Elektronikai Technológia és Anyagtudomány, Szenzorok Működése és Technológiái, Digitális Technika, Elektronika, Mikroelektronika

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

A tantárgy a „Szenzorok működése és technológiái” tárgyra alapozva mutatja be a szenzorok alkalmazási lehetőségeit. A tárgy célkitűzése, hogy a valós példákon keresztül, széles spektrumban mutassa be a szenzorok hasznosulását és alkalmazási lehetőségeit a különböző elektronikai berendezésekben.

A hallgató a tárgy folyamán megismerkedik a rendszertechnikai alapokkal, az intelligens szenzorokkal, az orvosi, autóipari, gyártósori és kommerciális alkalmazási lehetőségekkel, valamint a szenzorhálózatok felépítésével. A tárgy esettanulmányok és termékek bemutatásával is szemlélteti az alkalmazás módszertanát, valamint a szenzorokban rejlő alkalmazási lehetőségeket.

Rendszertechnikai alapok (1 hét):

1. hét: Analóg szenzorok illesztése. Digitális szenzorok illesztése és kódolási módszerek. Speciális jelátviteli módszerek (fény, rádiófrekvencia). Távadók - analóg/digitális. Buszrendszerek és kódolási módszerek részletei. CAN, LIN, Delta, FlexRay, USB, ethernet, wireless (pl. RFID, Zigbee)

Intelligens szenzorok, orvosi alkalmazások (4 hét)

2. hét: Szenzorok intelligenciájának jellemzői, hitelesítés, önkalibrálás, jel-digitalizálás, előfeldolgozás, zavarmentesítés, műtermékek eltávolítása, adaptivitás, rekonfigurálhatóság, adattömörítés, kommunikációs képesség.  Mért jelek előfeldolgozásánál alkalmazható módszerek, digitális és analóg integrált processzálási lehetőségek, önkalibráló A/D átalakítók áramköri megoldásai.

3. hét: A mért jelek feldolgozásánál alkalmazható jel-kondicionálások összevetése, frekvencia-szűrések, idő-frekvencia transzformációk; esettanulmányok. Telemetrikus rendszerek a távgyógyászatban, mobil-hálózatra és Internetre épülő rendszerek, már működő rendszerek és problémáik; adatbázisok, szakértői rendszer létrehozása.

4. hét: Multimédia-processzálás távgyógyászati érzékelő hálózatokban. Feldolgozás-particionálás széleskörű osztott szenzorhálózatok esetén. Gyógyászatban alkalmazott intelligens érzékelők, pulzus-, vérnyomás-, ECG-távmérés, anemométerek, vér-oximéterek, tapintó-érzékelők. Testszövetbe helyezett szenzorok felépítése és kommunikációs elektronikája, implantált érzékelők energiaellátása, erőmérésre alkalmazott implantált érzékelők, egy- és többutas adatforgalmi megoldások, protokollok.

5. hét: Képalkotó eljárások a gyógyászatban. Tomográfiás és transzmissziós eljárások. Röntgen, MRI, CT, PET. Az ultrahang orvosi alkalmazásai. Ultrahang a képalkotásban és az áramlásvizsgálatban. Echokardiográfia. Spirometria.

Autóelektronika (3 hét)

6. hét: Elektronika a gépjárművekben; Szenzorok és aktuátorok az autóelektronikában - történeti áttekintés; Trendek és jövőkép: az intelligens autó; Autóelektronikai típuspéldák, és alkalmazásaik. A példák elhelyezkedése egy autó rendszerében (pl. gyorsulásérzékelők, kopogásérzékelők, szögsebesség-érzékelők, OBD fedélzeti diagnosztika, a motor érzékelői és aktuátorai: gyújtás és légmennyiség érzékelés).

7. hét: Környezetvédelem és biztonság autóelektronikai érzékelőkkel megvalósítva. ABS, ASR, ESP. Gépjárművek károsanyag-kibocsátásának szabályozása, előírások, lambda szondás szabályozási kör, részecskeszűrők. Aktuátorok az autóelektronikában: egyenáramú motorok, ablakemelő, tükör-állító, ülés pozíció-állító, pillangó szelep-vezérlő, üzemanyag szivattyú, fűtőventilátor.

8. hét: Váltakozó áramú motor, hűtőventilátor, START-STOP rendszer indító-generátora. Lineáris motorok. Léptetőmotor: a műszerfal mutatós kijelzői, CD játszó mechanika.

Ipari szenzorika (2 hét)

9. hét: Termikus érzékelők és alkalmazásaik. Kontakt és kontaktmentes hőmérők. Hőmérő elemek illesztése - kapcsolási példák. Hőmérő elemek az elektronikai gyártástechnológiában, hőelem típusok, tokozási módszerek. Különböző gyártók termékeinek bemutatása. Nyomásmérési módszerek és alkalmazásaik. Nyomás- és átfolyásmérők: gyártók, típusok, paraméterek, illesztési módszerek.

