů. Ústní část závěrečné zkoušky 0 - 10 bodů.

  
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu. Kontrola výsledků samostatné práce na zadaných úkolech. V případě omluvené neúčasti na cvičeních může učitel v odůvodněných případech stanovit náhradní podmínku, obvykle vypracování dílčího úkolu.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty a prohloubit jejich znalosti v oblasti vybraných typů polovodičových, optoelektrických, vláknových, MEMS (mikro-elektro-mechanických) a inteligentních snímačů. Studenti se seznámí s 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 těchto snímačů. Absolvent předmětu bude schopen vysvětlit principy polovodičových, optoelektrických a vláknových snímačů, definovat vlastnosti inteligentních snímačů. Bude schopen vybrat vhodný MEMS snímač pro konkrétní aplikaci s přihlédnutím k jejich vlastnostem a dokáže navrhovat obvody pro zpracování signálů z těchto snímačů, respektive naplánovat a zrealizovat měřicí řetězec pro praktické měření s těmito snímači. Student si vyzkouší a aplikuje metody úpravy a zpracovaní dat z MEMS snímačů (správné vzorkování, filtraci, korelaci dat).

Základní literatura

ĎAĎO, Stanislav a Marcel KREIDL. Senzory a měřicí obvody. Vyd. 2. Praha: Vydavatelství ČVUT, 1999. ISBN 80-01-02057-6. (CS)
GULDAN, Arnošt. Mikroelektronické senzory. Bratislava: Alfa, 1988. Pokroky v elektronike a elektrotechnike. (SK)
Handbook of silicon based mems materials and technologies. Third edition. Editor Markku TILLI, editor Markku TILLI, editor Mervi PAULASTO-KRÖCKEL, editor Matthias PETZOLD, editor Horst THEUSS, editor Teruaki MOTOOKA, editor Veikko LINDROOS. Amsterdam: Elsevier, [2020]. Micro and nano technologies series. ISBN 978-0-12-817786-0. (EN)
HUSÁK, Miroslav. Mikrosenzory a mikroaktuátory. Praha: Academia, 2008. Gerstner. ISBN 978-80-200-1478-8. (CS)
KREIDL, Marcel a Radislav ŠMÍD. Technická diagnostika: senzory, metody, analýza signálu. Praha: BEN - technická literatura, 2006. Senzory neelektrických veličin. ISBN 80-7300-158-6. (CS)
MEIJER, G. C. M. Smart sensor systems. Chichester, U.K.: J. Wiley, 2008. ISBN 0470866918. (EN)
RIPKA, Pavel a Alois TIPEK, ed. Master books on sensors: modular courses on modern sensors Leondaro da Vinci project CZ/PP-134026. Praha: BEN - technical literature, 2003. ISBN 80-7300-129-2. (EN)
RIPKA, Pavel. Senzory a převodníky. 2. vyd. V Praze: České vysoké učení technické, 2011. ISBN 978-80-01-04696-8. (CS)
Smart sensors and MEMS: intelligent sensing devices and microsystems for industrial applications. Second edition. Editor Stoyan NIHTIANOV, editor Antonio LUQUE ESTEPA. Duxford: Elsevier/Woodhead Publishing, an imprint of Elsevier, [2018]. Woodhead publishing series in electronic and optical materials. ISBN 978-0-08-102055-5. (EN)
TURÁN, Ján. Optické vláknové senzory. Praha: Tesla-Výzkumný ústav pro sdělovací techniku A. S. Popova, 1990. Mikro quo vadis. (CS)

Doporučená literatura

HARRY N. NORTON. Handbook of transducers. Prentice Hall, 1989. (EN)
SALEH, Bahaa E. A. a Malvin Carl TEICH. Základy fotoniky. Praha: Matfyzpress, 1996. ISBN 80-85863-12-X. (CS)
YEH, Chai. Handbook of fiber optics: theory and applications. San Diego: Academic Press, c1990. ISBN 0127704558. (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-KAM magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-EVM magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-EKT magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

  • Program MPC-AUD magisterský navazující

    specializace AUDM-TECH , 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Stanislav Klusáček, Ph.D.

Osnova

1. Materiály pro polovodičové snímače, základní technologické procesy výroby polovodičových snímačů.
2. Zdroje záření - základní veličiny a dělení zdrojů, charakteristiky a zapojení. LED, LD a SLED - parametry a použití.
3. Polovodičové snímače záření – ionizující a neionizující záření.
4. Polovodičové snímače mechanických veličin - snímače tlaku, zrychlení, gyroskopy.
5. Polovodičové snímače magnetického pole - Hallův jev, magnetoodporový jev, AMR, GMR, magnetodioda, magnetotranzistor.
6. Polovodičové snímače teploty, chemické snímače a biosnímače.
7. Úvod do vláknové optiky, dělení a vlastnosti optických vláken. Vláknové spoje a konektory.
8. Optické vláknové snímače - dělení, vlastnosti, klasifikace (měřená veličina, modulace a konstrukce).
9. Měření fyzikálních veličin pomocí optických vláknových snímačů.
10. Inteligentní snímače - požadavky, vlastnosti, metody linearizace, autodiagnostika, autokalibrace, standardy skupiny IEEE 1451.

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Stanislav Klusáček, Ph.D.

Osnova

Obsahem laboratorních cvičení předmětu MPC-SPS je aplikace MEMS inerciálních snímačů v projektu autonomního autíčka, sběr naměřených dat z těchto snímačů (akcelerometry, gyroskopy) a implementace metod zpracování signálu pro optimální projetí neznámé dráhy. Hodnoceným výsledkem je předvedení funkčnosti , zpráva o teoretické části projektu, zpráva o praktické části projektu a forma veřejné prezentace dosažených výsledků.