Szenzorok működése és technológiái

A tantárgy angol neve: Sensors: Principles and Technologies

Adatlap utolsó módosítása: 2019. január 8.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar
Villamosmérnöki Szak MSc képzés
Alkalmazott Szenzorika mellékspecializáció
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIETMA02 1 2/1/0/v 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Harsányi Gábor,
4. A tantárgy előadója

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

Dr. Harsányi Gábor

egyetemi tanár

Elektronikai Technológia Tsz.

Dr. Sántha Hunor

egyetemi docens

Elektronikai Technológia Tsz.

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Elektronikai Technológia és Anyagtudomány, Fizika, Mikroelektronika és Technológia
6. Előtanulmányi rend
Ajánlott:
Nem különbözik a szakirányba kerülés feltételeitől.
7. A tantárgy célkitűzése A tantárgy célja megismertetni a hallgatókkal a villamos és optikai jeleket szolgáltató érzékelők, valamint a villamos jelekkel működtetett beavatkozók, kijelzők és megjelenítők főbb típusait, működésük alapelveit és alkalmazási lehetőségeit.
8. A tantárgy részletes tematikája
1. hét:
Érzékelőkkel kapcsolatos alapfogalmak: az érzékelők fogalma, felosztása, jellemzői, intelligens és integrált érzékelők, újszerű követelmények.

2. hét:
Előállítási technológiák 1: Speciális anyagtípusok és technológiák (a szilícium anizotróp maratása, a felületi mikromegmunkálás).

3. hét:
Előállítási technológiák 2: szervetlen és polimer rétegek leválasztása.

4. hét:
Eszközstruktúrák az érzékelőkben 1: Impedancia szerkezetek, félvezető eszközök.

5. hét:
Eszközstruktúrák az érzékelőkben 2: kalorimetrikus, rezonátor és száloptikai típusok.

6. hét:
Alapeffektusok 1: A hőmérséklet hatásai: termorezisztív és termoelektromos, piroelektromos effektus. Hőmérsékletérzékelők: termisztorok, ellenálláshőmérők, Si alapú hőmérséklet-érzékelők, termoelemek.

7. hét:
Alapeffektusok 2: A 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. Sugárzások hatásai: termikus és kvantum effektusok.

8. hét:
Alapeffektusok 3: Sugárzásérzékelők: termikus típusok és foton-detektorok. A mágneses tér hatásai: töltéseltérítés Hall-effektus, magnetorezisztív effektus, hatás a szupravezetésre.

9. hét:
Alapeffektusok 4: 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.

10. hét: 
Érzékelők speciális alkalmazásokban 1: Érzékelők a gépjármű elektronikában, érzékelők orvosbiológiai alkalmazásai, a bioérzékelők működésének alapjai. Polimer rétegek alkalmazása az érzékelőkben.

11. hét:
Érzékelők speciális alkalmazásokban 2: Érzékelők alkalmazása az ipari folyamatszabályozásban, biztonság-technikában.

12. hét:
Beavatkozók 1: A beavatkozók (aktuátorok) felosztása, működésePiezoelektromos beavatkozók, mozgatók. Szervomotorok, léptetőmotorok. Magnetosztrikciós aktuátorok.

13. hét:
Beavatkozók 2: A mikromechanika alapjai elektrosztatikus mikromotorok, szilícium alapú mikroaktuátorok, szelepek, optikai eltérítők, összetett beavatkozó rendszerek. Mikro-elektromachanikai rendszerek (MEMS).

14. hét:
Fotometriai alapfogalmak, az emberi látás

Gyakorlatok tematikája:

Gyakorlat I – Ipari szenzorok: robotikai alkalmazások, folyamatszabályozás, membránkapcsolók.

Gyakorlat II – Autóelektronikai szenzorok: nyomásmérés, átfolyás mérés, gyorsulás mérők, lambda szonda
működése, ütést detektáló szenzorok.

Gyakorlat III – Környezeti alkalmazások: mérgező gázok detektálása szenzorokkal, víz fogyasztás mérése.

Gyakorlat IV – Orvosi alkalmazások: vérnyomásmérés, tonométer, radiológia, vércukorszint mérés, pulzoximetria.

Gyakorlat V – Szenzorok az épületgépészetben: levegő minőség mérése, szobavilágítás mérése szenzorok segítségével, hőmérsékletszabályozás, füst és tűz érzékelés.

Gyakorlat VI – Biztonságtechnikai szenzorok: gázszenzorok, mozgásérzékelők működése.

Gyakorlat VII – A beavatkozók (aktuátorok) felhasználása: piezoelektromos beavatkozók, mozgatók, szervomotorok és léptetőmotorok.
9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Előadás és tantermi gyakorlat.
10. Követelmények
A szorgalmi időszakban: egy sikeres nagyzárthelyi megírása a 9. héten.

A vizsgaidőszakban: a tantárgy írásbeli vizsgával zárul.
11. Pótlási lehetőségek A ZH pótlását egy alkalommal biztosítjuk a szorgalmi időszakban. Pót-pót ZH főszabály szerint nincs.
12. Konzultációs lehetőségek Igény szerint, az előadókkal egyeztetett időpontban folyamatosan.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom
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)
Bojta P., Harsányi G. és Králik D. (szerk: Harsányi G.): Kijelzők és képmegjelenítők, BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar, 1999. (55049)
Harsányi G., Bojta P., Gordon P., Lepsényi I., Ballun G.: SensEdu – an Internet-Based Short Course in Sensorics, http://www.ett.bme.hu/

További szakirodalom:
Harsányi G.: Érzékelők az orvosbiológiában, BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar, Orvosbiológiai Mérnökképzés, OBMK, 1998.
Harsányi, G.: Polymer Films in Sensor Applications, Technomic Publishing Co., Lancaster (USA), Basel, 1995.
Harsányi, G.: Sensors in Biomedical Applications, Technomic Publishing Co., Lancaster (USA) Basel, (Switzerland), 2000.
S. Middelhoek: Silicon sensors, Academic Press, 1989.
W. Göpel: Sensors, VCH,1993.
M. Prudenziati: Thick Film Sensors, Elsevier, 1994.
Szentiday K., Dávid L., Kovács A., Bársony I.: Mikroelektronikai Érzékelők, MK, 1993. Bp.
Kis-Halas Endre; Mészáros Sándor; Szentiday Klára: Optoelektronikai kijelzők és megjelenítők, Műszaki Könyvkiadó, 1984. Bp.
Králik Dénes: Elektronikus készülékek csatlakozó, kapcsoló és kijelző elemei, Mérnök Továbbképző Intézet, Jegyzet, 1983. Bp.
14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

 

Kontaktóra42
Készülés előadásokra12
Készülés gyakorlatokra10
Készülés laborra0
Felkészülés zárthelyire16
Házi feladat elkészítése0
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása0
Vizsgafelkészülés40

Összesen

120

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

Dr. Harsányi Gábor

egyetemi tanár

Elektronikai Technológia Tsz.

Dr. Sántha Hunor

egyetemi docens

Elektronikai Technológia Tsz.