• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Магистратура 2018/2019

Датчики и сенсорные системы

Направление: 11.04.02. Инфокоммуникационные технологии и системы связи
Когда читается: 1-й курс, 1, 2 модуль
Формат изучения: Full time
Прогр. обучения: Интернет вещей и киберфизические системы
Язык: русский
Кредиты: 5

Программа дисциплины

Аннотация

Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные требования к знаниям, умениям и навыкам студента, а также определяет содержание, виды учебных занятий, контроля и отчетности по данной программе. Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки магистра для направления 11.04.02 "Инфокоммуникационные устройства и системы связи", изучающих дисциплину "Датчики и сенсорные системы".
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Целью освоения дисциплины «Датчики и сенсорные системы» является овладение теоретическими и практическими знаниями по датчикам и сенсорным системам с использованием технологии Интернет вещей. В результате освоения дисциплины «Датчики и сенсорные системы» студент приобретает следующие компетенции:  способен применять и разрабатывать методы формирования и обработки сигналов, систем коммутации синхронизации и определять области эффективного их использования в инфокоммуникационных сетях, системах и устройствах (ПК-4);  способен использовать современные достижения науки и передовые инфокоммуникационные технологии, выбирать методы проведения теоретических и экспериментальных исследований в научно-исследовательских работах в области ИКТиСС (ПК-7);  владеть методами использования поисковых систем для поиска информации в сети Интернет.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Знать: основные характеристики и особенности работы датчиков и сенсорных систем. Уметь: применять микросистемные датчики для основных типовых технических средств инфокоммуникационной техники и для систем связи. Владеть: опытом разработки, моделирования и тестирования датчиков и сенсорных систем для устройств инфокоммуникационной техники, применяемых в различных системах связи.
  • Знать: основные интерфейсы микросистемых датчиков и сенсорных систем. Уметь: применять интерфейсы микросистемых датчиков для основных типовых технических средств инфокоммуникационной техники и для систем связи. Владеть: опытом разработки, моделирования и тестирования датчиков и сенсорных систем для устройств инфокоммуникационной техники, применяемых в различных системах связи.
  • Знать: основные характеристики и особенности работы интегральных датчиков инфокоммуникационной техники. Уметь: применять методы оптимизации для интегральных датчиков и сенсорных систем. Владеть: опытом разработки, моделирования и тестирования интегральных датчиков инфокоммуникационной техники, применяемых с использованием технологии Интернет вещей.
  • Знать: основные принципы развития компонентов сенсорных систем для киберфизических систем. Уметь: применять элементы сенсорных систем для типовых технических средств инфокоммуникационной техники и для систем связи. Владеть: опытом правильного выбора элементов и компонентов сенсорных систем на основе анализа их параметров и надежности для применения в различных системах связи.
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Раздел 1. Физические принципы построения микросистемных датчиков для инфокоммуникационных устройств.
    Тема 1. Основные параметры, характеристики и принципы функционирования микросистемных датчиков. Физические принципы, используемые в микросистемных датчиках. Классификация датчиков. Генераторные и параметрические преобразователи. Структурные схемы датчиков. Чувствительность и погрешность преобразователя. Характеристики электрических сигналов в микросистемных датчиках. Амплитудная, частотная, фазовая, время – импульсная, широтно – импульсная модуляция. ___Тема 2. Амплитудные, фазовые, частотные и время импульсные датчики. Измерительные схемы с параметрическими датчиками. Мостовые схемы: Уитстона, Нернста, Саути, Максвелла, Гея. Генераторная схема включения датчиков. Фазовые датчики: емкостные, фотоэлектрические. Структурные схемы, принципы работы. Частотные датчики: позиционные, колебательные, электронные преобразователи свободных колебаний. Структурные схемы, принципы работы. Время - импульсные датчики. Структурные схемы, временные диаграммы работы, параметры и характеристики. ___Тема 3. Микросистемные датчики физических величин. Тензорезистивные датчики. Полупроводниковые датчики. Особенности работа и основные характеристики. Емкостные датчики перемещений, давления, уровня. Особенности работа и основные характеристики. Классификация пьезоэлектрических