96492 - CIRCUITI DI MISURA PER SENSORISTICA E STRUMENTAZIONE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente possiede le conoscenze necessarie per effettuare l’analisi e la progettazione di canali di acquisizione A/D utilizzati nelle architetture tipiche della strumentazione a campionamento, o applicati a segnali provenienti da sensori. Inoltre, lo studente è in grado di analizzare ed elaborare i dati sperimentali per giungere ad un corretto risultato di misura, prendendo in considerazione le principali non-idealità identificate negli strumenti, nei componenti e nei circuiti elettronici del banco di misura, e sulla base degli standard e della normativa internazionale. In particolare lo studente: conosce e progetta i principali circuiti analogici per l’interfacciamento dei sensori e l’elaborazione analogica dei segnali; conosce le architetture dei convertitori analogico-digitali e digitale-analogici ed i principali algoritmi per il digital signal processing in ambito sperimentale; comprende le specifiche dei canali di acquisizione A/D per sensori e strumentazione, ed è in grado di progettarli e caratterizzarli sperimentalmente.

Contenuti

- Fondamenti di metrologia

• Elementi fondamentali (unità di misura, riferibilità, terminologia)
  
• L'incertezza di misura (come da GUM-JCGM)
• Legge di propagazione dell'incertezza
  
• Il catena d'acquisizione sensoriale

- Caratterizzazione metrologica di componenti elettrici

• Caratterizzazione a regime statico e dinamico dei componenti passivi
• Caratterizzazione a regime statico e dinamico dell'amplificatore operazionale
  
• Caratterizzazione dei sistemi elettrochimici di accumulo dell'energia
• Il rumore

- Interfacce analogiche per sensori

• Amplificatore per strumentazione
• Wheatstone bridge
• Convertitore corrente-tensione
• Amplificatore di carica
• Progettazione a basso rumore
• Lock-in amplifier
• Filtri attivi

- Conversione A/D e D/A

• Teoria generale della conversione A/D (quantizzazione, codifica, non linearità, ENOB)
• Principali non idealità statiche dei convertitori A/D (offset, guadagno, INL, DNL, rumore di quantizzazione)
• Sample & Hold and Track & Hold
• Principali architetture dei convertitori A/D usati nella sensoristica (Flash, pipeline, SAR, Delta-Sigma, TDC)
• Principali architetture dei convertitori D/A (R2R, C-DAC, Delta-Sigma)

- Laboratorio

• Introduzione al simulatore SPICE
• Progetto di un front-end per sensori

 

 

Testi/Bibliografia

Il corso si basa principalmente su 3 libri di testo così divisi:

CARATTERIZZAZIONE COMPONENTI E CIRCUITI 

R. B. Northrop, "Introduction to Instrumentation and Measurements", Taylor & Francis, 2005.

Disponibile in biblioteca

 

CONVERSIONE A/D E D/A

"The Data Conversion Handbook", Analog Devices, 2004. Free available online.

 

APPROFONDIMENTI

M. Tartagni, "Electronic Sensor Design Principles", Cambridge University press, 2021

Metodi didattici

Sono previste lezioni frontali in aula ed esercitazioni in laboratorio che mirano al consolidamento dei concetti teorici.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso una prova orale

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Marco Crescentini