Obiettivi formativi
Studio del modo di operare, del progetto e delle applicazioni dei moderni sensori di più comune impiego in un ambiente industriale automatizzato. Verranno analizzate diverse tecniche di condizionamento dei segnali. <br />
Al termine del corso ci si aspetta che lo studente sia in grado di comprendere il funzionamento di vari tipi di sensori e il loro utilizzo in ambito industriale, e che sappia come interfacciare il sensore ad un sistema. <br />
Il corso consta di lezioni in aula e in attività di laboratorio obbligatorie.<br />
Prerequisiti
Misure Elettroniche A, Fondamenti di elettronica BC
Contenuti dell'insegnamento
Generalità. Sensori, trasduttori e attuatori. Sensori con uscita elettrica. Il modello di un sensore: funzione di conversione, grandezze di influenza, campo di misura, campo di variabilità dell'uscita, comportamento energetico. Funzionamento in regime stazionario e in regime dinamico: studio del comportamento dinamico, risposta in frequenza, funzione di trasferimento, risposta al gradino. Impedenza di ingresso. Principi di funzionamento. Materiali. Tecnologie.<br />
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Sensori resistivi: Potenziometri lineari.Estensimetri (effetto piezoresistivo, tipi e applicazioni).Termometri a resistenza (termoresistenze e termistori). Magnetoresistori.<br />
Condizionamento del segnale per i sensori resistivi: Misure di resistenza. Divisori di tensione. Ponte di Wheatstone (sensibilità, linearizzazione, principali circuiti). Problematiche legate all’interferenza. <br />
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Sensori induttivi: Circuito equivalente, effetti dissipativi, fattori di dissipazione e di merito. Sensori a riluttanza variabile. Sensori di correnti indotte. Sensori a trasformatore (LVDT). Sensori magnetoelestici e magnetostrittivi. Sensori elettromagnetici (a effetto Hall).<br />
Sensori capacitivi: Circuito equivalente, effetti dissipativi, fattori di dissipazione e di merito. Sensori capacitivi ad armature mobili. Sensori a variazione di costante dielettrica. Sensori di pressione capacitivi a diaframma. <br />
Condizionamento del segnale per i sensori reattivi: Ponti in AC (sensibilità e linearizzazione, amplificatori in AC, schermature, convertitori AC/DC). Rivelazione sincrona. Circuiti di condizionamento per sensori capacitivi.<br />
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Sensori attivi: Termocoppie (effetto fisico, tipi di termocoppie, circuiti di condizionamento). Sensori piezoelettrici (effetto fisico, materiali, circuiti di condizionamento, applicazioni dei sensori ad altrasuoni) Sensori piroelettrici (effetto fisico, leggi di radiazione, materiali, applicazioni).<br />
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Sensori risonanti: (risonatori al quarzo, SAW) <br />
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Sistemi digitali e sistemi intelligenti: Interfacciamento sensori-microcontrollore. Sistemi di comunicazione per sensori (anello di corrente 4-20 mA, bus). Sensori intelligenti.<br />
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Programma esteso
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Bibliografia
R. Pallàs-Areny, J. G. Webster, Sensors and Signal Conditioning, John Wiley & Sons Inc., 2001 (ISBN: 0471332321)<br />
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J. Fraden, Handbook of modern sensors: physics, designs and applications, 3rd ed. Springer, 2003 (ISBN: 0387007504)<br />
S. Franco, Design with operational amplifiers and analog integrated circuits, 3rd ed., McGrawHill, 2002 (ISBN: 0071207031)<br />
Practical design techniques for sensor signal conditioning, Analog Devices, http://www.analog.com/
Metodi didattici
Sono previste attività di laboratorio obbligatorie con realizzazione di un progetto (circa 20-24 ore di laboratorio).<br />
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Esame orale, presentazione in aula e relazione scritta sul progetto svolto, compiti a casa. <br />
Modalità verifica apprendimento
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Altre informazioni
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