BME VIK - Szenzorok rendszertechnikája

3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Géczy Attila,

A tantárgy tanszéki weboldala https://www.ett.bme.hu/oktatas

4. A tantárgy előadója Dr. Géczy Attila, habil. egyetemi docens, ETT
Dr. Harsányi Gábor, egyetemi tanár, ETT
Dr. Farkas Csaba, adjunktus, ETT
Dr. Bonyár Attila, egyetemi docens,

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Mikroelektronika, Elektronikai Technológia

6. Előtanulmányi rend

Kötelező:

NEM
(TárgyEredmény( "BMEVIETMA02", "jegy" , _ ) >= 2
VAGY
TárgyEredmény("BMEVIETMA02", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

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

Ajánlott:
-

7. A tantárgy célkitűzése A tárgy célja megismertetni a hallgatókkal a villamos és optikai jeleket szolgáltató érzékelők és beavatkozók főbb típusait, működésük alapelveit, a technológiáikat és alkalmazási lehetőségeit.
A technológiai alapokon felül a tárgy valós példákon keresztül, széles spektrumban mutatja be a szenzorok hasznosulását és alkalmazási lehetőségeit.

8. A tantárgy részletes tematikája A hallgató a tárgy folyamán megismerkedik a szenzorokkal kapcsolatos alapfogalmak rendszerével. Az előállítási technológiák mellett az eszközstruktúrák is bemutatásra kerülnek. A technológiai megoldások példáján keresztül bemutatásra kerülnek az alapeffektusok a hőmérséklet, mechanika, sugárzás és kémiai eseteken keresztül. A beavatkozók áttekintésével egészül ki a technológiai megoldások elemzése. A hallgatók a tárgyat a rendszertechnikai alapok megismerésével folytatják. Ezek után bemutatásra kerülnek az orvosi, autóipari, gyártósori és kommerciális alkalmazási lehetőségek. A tárgy esettanulmányok és konkrét megoldások bemutatásával is szemlélteti az alkalmazás módszertanát, valamint a szenzorokban rejlő rendszerszintű lehetőségeket.

Előadások:
1.   Érzékelőkkel kapcsolatos alapfogalmak: az érzékelők fogalma, felosztása, jellemzői, intelligens és integrált érzékelők, újszerű követelmények.
2.   Előállítási technológiák. Speciális anyagtípusok és technológiák (a szilícium anizotróp maratása, a felületi mikromegmunkálás). Szervetlen és polimer rétegek leválasztása.
3.   Eszközstruktúrák az érzékelőkben: Impedancia szerkezetek, félvezető eszközök, kalorimetrikus, rezonátor és száloptikai típusok.
4.   Alapeffektusok: A hőmérséklet hatásai: termorezisztív és termoelektromos, piroelektromos effektus. Mechanikai feszültség és deformáció hatásai: piezoelektromos, piezorezisztív effektus, kapacitásváltozás, elektretek alkalmazása. Hagyományos mechanikai érzékelő típusok: elmozdulás, deformáció, erő-, nyomás- és gyorsulásérzékelők. Szilícium alapú erő-, nyomás- és gyorsulásérzékelők, a hőfokkompenzálás kérdései.
5.   Sugárzásérzékelők: termikus típusok és foton-detektorok. A mágneses tér hatásai: töltéseltérítés Hall-effektus, magnetorezisztív effektus.
6.   A kémiai jelátalakítás molekuláris kölcsönhatásai: adszorpció, abszorpció, ionkicserélődés, a kémiai optikai jelátalakítás lehetőségei, biokatalitikus folyamatok. Félvezető oxid alapú vékony- és vastagréteg gázérzékelők, a működés alapjai, jellemzők. Szilícium alapú kémiai érzékelő eszközök: gázérzékelő és ion-érzékelő FET-ek. A szelektív kémiai érzékelés problematikája, lehetséges megoldásai.
7.   A beavatkozók (aktuátorok) felosztása, működése. Piezoelektromos beavatkozók, mozgatók. Szervomotorok, léptetőmotorok. Magnetosztrikciós aktuátorok.
8.   A mikromechanika alapjai elektrosztatikus mikromotorok, szilícium alapú mikroaktuátorok, szelepek, optikai eltérítők, összetett beavatkozó rendszerek. Mikro-elektromachanikai rendszerek (MEMS).
9.   Rendszertechnikai alapok. Analóg szenzorok illesztése. Digitális szenzorok illesztése és kódolási módszerek. Speciális jelátviteli módszerek (fény, rádiófrekvencia). Távadók - analóg/digitális.
10.   Rendszertechnikai alapok, szenzorok vezetékes és vezeték nélküli kommunikációja.
11.   Környezetvédelem és biztonság autóelektronikai érzékelőkkel megvalósítva; ABS, ASR, ESP; Gépjárművek káros anyag kibocsátásának szabályozása, előírások, lambda szondás szabályozási kör; Részecskeszűrők. Esettanulmány.
12.   Termikus érzékelők és alkalmazásaik; Kontakt és kontaktmentes hőmérők; Különböző gyártók termékeinek bemutatása. Ismerkedés a mérőeszközökkel.; Hőmérő elemek az elektronikai gyártástechnológiában;
13.   Nyomásmérők és alkalmazásaik, aktuátorok és nyomásmérők fúziója;

