Sensorteknik (BMEF10)

Transkript

1 Sensorteknik (BMEF10) CHRISTIAN ANTFOLK & JOHAN NILSSON Sensorteknik Kursansvariga: - christian.antfolk@bme.lth.se - johan.nilsson@bme.lth.se Kursadministratör - desiree.jarebrant@bme.lth.se Hemsida : - Christian Johan Désirée 1

2 Sensorteknik Mätning av allt från: tryck, temperatur, hastighet, flöde m.m. lukt, kemisk sammansättning och medicinsk avbildning. Enkla givare - komplexa mätsystem Projektkurs, läsperiod 1 (HT LP1) Sensorteknik Idag Vad är en sensor Behov Kursinformation Projektindelning 2

3 Sensor from Latin sentire to perceive (märka, se, varsebli) Provide us with information about physical and chemical signals Webster s Collegiate Dictionary: A device that responds to a physical (or chemical) stimulus (such us heat, light, sound, pressure, magnetism or particular motion) and transmits a resulting impulse Thus, a sensor can detect an input signal (or energy) and convert it to an appropriate output signal (or energy). Sensorer Från wikipedia: En sensor är ett samlingsbegrepp på en apparat eller anläggning som insamlar, konverterar och i vissa fall distribuerar någon form av stimuli eller data. Våra fem sinnen kan betraktas som olika biologiska sensorer. Ett elektriskt system kommunicerar med omvärlden med hjälp av sensorer och aktuatorer. Nästan alla fysiska egenskaper hos ett material som varierar i förhållande till någon stimulans kan användas för att skapa en sensor. 3

4 Sensorer Sensor (givare) = omvandling av energi till elektriska signaler som t.ex. förstärkas, omvandlas av en elektronisk apparat Tranducer = omvandling från en energi form till en annan Actuator (ställdon) = a transducer that converts electrical, hydraulic, or pneumatic energy to effective motion. Fraden, Handbook of Modern Sensors Physics, Designs, and Applications ISBN Laplante, Electrical Engineering Dictionary, CRC Press Sensorer - princip Princip : fysiskt stimuli -> elektrisk signal Ex. Pressure Temperature Flow Levelx Voltage Current Impedance Fraden, Handbook of Modern Sensors Physics, Designs, and Applications ISBN

5 Sensorer - klassificiering Passiva eller aktiva Ex. termoelement (passiv), termistor (aktiv) Absoluta eller relativa Ex. termistor (absolut), termoelement (relativ) Fraden, Handbook of Modern Sensors Physics, Designs, and Applications ISBN Sensorer - egenskaper Linjär icke linjär, hysteres, mättning, känslighet, noggrannhet, brus, upplösning, bandbredd Fraden, Handbook of Modern Sensors Physics, Designs, and Applications ISBN

6 Sensorer - dynamik Fraden, Handbook of Modern Sensors Physics, Designs, and Applications ISBN Sensorer - mätsystem Ex. Display Feedback 6

7 Mobiltelefon Preemraff Lysekil 11,4 miljoner ton råolja per år 7

8 Destillation 8

9 Tillverkningsindustri Automation Papperproduktion Automation 9

10 ERS-2 ENVISAT enviromental satellite ( ) Temperatur Lufttryck Vindhastighet Fuktighet Läge California fires Chlorophyll Interferogram Ozon 10

11 Satellitpositionering GPS GLONASS Galileo Beidou Novatel OEM

12 Curiosity Mars rover Fordonsindustri 12

13 Fordonsindustrin Fordonsindustrin 13

14 Uber Waymo (google) Hårdvara för autonom körning finns i samtliga bilar. Alla Tesla-bilar som tillverkas i vår fabrik, inklusive Model 3, har all hårdvara som behövs för total självkörningsförmåga med en säkerhetsnivå som är betydligt mycket högre än den för en mänsklig förare. Teslas hemsida Smarta hem 14

15 Smarta hem Point från minut Företag i Malmö Point includes sensors to measure air pressure and quality (using our own patent pending sensor), a microphone array measuring sounds from subhertz to bat-level frequencies, a humidity sensor, a temperature sensor and two processors for analyzing the data. minuts hemsida Robotik NASAs Valkyrie tri-modal (laser, 3D stereo, and video), high-resolution, highdata-rate, and high-accuracy 3D range sensor) anterior hazard cameras, multiple LORD MicroStrain IMU sensors, and ATI Multi-Axis Force/Torque sensors 15

16 Robotik Atlas Boston Dynamics MultiSense SL is a tri-modal (laser, 3D stereo, and video), high-resolution, high-datarate, and high-accuracy 3D range sensor) LIDAR and stereo sensors 16

17 Robotik Sony Aibo (discontinued) Robothusdjur IoT The Internet of Things (IoT) is the inter-networking of physical devices, vehicles (also referred to as "connected devices" and "smart devices"), buildings, and other items embedded with electronics, software, sensors, actuators, and network connectivity which enable these objects to collect and exchange data. Wikipedia IoT är ett begrepp för den utveckling som innebär att maskiner, fordon, gods, hushållsapparater, kläder med mera förses med små inbyggda sensorer och processorer. Detta medför att dessa enheter kan uppfatta sin omvärld, kommunicera med den och på så sätt anpassa sig till sitationer och medverka till att skapa smarta, attraktiva och hjälpsamma miljöer, varor och tjänster. IoT Sverige 17

