Název:	Elektrické převodníky fyzikálních veličin
Zkratka:	EPV
Typ:	povinný pro obor ME, povinně volitelný pro obor PI
Rozsah:	14 týdnů, týdně 3 hodiny přednášek + 2 hodiny laboratorních cvičení pro obor ME 14 týdnů, týdně 2 hodiny přednášek + 2 hodiny laboratorních cvičení pro obor PI
Způsob ukončení:	zkouška
Katedra:	katedra elektrotechniky a elektromechanických systémů FM TUL
Přednášející:	Prof. Ing. Jaroslav Nosek, CSc.

 
Stručná anotace předmětu:

Cílem předmětu je získat teoretické poznatky a praktické dovednosti z oblasti speciálních elektrických převodníků fyzikálních veličin a mikroelektromechanických systémů. Předmět se zaměřuje na tři oblasti převodníků, resp. systémů: a) piezoelektrické převodníky (rezonanční a aperiodické), aktuátory vyžívající vlastností materiálů pevné fáze, piezoelektrické rezonátory, b) piezorezistivní převodníky (senzory), c) inteligentní snímače včetně mikroelektromechanických systémů (MEMS)

 
Témata přednášek:

Úvod. Nové směry ve vývoji senzorů a akčních členů. Senzor a akční člen jako části regulačního obvodu.

I. Piezoelektrické převodníky fyzikálních veličin.

1. Piezoelektrické látky. Struktura krystalů.

2. Elastické, piezoelektrické a dielektrické vlastnosti piezoelektrických látek.

3. Lineární piezoelektrické stavové rovnice.

4. Materiálové konstanty vybraných piezoelektrických látek.

5. Využití vlastností piezoelektrických látek.

II. Akční členy

1. Konvenční elektromechanické měniče.

2. Aktuátory pevné fáze, principy.

3. Aktuátory řízené elektrickým polem.

4. Aktuátory řízené světlem.

5. Ultrazvukové piezoelektrické motorky.

6. Materiály aktuátorů pevné fáze a jejich vlastnosti.

7. Kontrukční možnosti využití takových vlastností.

III. Piezoelektrické rezonátory

1. Rezonátory využívající objemových akustických vln. Základní mody kmitů piezoelektrické tyčinky.Podélné kmity tyčinky. Elektrický náhradní obvod piezoelektrického rezonátoru. Kontrukční provedení piezoelektrické krystalové jednotky.

2. Vlivy působící na rezonanční kmitočet piezoelektrických rezonátorů. Nelineární jevy a jejich důsledky v elektronických obvodch, resp. jejich využití pro funkci senzorů.

3. Rezonátory a zpožďovací linky využívající povrchových akustických vln.

4. Aplikace rezonátorů jako senzorů vybraných veličin. Převod fyzikální, mechanické, resp. chemické veličiny na kmitočet. Teploměry s křemenným krystalem. Převodníky síly, zrychlení, mechanického napětí a tlaku. Senzory viskoelastických vlastností kapalin, chemických a biologických veličin.

IV. Aperiodické piezoelektrické senzory

Princip. Elektronický obvod pro zpracování naměřené veličiny. Kontrukční uspořádání. Oblasti použití.

V. Piezorezistivní senzory

Piezorezistivní efekt. Senzory vybraných mechanických veličin. Kontrukční uspořádání senzorů.

VI. Inteligentní senzory

1. Rozdělení. Charakterizace a požadavky na inteligentní senzory.

2. Hlavní části inteligentních senzorů.

3. Technologie výroby.

4. Polovodičové inteligentní senzory vybraných veličin. Konstrukční uspořádání.

VII. Mikroelektromechanické systémy (MEMS)

1. Charakteristika MEMS.

2. Struktura mikrosystému se senzory a aktuátory.

3. Řízení distribuovaných MEMS.

 
Náplň cvičení:

Zobecnění popisu systémů různé fyzikální podstaty. Transformace mechanických systémů na elektrické a naopak. Matematický model těchto systémů. Simulace na PC.

Měření parametrů elektrického náhradního obvodu piezoelektického rezonátoru. Simulace parametrů elektrického náhradního obvodu piezoelektrického rezonátoru na PC.

Měření teploty. Proximitní senzory.

Měření polohy a zrychlení. Měření deformace, sily a zrychlení.

Speciální senzory. Ultrazvuk. Tlak, proudění.

Senzory proudění a průtoku, srovnání principů, využití piezoelektrických budičů a přijímačů.

Piezoelektrické aktuátory. Piezoelektrický ultrazvukový motorek a jeho řízení.

Vyhodnocení samostatných prací.

 
Literatura:

[1] Ďaďo,S., Kreidl,M.: Senzory a měřicí obvody. ČVUT Praha, 1999

[2] Zelenka,J.: Piezoelektrické rezonátory a jejich použití. Academia, Praha 1986

[3] Nosek,J .: Nelineární jevy křemenných piezoelektrických rezonátorů. Vyjde v roce 2002.

[4] Uchino,K.: Ferroelectric Devices. Marcel Dekker, Inc., New York-Basel 2000

 
Prerekvizity: -

Navazující:    -

 
Datum poslední změny: 8.11.2001