Sensor and advanced measurement strategies

Obiettivi del corso
Il modulo si prefigge di fornire le conoscenze sulle metodologie di sensing e sull’elettronica di condizionamento per i sensori. In particolare, saranno introdotti i fondamenti dei principi di trasduzione resistivi, reattivi e attivi. Durante il corso sono previste delle esercitazioni finalizzate a fornire agli studenti nozioni pratiche sull'impiego della strumentazione e dei sensori. Le suddette esercitazioni rappresentano un'occasione importante per acquisire quelle "soft-skills" tipiche delle attività pratico-sperimentali. Inoltre, lo studente sarà in grado di coordinarsi con i colleghi nello svolgimento di attività di gruppo, svolte con l'ausilio di un tutor.

Conoscenza e comprensione
Il corso introduce alla conoscenza dei fondamenti per la progettazione e realizzazione di sensori e sistemi di sensori. In particolare, il corso ambisce a trasferire contenuti sui seguenti argomenti:metrologia di base finalizzata alla caratterizzazione dei sensori, metodologie di trasduzione con diversi esempi di sensori, l'elettronica di condizionamento, i sistemi multi-sensoriali intelligenti, cenni di elaborazione dei segnali di misura.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Alla fine del modulo lo studente sarà in grado di:
- progettare un semplice sistema di sensori
- applicare opportunamente le metodologie per l'elaborazione dei segnali di misura
- interpretare correttamente il risultato della sessione di misura

L'insegnamento prevede sia lezioni frontali (35 ore, 5 CFU), sia esercitazioni (15 ore, 1 CFU).

In particolare, le lezioni frontali saranno mirate a fornire i contenuti teorici sulle metodologie di sensing e sull’elettronica di condizionamento per sensori, mentre le esercitazioni saranno finalizzate a metter in pratica le suddette competenze.

Le suddette modalità di svolgimento sono in linea con con gli obiettivi formativi dell'insegnamento che si prefiggono il trasferimento di conoscenza nell'ambito dei sensori, dell'elettronica di condizionamento e dei sistemi di sensori.

Qualora l’insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto sopra dichiarato, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel presente syllabus.

Utili: conoscenze dei fondamenti della teoria della misura, per una migliore fruizione dei contenuti dell'insegnamento.

Il modulo non prevede obbligo di frequenza. Comunque, la frequenza delle lezioni è fortemente consigliata, anche per il carattere sperimentale delle argomentazioni trattate.

Introduzione ai sensori

[Didattica frontale: 3 ore]

Elementi di metrologia

[Didattica frontale: 6 ore]

Sensori resistivi: potenziometri, estensimetri, RTD.

[Didattica frontale: 6 ore]

Elettronica di condizionamento per sensori resistivi

[Didattica frontale: 5 ore]

Sensori reattivi: capacitivi, induttivi, LVDT

[Didattica frontale: 5 ore]

Elettronica di condizionamento per sensori reattivi

[Didattica frontale: 2 ore]

Sensori attivi: Termocoppie, piezoelettrici ed elettronica di condizionamento

[Didattica frontale: 8 ore]

Esercitazioni su sensori ed elettronica di condizionamento

[Esercitazioni: 15 ore]

Contributo dell’insegnamento agli obiettivi dell’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile

Gli argomenti trattati nel corso e le conoscenze acquisite sono direttamente o indirettamente funzionali allo sviluppo di soluzioni tecnologiche sostenibili, oltre che contribuire ad una formazione di qualità, in accordo con gli obiettivi 3, 4, 7, 9, 11, 12, 13, 14 e 15 dell’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile.

E. Doebelin: Mesurement systems, Mc Graw Hill;

Pallas-Areny J.G. Webster: Sensors and Signal Conditioning

 Tutorial on Smart sensor systems and sensor networks

L'esame consiste in una prova orale mirata a verificare le competenze sugli argomenti trattati nel corso. Di solito l'esame consiste in tre domande sugli argomenti del corso, tipicamente sulle metodologie di sensing, sull'elettronica di condizionamento e sulle caratteristiche metrologiche dei sensori.

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata — Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento (https://www.cinap.unict.it/content/referenti).

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Sensibilità e risoluzione di un sensore;

Caratteristiche metrologiche di un sensore;

Potenziometri

Strain gauges

RTD

Eletrronica di condizionamento per sensori resistivi

Sensori capacitivi

Sensori induttivi

LVDT

Eletrronica di condizionamento per sensori reattivi

Termocoppie

Sensori piezoelettrici