Biomedical Engineering | Biomedical Engineering - Sensorteknik 1...

2017-09-01

1

Lunds Tekniska Högskola | Avd. för Biomedicinsk Teknik | Sensorteknik (BMEF10)

Sensorteknik (BMEF10)

CHRISTIAN ANTFOLK & JOHAN NILSSON


Sensorteknik• Kursansvariga:

- [email protected]

- [email protected]

• Kursadministratör

- [email protected]

• Hemsida :

- http://bme.lth.se/course-pages/sensorteknik/sensorteknik/

Christian Johan Désirée

2017-09-01

2


Sensorteknik

• Mätning av allt från:

– tryck, temperatur, hastighet, flöde m.m.

– lukt, kemisk sammansättning och medicinskavbildning.

• Enkla givare - komplexa mätsystem

• Projektkurs, läsperiod 1 (HT LP1)


Sensorteknik

• Idag

– Vad är en sensor

– Behov

– Kursinformation

– Projektindelning

2017-09-01

3


Sensor

• from Latin sentire

– to perceive (märka, se, varsebli)

– Provide us with information about physical and chemical signals

• Webster´s Collegiate Dictionary:

– A device that responds to a physical (or chemical) stimulus (such us heat, light, sound, pressure, magnetism or particular motion) and transmits a resulting impulse

– Thus, a sensor can detect an input signal (or energy) and convert it to an appropriate output signal (or energy).


Sensorer

• Från wikipedia:

• En sensor är ett samlingsbegrepp på en apparat eller anläggning som insamlar, konverterar och i vissa fall distribuerar någon form av stimuli eller data.

• Våra fem sinnen kan betraktas som olika biologiska sensorer.

• Ett elektriskt system kommunicerar med omvärlden med hjälp av sensorer och aktuatorer.

• Nästan alla fysiska egenskaper hos ett material som varierar i förhållande till någon stimulans kan användas för att skapa en sensor.

2017-09-01

4


Sensorer

• Sensor (givare) = omvandling av energi till elektriska signaler som t.ex. förstärkas, omvandlas av en elektronisk apparat

• Tranducer = omvandling från en energi form till en annan

• Actuator (ställdon) = a transducer that converts electrical, hydraulic, or pneumatic energy to effective motion.

Fraden, Handbook of Modern Sensors Physics, Designs, and Applications ISBN 978-1-4419-6466-3Laplante, Electrical Engineering Dictionary, CRC Press


Sensorer - princip

• Princip : fysiskt stimuli -> elektrisk signal

Fraden, Handbook of Modern Sensors Physics, Designs, and Applications ISBN 978-1-4419-6466-3

Ex.PressureTemperatureFlowLevelx

VoltageCurrentImpedance

2017-09-01

5


Sensorer - klassificiering

• Passiva eller aktiva

– Ex. termoelement (passiv), termistor (aktiv)

• Absoluta eller relativa

– Ex. termistor (absolut), termoelement (relativ)



Sensorer - egenskaper

• Linjär –icke linjär, hysteres, mättning, känslighet, noggrannhet, brus, upplösning, bandbredd


2017-09-01

6


Sensorer - dynamik



Sensorer - mätsystem

Ex. Display

Feedback

2017-09-01

7


Sensorer - exempel

• Mobiltelefon


Sensorer - exempel

• Preemraff – Lysekil

• 11,4 miljoner ton råolja per år

2017-09-01

8


Sensorer - exempel

• Destillation


Sensorer - exempel

2017-09-01

9


Sensorer - exempel

• Tillverkningsindustri

• Automation


Sensorer - exempel

• Papperproduktion

• Automation

2017-09-01

10


Sensorer - exempel

• ERS-2 ENVISAT enviromental satellite (2002-2012)

– Temperatur

– Lufttryck

– Vindhastighet

– Fuktighet

– Läge


California fires

Chlorophyll

InterferogramOzon

2017-09-01

11


Sensorer - exempel

• Satellitpositionering

– GPS

– GLONASS

– Galileo

– Beidou


Sensorer - exempel

• Novatel OEM7700

2017-09-01

12


Sensorer - exempel

• Curiosity – Mars rover


Sensorer - exempel

• Fordonsindustri

2017-09-01

13


Sensorer - exempel

• Fordonsindustrin


Sensorer - exempel

• Fordonsindustrin

2017-09-01

14


Sensorer - exempel

”Hårdvara för autonom körning finns i samtliga bilar.Alla Tesla-bilar som tillverkas i vår fabrik, inklusive Model 3, har all hårdvara som behövs för total självkörningsförmåga med en säkerhetsnivå som är betydligt mycket högre än den för en mänsklig förare.” – Teslas hemsida

