Датчики в радіоелектронних пристроях

Мета дисципліни: ознайомлення студентів з сучасними досягненнями в області створення електронних датчиків як засобів збору даних. Вивчення основних фізичних принципів які лежать в основі роботи сенсорів та процесів, що відбуваються в них. Отримання здобувачами навичок використання сучасних програмних засобів для отримання та аналізу результатів вимірів, які відображаються в результаті роботи різноманітних детекторів. Ознайомлення з матеріалами, які є базою для виготовлення датчиків і основними технологіями їх виготовлення.

Завдання дисципліни:    сформувати у студентів розуміння місця і ролі первинних датчиків в сучасних радіоелектронних системах, пристроях, приладах. Навчити здобувачів фізичним принципам, які лежать в основі роботи датчиків і процесів, що відбуваються в процесі відгуку сенсорів. Надати студентам стійких знань для використання сучасних програмних засобів, за допомогою яких, здійснюється аналіз вимірювань фізичних величин датчиками, моніторинг роботи складних систем, які містять велику кількість датчиків, для збору різноманітних характеристик досліджуваних об’єктів.

Основні результати навчання 
 
Уміти застосовувати базові знання основних нормативно-правових актів та довідкових матеріалів, чинних стандартів і технічних умов, інструкцій та інших нормативно-розпорядчих документів у галузі електроніки та телекомунікацій.

Уміти проектувати, в т.ч. схемотехнічно нові (модернізувати існуючі) елементи (модулі, блоки, вузли) телекомунікаційних та радіотехнічних систем, систем телевізійного й радіомовлення тощо.

Здатність знаходити, оцінювати і використовувати інформацію з різних джерел, необхідну для розв’язання професійних завдань, включаючи відтворення інформації через електронний пошук;

В результаті вивчення дисципліни студент повинен знати:
фізичні процеси, що лежать в основі роботи різних сенсорів;
класифікацію первинних датчиків, їх основні характеристики та особливості застосування;
основні типи напівпровідникових та інших структур, що використовуються для сенсорів, а також їх властивості;
характеристики та методи вимірювань і аналізу даних, отриманих з допомогою датчиків.
На основі отриманих теоретичних знань студент повинен вміти:
самостійно пояснювати принципи роботи сенсорів;
калібрувати датчики для вирішення конкретних завдань електроніки;
аналізувати результати вимірів, отриманих за допомого сенсорів, розуміти основні параметри та характеристики сенсорів;
вибирати потрібні датчики для конкретних задач радіоелектроніки, враховуючи їхні характеристики, приналежність до відповідного класифікаційного класу.
 
 
Форми організації освітнього процесу та види навчальних занять
 
Л – лекційні заняття; ЛР – лабораторна робота; СРЗ – самостійна робота здобувача вищої освіти; МКР – модульна контрольна робота; К – консультації.
 
 
Тематика та види навчальних занять
 
1 тиждень
Л 1. Вступ до предмету. Датчики як засоби збору даних. Класифікація датчиків. Одиниці вимірювання.
ЛР 1.1 Вивчення методів вимірювання температури.
СРЗ.
 
2 тиждень
Л 2. Характеристики датчиків. Передаточна функція. Діапазони вимірювань вхідних і вихідних значень. Точність вимірювань датчиків. Калібрування.
ЛР 1.2. Порівняльний аналіз основних статичних характеристик датчиків (на прикладі датчиків температури)
СРЗ. К.

3 тиждень
Л 3. Фізичні принципи роботи датчиків. Фізичні принципи, які лежать в основі роботи датчиків. Електричні заряди, поля, потенціали. Ємності. Магнетизм. Індукція. Опір. Пєзоелектричний ефект. Піроелектричний ефект. Ефект Холла. Ефекти Зеебека і Пельтьє.
ЛР 2.1. Вивчення принципів підключення та роботи систем зняття інформації з датчиків на прикладі поля терморезисторів. 
СРЗ. К.
 
