20551 - SENSORI E ATTUATORI LS

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente matura conoscenze di base per la comprensione e l'utilizzo dei trasduttori e delle relative interfacce elettroniche. In particolare, lo studente impara ad affrontare l'argomento da un punto di vista sistemistico, enfatizzando gli elementi comuni delle diverse tipologie di sensori, in merito alla loro valutazione e caratterizzazione. Gli strumenti sono focalizzati all'esigenza di un continuo sviluppo tecnologico in grado di soddisfare le crescenti esigenze della progettazione nel campo dell'elettronica, delle telecomunicazioni e dell'Ingegneria biomedica.

Contenuti

Il corso ha come obiettivo quello di fornire allo studente le conoscenze di base per la comprensione e l'utilizzo dei trasduttori elettronici. Il corso si propone di affrontare l'argomento da un punto di vista sistemistico, enfatizzando gli elementi comuni delle diverse tipologie di sensori e fornendo allo studente gli strumenti essenziali per la loro valutazione e caratterizzazione. Una parte rilevante del corso sra' dedicata alla caratterizzazione della sensibilita' e della risoluzione del sistema di acquisizione sensoristico, fortemente legate alla caratterizzazione della presenza del rumore.

Il corso dedica una parte ai sistemi di acquisizione, comunicazione e fusione dati provenienti da sistemi mono e multisensoriali, inquadrabile nelle problematiche ICT nonche' una parte realativa ai biosensori.

Argomenti

    •    Rumore molecolare Browniano. Sorgenti di rumore dei trasduttori elettronici.
    •    Problematiche di trasduzione fisico-elettrica: sensibilita', rapporto segnale/disturbo, dinamica.
    •    Calcolo del rumore nei circuiti elettronici con esempi.
    •    Elementi di elaborazione elettronica dei segnali provenienti da sensori. Sistemi di acquisizione per sensori resistivi e capacitivi. Sensing in tensione, carica e corrente.
    •    Elaborazione analogica del segnale. Conversione analogico/digitale e problematiche associate. Ottimizzazione della catena di acquisizione.
    •    Sensori ottici: tipologie e prestazioni. Sensori singoli ed array. Prestazioni e parametri caratteristici dei trasduttori ottici. Sorgenti di rumore nei sensori ottici.
    •    Sensori meccanici ed inerziali.
    •    Sensori di campo magnetico.
    •    Sistemi di sensing basati su lock-in amplifiers e convertitori Sigma-Delta.
    •    Canduzione nei liquidi e interfacce metallo-liquido. Sistemi per l'analisi di impedenza di materiali. L'impedenza complessa e diagrammi di Nyquist.
    •    Nanosensori: nanowire, nnaopori e nanotubi. Canali ionici e loro uso come sensori.
    •    Sistemi di acquisizione e comunicazione dei dati provenienti dai trasduttori. Bus I2C e 1-Wire. Sistemi multisensoriali: sincronizzazione delle acquisizioni dati. Reti di sensori a collegamento in radiofrequenza. Il protocollo Zig-Bee.
    •    Chip per applicazioni biomediche. Chip per la genomics (microarray e DNA chips), proteomics e cellomics.
    •    Sistemi microfluidici. Elementi di fabbricazione di microsistemi.

Testi/Bibliografia

Physical principles:
R. Feynman et al., The Feynman Lectures on Physics, Addison Wesley, 1963
Noise:
P. Gray, R. Meyer, Analysis and Design of Analog Integrated Circuits,  Wiley 1993
B. Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits, McGraw-Hill, 2000
Electrochemistry/Electrokinetics:
J. Bockris, A. Reddy, Modern Electrochemistry-2 Electrodics, Plenum, 1998
H. Morgan, N. Green, AC Electrokinetics: colloids and nanoparticles, RSP Press, 2001
Microfluidics & Microfabrication:
M. Madou, Fundamentals of Microfabrication, CRC Press, 2002
N.T. Nguyen, S. Wereley, Fundamentals and Application of Microfluidics, Artech, 2002
Sensors & signal conditioning:
R. Pallas-Areny, J. Webster Sensors and Signal Conditioning, Wiley, 2001
A/D - D/A conversion:
D. Johns, K. Martin, Analog Integrated Circuit Design, Wiley, 1997

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale, 40-45m.

Strumenti a supporto della didattica

Lezioni frontali, 80% alla lavagna, 20% slides.

Link ad altre eventuali informazioni

http://www.unibo.it/SitoWebDocente/default.htm?mat=030933

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Marco Tartagni