18 IoT Bestå av mellan miljarder saker år 2020 Sjukvård 18

19 Läkemedelsindustrin Mål: Hög kvalité Låga kostnader Krav: Kritiska parametrar i tillverkningsprocessen mäts i realtid Industry

20 Sensorer - behov Reglerproblemen i pappers & massaindustrin Fråga till driftingenjörer, utvecklings-ingenjörer, systemtekniker och instrumenttekniker på Assidomän samt forskare vid Högskolor och externa konsulter och instrumentleverantörer Sensorer - behov Bättre mätteknik 20

21 Sensorer - behov Sensorer - behov 21

22 Sensorer framtid & marknad Enligt Applied Market Research (AMR) så kommer sensorindustrin att växa med 11.3% per år framtill 2022 År 2022 kommer sensorindustrin att värderas till USD (241 miljarder USD) Sensorer framtid & marknad 22

23 Sensorer framtid & marknad Sensorteknik - målsättning Ge en översikt över de vanligaste metoderna för mätning av icke elektriska storheter. Genomföra ett projektarbete. Fördjupning inom ett givet ämne (givartyp/mätprincip). Experimentell erfarenhet av vanliga givare. Förberedelse av demonstrationer. Ge föreläsning på fördjupningsarbetet Skriva rapport. 23

24 Sensorteknik- kursinformation Kursen "Sensorteknik" ges under höstterminens första läsperiod (HT LP1). Kursen ges i projektform där deltagarna fördjupar sig i och föreläser om var sitt ämne (givartyp och/eller mätmetod) och i samband med föreläsningen demonstrerar någon givartyp eller mätsituation. Efter varje föreläsning kommer presentationen att bedömas både då det gäller innehåll och framförande. För att deltagarna (föreläsarna) skall få ett någorlunda stort auditorium får åhörare tillgodoräkna sig bonuspoäng (0.3 poäng för varje föreläsningstillfälle). I kursen ingår även tre laborationer. Laborationerna ger experimentell erfarenhet av de vanligaste givarna i några olika mätapplikationer: Sensorteknik - laborationer Töjnings- och flödesmätning Temperatur- och varvtalsmätning Sensorer Labbarna kommer att gå i läsvecka 4,5,6 ev 7 24

25 Sensorteknik - kursinformation För att få kursen godkänd utan tentamen (betyg 3) krävs att följande delmoment har genomförts och blivit godkända: 1. Projekt (fördjupning inom ett givet ämne, förberedelse av demonstrationer, föreläsning och rapportskrivning). 2. Laborationer och tillhörande skriftliga eller muntliga kontrollfrågor. 3. Närvaro vid 80% av föreläsningarna under läsveckor 2-7 Sensorteknik - kursinformation En skriftlig tentamen ges i slutet av kursen för de som vill ha betyg 4 eller 5, eller för de deltagare som inte har varit närvarande vid tillräckligt många föreläsningar. Eventuella bonuspoäng kan tillgodoräknas vid första ordinarie tentamenstillfället. Kursansvariga: Johan Nilsson, rum 1342, Christian Antfolk, rum 1330A 25

26 Sensorteknik - kurslitteratur Grahm, Jubrink, Lauber "Modern Industriell Mätteknik" (Finns på KFS) Online resurser: Measurement & Instrumentation Theory and application, Alan S Morris & Reza Langari Sensor Technology Handbook, Jon. S. Wilson Chapter 3: Sensors from Basic Linear Design, Analog Devices Basic Linear Design, Analog Devices Handbook of Modern Sensors - Physics, Designs and Applications, Jacob Fraden Practical Design Techniques for Sensor Signal Conditioning, Analog Devices Measurement, Instrumentation, and Sensors Handbook, 2nd ed John G Webster, Halit Eren Sensorteknik - föreläsningsplan Föreläsningsplan läsvecka 1-2: Tis 29-aug E:1328 Introduktion, indelning i projektgrupper. Ons 30-aug E:1328 Gruppindelning, allmänt om sensorer. Tor 31-sep Ingen föreläsning Tis 5-sep E:1328 Arduino, anpassning Christian Antfolk Ons 6-sep E:1328 Föreläsningsteknik Torgny Roxå Tor 7-sep E:1328 Ingen föreläsning Därefter föreläsningar av kursdeltagare. Schema sammanställs under första läsveckan. Tis 12-sep E:1328 Olle Hydbom Tis 3-okt E:1328 Lars Palm, TetraPak 26

27 Sensorteknik - projekt 1. Trådtöjningsgivare 2. Piezoelektriska och magnetostriktiva givare 3. Mikrosensorer (mikromekanik) 4. Ljus och optisk mätteknik 5. Längd, läge, position och tjocklek 6. Hastighet,varvtal och vridmoment 7. Kraft, massa, densitet och nivåmätning 8. Tryck i vätskor och gaser, fuktighetsmätning 9. Mekaniska vibrationer, acceleration och ljudmätning 10. Flöde i gaser och vätskor, viskositet 11. Temperaturmätning 12. Kemiska givare, biosensorer 13. Ultraljud och icke förstörande provning 14. Miljömätteknik 15. Medicinsk mätteknik 27