Sensori. Elaboration Unit Actuators. Sensors. Progettazione Sistemi Elettronici 2013/ /05/2014

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1 Sensori Sensors Elaboration Unit Actuators 2013/2014 1

2 Sensori Unità di misura 2013/2014 2

3 Sensori Electronic characteristics Reference: Analog Devices 2013/2014 3

4 Sensori Caratteristiche Accuratezza: rappresenta la vicinanza della misura (o della media di misure, per misure ripetute) al valore vero Precisione: rappresenta l ampiezza della distribuzione di valori in un gruppo di misure ripetute. Maggiore la precisione, minore l ampiezza della distribuzione. Preciso/non accurato Preciso e accurato Non preciso/accurato 2013/2014 4

5 Sensori Caratteristiche Sensibilità: La sensibilità e la capacità di apprezzare piccole variazioni della grandezza in esame. Risoluzione: La risoluzione rappresenta la minima variazione apprezzabile della grandezza in esame attraverso tutto il campo di misura: essa rappresenta il valore dell'ultima cifra significativa ottenibile. Reference: Analog Devices 2013/2014 5

6 Sensori Caratteristiche Non Linearità: Scostamento massimo fra la retta ideale e la risposta del sensore. Reference: Analog Devices 2013/2014 6

7 Sensori Caratteristiche Errore di Calibrazione: Errore nel determinare il coefficiente della pendenza della retta di conversione Reference: Analog Devices 2013/2014 7

8 Sensori Caratteristiche Offset: Valore dell uscita in corrispondenza di un segnale di ingresso nullo offset Reference: Analog Devices 2013/2014 8

9 Sensori Caratteristiche Isteresi: Variazione nella risposta del sensore in base a come viene variato il segnale da misurare Reference: Analog Devices 2013/2014 9

10 Sensori Caratteristiche Risposta Dinamica: Capacità del sensore di risposte a variazioni del segnale di ingresso V Slew Rate 1 Massima sovraelongazione Reference: Analog Devices Risetime / t

11 Temperature sensors 2013/

12 Thermocouple 2013/

13 Thermocouple 2013/

14 Thermocouple 2013/

15 Thermocouple Voltage vs. Temperature 2013/

16 Thermocouple - measurements 2013/

17 Thermistor Resistance vs. Temperature NTC Negative temperature Coefficient PTC Positive temperature Coefficient 2013/

18 Ponte di Wheatstone 2013/

19 Semiconductor temperature Sensors 2013/

20 4-20 ma output 2013/

21 Sensori di deformazione 2013/

22 Strain Gage Sensor Resistance variation with deformation 2013/

23 Position and Angular Sensors 2013/

24 Position Sensors - LVDT 2013/

25 Photodiode 2013/

26 Photodiode Signal conditioning 2013/

27 Sensori Riflessivi o Trasmissivi 2013/

28 Sensori Riflessivi o Trasmissivi 2013/

29 Sensori Fibra ottica 2013/

30 Sensori Fibra ottica 2013/

31 Angular Posistion Sensor - Encoders 2013/

32 Angular Posistion Sensor - Encoders Light source, diode photo sensor 2013/

33 Angular Posistion Sensor Encoders diode diode Logical 0 Logical 1 Photo sensor Rotating disk blocking light Photo sensor has a low logic output Photo sensor Rotating disk allowing light through Photo sensor has a high logic output 2013/

34 Angular Posistion Sensor Encoders Incrementale Quarter pinch Voltage output from sensor 1 Voltage output from sensor 2 Clock wise 1 full pinch / cycle Anti Clock wise 2013/

35 Angular Posistion Sensor Encoders Assoluto BCD GRAY 2013/

36 Mems Sensors Accelerometer Gyroscope Magnetometer Pressure Microphone 2013/

37 Accelerometer Measurement of gravity to determine orientation Tilt and inclination Position in 2 and 3 dimensional space Can only be done with accelerometers that have DC response Inertial measurement of velocity and position Acceleration single integrated for velocity Acceleration double integrated for position Vibration and shock measurement Measuring vibration for machine health Motion and shock detection 2013/

38 Accelerometer m proof mass (Kg) a inertial acceleration (m/s2) k elastic spring constant (N/m) x displacement of the mass 2013/

39 Accelerometer ADXL50 Ref: Analog Devices ADXL50 Measurement range ± 50g Sensitivity 19 mv/g F resonant = 24 KHz C o = 100 ff V o = 1.8 V 2013/

40 Accelerometer C o = ε o L thickness N overlap X o Ref: Analog Devices ADXL /

41 Accelerometer Gap Xo 2.25µm Thickness 0.3µm Overlap 282µm No. of fingers 300 Area 580µm 920µm 2013/

42 Accelerometer Interesting facts in MEMS 0.1µgrams Proof Mass 0.1pF per Side for the Differential Capacitor 20aF (10-18 f) Smallest Detectable Capacitance Change Total Capacitance Change for Full-scale is 10fF 0.2Å Minimum Detectable Beam Deflection (one tenth of an Atomic diameter) 10 to 22kHz Resonant Frequency of Beam 2013/

43 Accelerometer - Characterization Temperature Range Bias drift with temperature How does the zero g output change with temperature Can be trimmed out at system level by several methods Sensitivity drift with temperature How does the output per g change with temperature Difficult to trim out at system level Bandwidth Power consumption Can power cycling be used to minimize power consumption 2013/

44 Accelerometer 2013/

45 Accelerometer Tilt and Inclination 2013/

46 Gyroscope 2013/

47 Gyroscope 2013/

48 Magnetic Sensor /

49 Magnetic Sensor Magneto resistivi Unit Cost: /

50 Magnetic Sensor Magneto resistivi 2013/

51 Magnetic Sensor Effetto Hall 2013/

52 Magnetic Sensor 2013/

53 Magnetic Sensor 2013/

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