датчиков. Пьезоэлектрические материалы. Особенности построения и основные параметры. Электромагнитные преобразователи: индуктивные, взаимоиндуктивные, индукционные. Датчики Холла. Особенности работа и основные характеристики. Датчики температуры. Терморезистивные и термоэлектрические преобразователи температуры. Особенности построения и основные параметры. Оптические датчики. Фотометрия, оптические материалы. Волоконные световоды. Приемники оптического излучения. Электрооптические и акустооптические модуляторы. Интерферометрическая оптоволоконная модуляция. Датчики электрохимические, биохимические. Кондуктометрические устройства. pH – преобразователи. Датчики газоанализаторов: оптические, фотоколориметрические, масс – спектрометрические. Особенности построения и основные параметры.
  • Раздел 2. Интерфейсы микросистемых датчиков и сенсорных систем.
    Тема 1. Интегральные системы сбора данных датчиков (ИССДД). Архитектура систем сбора данных датчиков. Процессы дискретизации функций по времени и по уровню. Статические и динамические параметры системы сбора данных датчиков различной физической природы. Тема 2. Интегральные схемы аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей (АЦП и ЦАП). Интегральные схемы быстродействующих АЦП; АЦП уравновешивания; АЦП двухтактного интегрирования; АЦП с промежуточным преобразованием в частоту; сигма-дельта АЦП; параллельные ЦАП с токовыми ключами; биполярные ЦАП. Тема 3. Функциональные устройства ЦАП/АЦП сенсорных систем. Интегральные источники опорных напряжений на биполярных и униполярных транзисторах. Аналоговые устройства выборки и хранения на операционных усилителях.
  • Раздел 3. Оптимизация характеристик интегральных датчиков и сенсорных систем.
    Тема 1. Оптимизация конструктивных параметров датчиков и сенсорных систем. Оптимизация по динамическому критерию. Оптимизация по квадратичному критерию качества. Статистический подход к оптимизации передаточных функций датчиков. Тема 2. Применение фильтра Калмана для снижения случайных погрешностей микродатчиков. Блок-схема передаточной функции микродатчика. Векторно-матричное уравнение пространства переменных состояний для описания функционирования микродатчика. Расчет оптимальных коэффициентов фильтра Калмана.
  • Раздел 4. Надежность элементов и компонентов сенсорных систем.
    Тема 1. Виды и категории испытаний датчиков. Общие сведения о контроле качества и надежности датчиков. Категории контрольных испытаний датчиков. Разновидности испытаний на надежность, безотказность, долговечность и сохраняемость. Тема 2. Оценка надежности элементов и компонентов сенсорной системы. Оценка базовой интенсивности отказов компонентов сенсорной системы. Средняя наработка между отказами. Вероятность безотказной работы.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Семинарские занятия
  • неблокирующий Самостоятельные занятия
  • неблокирующий Экзамен
    В ходе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: УК-1, УК-7, ОПК-1, ПК-4
  • неблокирующий Практические работы
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (2 модуль)
    0.1 * Практические работы + 0.15 * Самостоятельные занятия + 0.25 * Семинарские занятия + 0.5 * Экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • - Figaro: датчики газов - Издательство "ДМК Пресс" - 2010 - ISBN: 978-5-94120-072-6 - Текст электронный // ЭБС Лань - URL: https://e.lanbook.com/book/60958
  • - Murata: пьезоэлектрические, магниторезистивные и пироэлектрические датчики - Издательство "ДМК Пресс" - 2010 - ISBN: 978-5-94120-080-1 - Текст электронный // ЭБС Лань - URL: https://e.lanbook.com/book/60963
  • Интеллектуальные сенсорные системы, Мейджера Дж. К. М., Платонова Ю. А., 2011

Рекомендуемая дополнительная литература

  • - Кашкаров А.П. — Датчики в электронных схемах: от простого к сложному - Издательство "ДМК Пресс" - 2013 - ISBN: 978-5-94074-953-0 - Текст электронный // ЭБС Лань - URL: https://e.lanbook.com/book/50566
  • Датчики автомобильных электронных систем управления и диагностического оборудования : учеб. пособие / В.А. Набоких. — М. : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2017. — 239 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). - Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/814422
  • Датчики в системах автоматики на горных предприятиях [Электронный ресурс] : лаб. практикум / Б. С. Заварыкин, Е. В. Гаврилова, О. А. Ковалёва, О. А. Кручек. - Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2014. - 132 с. - ISBN 978-5-7638-2996-9 - Режим доступа: http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=505983
  • Датчики, Шарапов В. М., Полищук А. А., 2012