4 тиждень
Л 4. Датчики температури. Світлове випромінювання. Динамічні моделі чутливих елементів. Оптичні компоненти датчиків. Радіометрія. Фотометрія. Електрооптичні і акустооптичні модулятори. Інтерферометрична оптоволоконняа модуляція.
ЛР 2.2. Вивчення роботи і дослідження характеристик тензорезисторів 
СРС. К.

5 тиждень
Л 5. Інтерфейсні електронні системи. Вхідні характеристики інтерфейсних систем. Підсилювачі. Аналого-цифрові перетворювачі (АЦП). Мостові схеми. Пряма дискретизація і обробка сигналів. Шуми в датчиках.
ЛР 3. Вимірювальні мости
СРЗ. К.

6  тиждень
Л 6. Детектори присутності і руху об’єктів. Ультразвукові, мікрохвильові, ємнісні, електростатичні та оптоелектронні датчики.
ЛР 4.1 Вивчення роботи та дослідження характеристик сенсорів переміщення 
СРЗ. К.
 
7 тиждень
Л 7. Детектори положення, переміщення, рівня. Потенціометричні, гравітаційні, ємнісні, індуктивні і магнітні датчики. Ультразвукові та оптичні датчики. Радари.
ЛР 4.2 Вивчення роботи та дослідження характеристик сенсорів переміщення. 
СРЗ. К.
 
8 тиждень
Л 8. Датчики сили, механічної напруги, прискорення. Датчики тиску. Тензодатчики. П’єзоелектричні датчики сили. Ртутні датчики тиску. Сильфони, мембрани і струми пластини. П’єзорезистивні, ємністі, оптоелектронні та датчики змінного магнітного опору. Вакуумні датчики.
МКР№1.
СРЗ. К.

9 тиждень
Л 9. Витратоміри. Датчики швидкості потоку. Теплові, ультразвукові, електромагнітні. коріолісові витратоміри. Мікровитратоміри. Детектори вимірювання швидкості потоку.
ЛР 5. Вивчення роботи і дослідження характеристик мікромеханічного датчику тиску 
СРЗ. К.

10 тиждень
Л 10. Акустичні датчики. Резистивні, електростатичні, оптоволоконні, п’єзоелектричні мікрофони. Твердотільні акустичні детектори.
ЛР 6.1. Вивчення роботи і дослідження характеристик перетворювача Холла 
СРЗ. К.

11 тиждень
Л 11. Датчики вологості. Датчики вологості і вмісту води. Гігрометри і психрометри. Ємнісні і термісторні датчики вологості. Оптичні та вібраційні гігрометри.
ЛР 6.2. Дослідження первинних перетворювачів для визначення витрат води (вимірювач швидкості течії електромагнітного типу Model 801) та швидкості повітря (Pro Micro ATmega32U4 5V 16 МГц.) 
СРЗ. К.

12 тиждень
Л 12. Детектори світлових випромінювань. Фотодіоди, фоторезистори, фототранзистори. Детектори ІЧ-випромінювань.
ЛР 7.1. Вивчення роботи датчиків вологості.
СРЗ. К.

13 тиждень
Л 13. Детектори радіоактивних випромінювань. Сцинтиляційні детектори. Іонізаційні та пропорційні камери. Лічильники Гейгера-Мюллера. Напівпровідникові детектори радіоактивності.
ЛР 8.1. Дослідження ІЧ- трансиверу (приймач-передавача)
СРЗ. К.

14 тиждень
Л 14. Датчики температури. Терморезистивні датчики. Термоелектричні контактні датчики. Напівпровідникові датчики температури на основі p-n переходів. Оптичні, акустичні, п’єзоелектричні датчики температури.
ЛР 8.2. Дослідження ІЧ- трансиверу (приймач-передавача)
СРЗ. К.

15 тиждень
Л 15. Хімічні датчики, їх характеристики та особливості застосування. Датчики прямої дії. (метал-оксидні, електрохімічні, потенціометричні, кондуктометричні, ампереометричні, каталімаричні детектори).Складні датчики. Каталітичні датчики Пелістера. Оптичні хімічні датчики. Біохімічні датчики. Хімічні детектори в складі аналітичних приладів.
МКР№2.
СРЗ. К.
 
