Anturi- ja vahvistintekniikkaLaajuus (3 op)

Osaamistavoitteet

Opiskelija oppii ja osaa mittaustekniikan perustoiminnot sekä erilaisten anturien rakenne- ja toimintaperiaatteet. Opiskelija tuntee vahvistimien perusparametrit ja osaa mitoittaa yleisimmät operaatiovahvistinkytkennät. Tärkeimmät anturisovellukset käsitellään. Opiskelija tuntee käsitteet lineaarisuus, offset- tasot, kalibrointimenetelmät, anturin mittauskohinaa ja epätarkkuustekijöitä eri tilanteissa. Opiskelija hallitsee elektronisten anturi-ilmiöiden toimintaperiaatteet sekä eri anturisovellusten valintakriteerit. Opiskelija kykenee suunnittelemaan anturipohjaisen järjestelmän, joka voidaan kytkeä mittausjärjestelmän sähköiseen väylään.

Sisältö

1. Mittausjärjestelmän perusteet: mittausjärjestelmän rakenne, lineaarisuus, anturivasteet, systemaattinen virhe, sähköiset standardiviestit, hystereesi, kalibrointi, AD- muunnin
2. Operaatiovahvistimella toteutetut vahvistinkytkennät ja operaatiovahvistinten epäideaalisuudet
3. Komparaattorit
4. A/D-muuntimet
5. Anturiperiatteet: resistiiviset anturit, kapasitiiviset anturit, optiset anturit, pietsoresistiivisyys ja venymäliuska-anturit, termistorit,
6. Sähköiset mittauskytkennät: erilaiset resistiiviset mittasillat, nelipistemittaus, jännitejakajat,
7. Anturisovelluksia tekniikassa: kiihtyvyysanturi, kallistusanturi, paineanturi, Hall- anturit, lämpösähköanturit, pietsosähköiset kiteet, pyrosähköiset anturit, valosähköiset anturit, ultraäänianturit

Esitietovaatimukset

Sähköoppi
Digitaalitekniikka (piirit),
Elektroniikan komponentit

Arviointikriteerit, tyydyttävä (1)

1. Opiskelija ymmärtää tyypillisen mittausjärjestelmän osat. Opiskelija osaa määritellä peruskäsitteet signaalinkäsittelyssä.
2. Opiskelija osaa analysoida yleisimmät operaatiovahvistinkytkennät
3. Opiskelija osaa perusteet tärkeimmistä anturointi-ilmiöistä kuten resistiiviset ja pietsosähköiset anturit.
4. Osaa perusperiaatteet tärkeimmistä tekniikan anturimittaussovelluksista: etäisyyden määritys, paikan määritys, voiman mittaus, kallistuskulman määritys, lämpötilan mittaus, paineen mittaus

Arviointikriteerit, hyvä (3)

1. Osaa havaita ja määritellä mahdolliset häiriötekijät kuten saturaation, hystereesin, lämpötilan muutosvaikutukset niiden esiintyessä. Osaa ottaa huomioon ja tarvittaessa eliminoida anturin ja sen tuntoelimen vaikuttavat ympäristötekijät.
2. Hallitsee ja osaa yleisimmät anturointi-ilmiöt kuten resistiivisyys, optiset anturit, pietsoresistiivisyys, pietsosähköisyys, magnetoresistiivisyys, etc
3. Osaa kaikki resistiiviset siltakytkennät ja niiden toimintaperiaatteet. Hallitsee nelipistemittauksen kytkemisen vakiovirtalähdettä käyttäen.
4. Opiskelija osaa mitoittaa operaatiovahvistimen toimimaan vahvistimena ja komparaattorina.
5. Opiskelija osaa analysoida yleisimpien A/D-muunninten toiminnan.
6. Osaa ja ymmärtää kapasitiivisen kiihtyvyys- ja kallistusanturin toimintaperiaatteen. Osaa ja ymmärtää painemittauksen periaatteet paine-eroa mittaavissa ja absoluuttista painetta mittaavissa tilanteissa.

Arviointikriteerit, kiitettävä (5)

1. Osaa ja ymmärtää mittausjärjestelmän kokonaisuuteen vaikuttavat tekijät. Osaa ja hallitsee mittausvirheeseen vaikuttavien tekijöiden huomioimisen mittaussysteemissä.
2. Osaa ja hallitsee kaikki oleelliset anturi-ilmiöt. Osaa huomioida niiden rajoitukset ja käyttötarkoitukset eri mittaustilanteissa.
3. Osaa ja ymmärtää monesta erilaisesta anturista koostuvan järjestelmän toimivuuden ja mahdollisen lisäarvon.

Lisätiedot

Opiskelijoita jotka ovat kiinnostuneita laiteläheisestä elektroniikkasuunnittelusta, rohkaistaan ottamaan opintoja elektroniikan koulutusohjelman tarjonnasta, erityisesti virtapiirien suunnittelun ja laskennan opintojaksoista.