10. hét: Esettanulmány: nyomásmérés és gőz identifikáció a gőzfázisú forrasztóállomásban. Érzékelők az elektronikai gyártósoron. AOI, AXI, SPI módszerek. Rétegvastagság mérése. Logisztikai megoldások szenzorok segítségével (barcode, QR-code, automatizált kanban módszerek).

Szenzorok a mindennapokban (1 hét)

11. hét: Szenzorok a háztartásban. Okos háztartási eszközök; vagyonvédelmi riasztó fejlesztésének típuspéldái. Szenzorok a mindennapos szórakoztató elektronikában. Okostelefon szenzorrendszere. Megjelenítők érzékelői. Számítástechnikai-perifériák új korszaka. Mozgásérzékelős irányítók. Típuspéldák: Wii, Kinect.

Szenzorhálózatok (3 hét)

12. hét: Szenzorok hálózatba kapcsolása (előnyök, műszaki feltételek, akadályok). Intelligens szenzorok felépítése (speciális hardver, erőforrás-takarékos operációs rendszer, időszakos működés).

13. hét: Kommunikációs megoldások (vezetéknélküli hálózat, többesadás /multicast/ és egybeadás /concast/ kommunikációs modellek).

14. hét: Szenzorok helyi együttműködése (adat-előfeldolgozás, adat-aggregáció a sávszélesség-takarékos továbbítás érdekében). P2P alkalmazások.

Gyakorlatok tematikája:

Gyakorlat I - Intelligens szenzorok, orvosi alkalmazások: A mért jelek feldolgozásánál alkalmazható jel-kondicionálások összevetése, frekvencia-szűrések, idő-frekvencia transzformációk; esettanulmányok.

Gyakorlat II – Rendszertechnikai alapok: Buszrendszerek és kódolási módszerek. CAN, LIN, Delta, FlexRay, USB, ethernet, wireless (pl. RFID, Zigbee).

Gyakorlat III - Autóelektronika: Autóelektronikai típuspéldák, és alkalmazásaik. A példák elhelyezkedése egy autó rendszerében (pl. gyorsulásérzékelők, kopogásérzékelők, szögsebesség-érzékelők, OBD fedélzeti diagnosztika, a motor érzékelői és aktuátorai: gyújtás és légmennyiség érzékelés).

Gyakorlat IV – Ipari szenzorika: Hőmérő elemek illesztése - kapcsolási példák. Különböző gyártók termékeinek bemutatása. Ismerkedés a mérőeszközökkel.

Gyakorlat V – Ipari szenzorika: Esettanulmány - nyomásmérés és gőz identifikáció a gőzfázisú forrasztó kemencében.

Gyakorlat VI – Szenzorok a mindennapokban: Vagyonvédelmi riasztó fejlesztésének típuspéldája. Mozgásérzékelős irányító fejlesztésének típuspéldája.

Gyakorlat VII - Szenzorhálózatok: Kommunikációs megoldások (vezetéknélküli hálózat, többesadás /multicast/ és egybeadás /concast/ kommunikációs modellek vizsgálata).

A szorgalmi időszakban: Egy sikeres nagyzárthelyi megírása a 9. héten.

A vizsgaidőszakban: A tantárgy írásbeli vizsgával zárul

A szorgalmi időszakban és a pótlási héten lehetőséget adunk a nagyzárthelyi pótlására.

Igény szerint, egyeztetett időpontban az oktatónál.

A tantárgyhoz írott jegyzetek:

SensEdu internetes előadásanyag: http://www.ett.bme.hu/sensedu/

Hahn E., Harsányi G., Lepsényi I. és Mizsei J. (szerk: Harsányi, G.): Érzékelők és beavatkozók, BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar, 1999. (55048)

Lambert Miklós: Szenzorok - elmélet és gyakorlat: 2009. ISBN 13:9789638740113

Harsányi G.: Érzékelők az orvosbiológiában, BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar, Orvosbiológiai Mérnökképzés, OBMK, 1998.

Sensors and Actuators c. folyóirat egyes kimásolt cikkei

Andrzej Handkiewicz: Mixed Signal Systems, Wiley Interscience, 2001, London

Randy Frank: Smart Sensors, Artec House 2001, Boston,

A. C. Norris: Essential of Telemedicine and Telecare, J. Wiley, 2002, London

F. B. Barth, et al.: Sensors and sensing in Biology and Engineering, Springer Verlag, 2002, Wien, New York,