Uber Waymo (google)


Sensorer - exempel

• Smarta hem

2017-09-01

15


Sensorer - exempel

• Smarta hem

• Point från minut

• Företag i Malmö

”Point includes sensors to measure air pressure and quality (using our own patent pending sensor), a microphone array measuring sounds from sub-hertz to bat-level frequencies, a humidity sensor, a temperature sensor and two processors for analyzing the data.” – minuts hemsida


Sensorer - exempel

• Robotik

• NASAs Valkyrie

• tri-modal (laser, 3D stereo, and video), high-resolution, high-data-rate, and high-accuracy 3D range sensor)

• anterior hazard cameras, multiple LORD MicroStrain IMU sensors, and ATI Multi-Axis Force/Torque sensors

2017-09-01

16


Sensorer - exempel

• Robotik

• Atlas – Boston Dynamics

• MultiSense SL is a tri-modal (laser, 3D stereo, and video), high-resolution, high-data-rate, and high-accuracy 3D range sensor)

• LIDAR and stereo sensors


Sensorer - exempel

https://www.bostondynamics.com/atlas

2017-09-01

17


Sensorer - exempel

• Robotik

• Sony Aibo (discontinued)

• Robothusdjur


Sensorer - exempel

• IoT

• “The Internet of Things (IoT) is the inter-networking of physical devices, vehicles (also referred to as "connected devices" and "smart devices"), buildings, and other items embedded with electronics, software, sensors, actuators, and network connectivity which enable these objects to collect and exchange data.” – Wikipedia

• ”IoT är ett begrepp för den utveckling som innebär att maskiner, fordon, gods, hushållsapparater, kläder med mera förses med små inbyggda sensorer och processorer. Detta medför att dessa enheter kan uppfatta sin omvärld, kommunicera med den och på så sätt anpassa sig till sitationer och medverka till att skapa smarta, attraktiva och hjälpsamma miljöer, varor och tjänster.” – IoT Sverige

2017-09-01

18


Sensorer - exempel

• IoT

• Bestå av mellan 20-50 miljarder ”saker” år 2020


Sensorer - exempel

• Sjukvård

2017-09-01

19


Sensorer - exempel

• Läkemedelsindustrin

• Mål:

– Hög kvalité

– Låga kostnader

• Krav:

– Kritiska parametrar i tillverknings-processen mäts i realtid


Sensorer - exempel

• Industry 4.0

2017-09-01

20


Sensorer - behov

• Reglerproblemen i pappers & massaindustrin

• Fråga till driftingenjörer, utvecklings-ingenjörer, systemtekniker och instrument-tekniker på Assidomän samt forskare vid Högskolor och externa konsulter och instrumentleverantörer


Sensorer - behov

• Bättre mätteknik

2017-09-01

21


Sensorer - behov


Sensorer - behov

2017-09-01

22


Sensorer – framtid & marknad

• Enligt Applied Market Research (AMR) så kommer sensorindustrin att växa med 11.3% per år framtill 2022

• År 2022 kommer sensorindustrin att värderas till 241000000000 USD (241 miljarder USD)



2017-09-01

23




Sensorteknik - målsättning

• Ge en översikt över de vanligaste metoderna för mätning av icke elektriska storheter.

• Genomföra ett projektarbete.

– Fördjupning inom ett givet ämne (givartyp/mätprincip).

– Experimentell erfarenhet av vanliga givare.

– Förberedelse av demonstrationer.

– Ge föreläsning på fördjupningsarbetet

– Skriva rapport.

2017-09-01

24


Sensorteknik- kursinformation

• Kursen "Sensorteknik" ges under höstterminens första läsperiod (HT LP1). Kursen ges i projektform där deltagarna fördjupar sig i och föreläser om var sitt ämne (givartyp och/eller mätmetod) och i samband med föreläsningen demonstrerar någon givartyp eller mätsituation.

• Efter varje föreläsning kommer presentationen att bedömas både då det gäller innehåll och framförande. För att deltagarna (föreläsarna) skall få ett någorlunda stort auditorium får åhörare tillgodoräkna sig bonuspoäng (0.3 poäng för varje föreläsningstillfälle).