Gyakorlatok:
1.   Érzékelők orvosbiológiai alkalmazási példái.
2.   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).
3.   eCall a gépjárművekben - vonatkozó szenzortechnika és alkalmazástechnika. Esettanulmányok, újszerű megoldások az automotive érzékelés területén.
4.   Szenzorok a háztartásban és a szórakoztatóiparban. Szenzorfúzió. Okostelefon szenzorrendszere. A szenzorok és a videojáték kapcsolódási pontja.
5.   Ipari szenzorok esettanulmányai – munkavédelmi megoldások.
6.   Ipari szenzorok esettanulmányai – kutatási eredményeink modern gyártási környezetből.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Két órás előadások és két órás tantermi gyakorlatok.

10. Követelmények A szorgalmi időszakban: Az aláírás megszerzésének feltétele a tantermi gyakorlatokon való legalább 70%-os részvéte, és egy darab összegző értékelés legalább elégséges szintű teljesítése.
A vizsgaidőszakban: A tantárgy írásbeli vizsgával zárul.

11. Pótlási lehetőségek A TVSZ szerint, az összegző értékelés pótlására, javítására egyszeri lehetőség biztosított. Pót-pótzárthelyi csak a korábbi zárthelyik teljesítésének alacsony sikeressége (kevesebb, mint kétharmad) esetén biztosított.

12. Konzultációs lehetőségek A félév során igény szerint.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom Harsányi G., Bojta P., Gordon P., Lepsényi I., Ballun G.: SensEdu – an Internet-Based Short Course in Sensorics, http://www.ett.bme.hu/
Hahn E., Harsányi G., Lepsényi I. és Mizsei J. (szerk: Harsányi, G.): Érzékelők és beavatkozók, BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar, 1999.
Lambert M., Szenzorok - elmélet és gyakorlat, IM Kiadó és Mérnöki Iroda Kft., 2009.

további irodalom:

Webster John G., Measurement, Instrumentation, and Sensors Handbook, Taylor & Francis, 2014.
Bosch, Automotive Handbook, 11th Edition, John Wiley & Sons, 2022

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

Kontakt óra	42
Félévközi készülés órákra	14+14
Felkészülés zárthelyire	20
Házi feladat elkészítése	0
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása	10
Vizsgafelkészülés	50
Összesen	150

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. Harsányi Gábor, egyetemi tanár, BME-ETT
Dr. Géczy Attila, habil. egyetemi docens, BME-ETT