 
Самостійна робота 

Самостійна робота складає 75 годин. Розподіл самостійної роботи за видами навчальних робіт: підготовка до лекційних занять – 30 годин;  підготовка до лабораторних занять – 30 годин, підготовка до іспиту – 15 годин.
 
 
Процедура оцінювання
 
Система оцінювання рівня навчальних досягнень ґрунтується на принципах ЄКТС та є накопичувальною. Для забезпечення оперативного контролю за успішністю та якістю рівня навчальних досягнень здобувачів вищої освіти дисципліна поділяється на два семестрові модулі. Здобувачі протягом семестру готуються до лекційних та лабораторних занять, виконують 2 модульні контрольні роботи. Модульні контрольні роботи №1 та №2 виконуються у письмовій формі. Модульна робота складається з теоретичної частини (13 тестових запитань) та практичної частини (7 завдань). Відповідь на кожне тестове запитання оцінюється максимум в 1 бал. Правильне виконання практичного завдання оцінюється від 1-го до 4-ох балів відповідно від ступеню складності завдання. Сумарно практична частина оцінюється в 17 балів. Кожний модуль оцінюється у максимально можливі 50 балів:
Семестровий модуль № 1
ЛР 1. Оцінка за виконання – 5 балів (2 тиждень).
ЛР 2. Оцінка за виконання – 5 балів (3 тиждень).
ЛР 3. Оцінка за виконання – 5 балів (5 тиждень).
ЛР 4. Оцінка за виконання – 5 балів (7 тиждень).
МКР №1. Модульна контрольна робота – 30 балів (8 тиждень). 
Перескладання можливе протягом 9-10 тижнів за розкладом консультацій.
Семестровий модуль № 2
ЛР 5. Оцінка за виконання – 5 балів (9 тиждень).
ЛР 6. Оцінка за виконання – 5 балів (11 тиждень).
ЛР 7. Оцінка за виконання – 5 балів (13 тиждень).
ЛР 8. Оцінка за виконання – 5 балів (15 тиждень).
МКР №2. Модульна контрольна робота – 30 балів (15 тиждень).
Максимальна оцінка за повний обсяг виконаних навчальних елементів дисципліни – 100 балів. 
 
Підсумковий контроль має форму усного екзамену за екзаменаційними білетами. Максимальна оцінка за правильні відповіді на всі питання екзаменаційного білету становить 100 балів.

Умови допуску до підсумкового контролю
 
До екзамену допускаються здобувачі вищої освіти, які виконали всі види навчальних елементів навчальної дисципліни на не менш, ніж на 60 %.

Екзамен відбувається за всіма тематичними (змістовними) модулями дисципліни.

Складання/перескладання екзаменів організується за встановленим деканатом розкладом.

Підсумковий контроль 

Оцінювання відбувається за 100-бальною системою. 
Шкали оцінювання та визначення відповідності якості навчання до оцінювання відповіді наведено в таблиці 1.
 Оцінка якості засвоєння дисципліни та її окремих елементів проводиться відповідно до таблиці, в якій приведені європейська, 100-бальна і державна шкали.
Екзаменаційний білет з дисципліни складається з двох частин: теоретичної та практичної.
Бали розподіляються наступним чином: 60 балів – теоретична частина та 40 балів – практична.
Теоретична частина містить 4 питання рівної складності, практична – одну задачу.
Мінімальна кількість балів, що зараховується як позитивний результат, дорівнює 60.
За бездоганну відповідь на кожне теоретичне питання студент отримує – 15 балів. При цьому відповідь вважається бездоганною, якщо студент повністю розкрив суть питання, послідовно і логічно його доповів, навів приклади, проілюстрував відповідь необхідною і достатньою кількістю записів, графіків, формул, схем; зробив посилання на відповідні літературні джерела; відповів на всі додаткові неординарні запитання викладача.
За неповні відповіді, нечіткі відповіді; виправлення відповіді при наведенні додаткових запитань; виправленні відповіді при навідних питаннях при володінні студентом термінологією та середнім знанням предмета оцінка може бути зниженою від 5 до 10 балів.