• I kursen ingår även tre laborationer. Laborationerna ger experimentell erfarenhet av de vanligaste givarna i några olika mätapplikationer:


Sensorteknik - laborationer

• Töjnings- och flödesmätning

• Temperatur- och varvtalsmätning

• Sensorer

• Labbarna kommer att gå i läsvecka 4,5,6 ev 7

2017-09-01

25


Sensorteknik - kursinformation

• För att få kursen godkänd utan tentamen (betyg 3) krävs att följande delmoment har genomförts och blivit godkända:

– 1. Projekt (fördjupning inom ett givet ämne, förberedelse av demonstrationer, föreläsning och rapportskrivning).

– 2. Laborationer och tillhörande skriftliga eller muntliga kontrollfrågor.

– 3. Närvaro vid 80% av föreläsningarna under läsveckor 2-7


Sensorteknik - kursinformation

• En skriftlig tentamen ges i slutet av kursen för de som vill ha betyg 4 eller 5, eller för de deltagare som inte har varit närvarande vid tillräckligt många föreläsningar. Eventuella bonuspoäng kan tillgodoräknas vid första ordinarie tentamenstillfället.

• Kursansvariga: Johan Nilsson, rum 1342, Christian Antfolk, rum 1330A

2017-09-01

26


Sensorteknik - kurslitteratur

• Grahm, Jubrink, Lauber "Modern Industriell Mätteknik" (Finns på KFS)

• Online resurser:• Measurement & Instrumentation – Theory and application, Alan S Morris & Reza Langari

http://www.sciencedirect.com/science/book/9780128008843

• Sensor Technology Handbook, Jon. S. Wilsonhttp://www.sciencedirect.com/science/book/9780750677295

• Chapter 3: Sensors from Basic Linear Design, Analog Deviceshttp://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/43-09/EDCh%203%20sensors.pdf

• Basic Linear Design, Analog Deviceshttp://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/43-09/linear_circuit_design_handbook.html

• Handbook of Modern Sensors - Physics, Designs and Applications, Jacob Fradenhttp://link.springer.com/book/10.1007%2F978-1-4419-6466-3

• Practical Design Techniques for Sensor Signal Conditioning, Analog Deviceshttp://www.analog.com/en/education/education-library/practical-design-techniques-sensor-signal-conditioning.html

• Measurement, Instrumentation, and Sensors Handbook, 2nd ed – John G Webster, Halit Erenhttp://www.crcnetbase.com/doi/book/10.1201/b15474


Sensorteknik - föreläsningsplan

• Föreläsningsplan läsvecka 1-2:

• Tis 29-aug 15-17 E:1328 Introduktion, indelning i projektgrupper.

• Ons 30-aug 15-17 E:1328 Gruppindelning, allmänt om sensorer.

• Tor 31-sep 15-17 –––––– Ingen föreläsning –––––––

• Tis 5-sep 15-17 E:1328 Arduino, anpassning – Christian Antfolk

• Ons 6-sep 15-17 E:1328 Föreläsningsteknik – Torgny Roxå

• Tor 7-sep 15-17 E:1328 –––––– Ingen föreläsning –––––––

• Därefter föreläsningar av kursdeltagare. Schema sammanställs under första läsveckan.

• Tis 12-sep 15-17 E:1328 Olle Hydbom

• Tis 3-okt 15-17 E:1328 Lars Palm, TetraPak

2017-09-01

27


Sensorteknik - projekt

• 1. Trådtöjningsgivare2. Piezoelektriska och magnetostriktiva givare3. Mikrosensorer (mikromekanik)4. Ljus och optisk mätteknik5. Längd, läge, position och tjocklek6. Hastighet,varvtal och vridmoment7. Kraft, massa, densitet och nivåmätning8. Tryck i vätskor och gaser, fuktighetsmätning9. Mekaniska vibrationer, acceleration och ljudmätning10. Flöde i gaser och vätskor, viskositet11. Temperaturmätning12. Kemiska givare, biosensorer13. Ultraljud och icke förstörande provning14. Miljömätteknik15. Medicinsk mätteknik

Biomedical Engineering | Biomedical Engineering - Sensorteknik 1...

Documents

Transcript of Biomedical Engineering | Biomedical Engineering - Sensorteknik 1...