Таблиця 1 – Шкали та критерії оцінювання

Шкала оцінювання
Визначення якості навчання
національна
бальна
ЄКТС
5
12
100
Відмінно
5
10–12
90–100
А
Повна, ґрунтовна відповідь на всі 3 питання екзаменаційного білету та на додаткові питання екзаменаторів лише з незначною кількістю помилок (відмінно)
Добре
4
7–9
82–89
В
Ґрунтовна відповідь на всі 3 питання екзаменаційного білету та на додаткові питання екзаменаторів з кількома помилками (дуже добре)
75–81
С
Неповна відповідь на всі 3 питання екзаменаційного білету та на деякі додаткові питання екзаменаторів з певною кількістю суттєвих помилок (добре)
Задовільно
3
4–6
67–74
D
Неповна відповідь хоча б на 2 питання  екзаменаційного білету та на одне додаткове питання екзаменаторів, але зі значною кількістю недоліків (задовільно)
60–66
Е
Неповна відповідь хоча б на 1 питання  екзаменаційного білету та на одне додаткове питання екзаменаторів (достатньо)
Незадовільно
1–2
1–3
35–59
FX
Не дана вірна відповідь на жодне питання екзаменаційного білету, але дана відповідь  на деякі додаткові питання екзаменаторів (незадовільно)
0–34
F
Не дана відповідь на жодне питання екзаменаційного білету та на додаткові питання екзаменаторів, потрібне повторне навчання (погано)

Якщо відсутні розрахункові схеми чи необхідні рисунки – оцінка може бути зниженою на 5 до 7 балів.
Якщо відповідь відсутня – вона не зараховується.
За бездоганне виконання завдання практичної частини студент отримує – 40 балів. 
Завдання практичної частини іспиту вважається виконаним бездоганно, якщо при його розв’язанні отримана правильна відповідь, послідовно і логічно викладено рішення, зроблені всі необхідні графіки, схеми чи рисунки. 
Оцінка при розв’язанні задачі може бути знижена на
- 1 бал – за кожен недолік;
- 2 бали – за кожну не    грубу помилку;
- 3 бали – за кожну грубу помилку.
Відповідь не зараховується, якщо вона відсутня чи студент відмовляється від відповіді на питання. При цьому помилки класифікуються наступним чином: 
- груба помилка
- наведено правильну відповідь при невірному ході рішення;
- відповідь правильна, але відсутнє рішення задачі;
- відсутня необхідна для пояснення рішення розрахункова схема;
- вибрані не вірні формули, але отримано правильний результат;
- негруба помилка
- відповідь не вірна, але приведено правильний хід розв’язання;
- відсутні або неправильно виконані необхідні рисунки;
- допущено помилки, які не вплинули на загальний хід розв’язання;
- відсутні або не правильно вказані розмірності величин;
- недолік
- відсутні або не правильно вказані розмірності величин;
- присутні термінологічні помилки;
- відсутні необхідні пояснення до записів формул;
- відсутні обґрунтування приведених або вибраних записів формул.

Політика освітнього процесу

Здобувач зобов’язаний своєчасно та якісно виконувати всі отримані завдання; за необхідністю з метою з’ясування всіх не зрозумілих під час самостійної та індивідуальної роботи питань, відвідувати консультації викладача. Дотримуватись принципів академічної доброчесності. 

Виконаний не свій варіант завдання здобувача не оцінюється.
 
Робота, яка виконана після встановлених викладачем термінів, не приймається.
 
Відсутність здобувача на екзамені або на контрольній роботі відповідає оцінці «0».

Складання/перескладання екзаменів – за встановленим деканатом розкладом.
 
Під час лекції здійснювати телефонні дзвінки забороняється.

Заборонено використання будь-яких літературних джерел, конспектів лекцій, шпаргалок під час проходження модульних контролів з дисципліни.