Elettronica per Sensori e Trasduttori Il corso è articolato in lezioni teoriche ed esercitazioni di laboratorio. L’esame è sotto forma di colloquio orale con eventuale presentazione (facoltativa) di un progetto d’anno. Testi consigliati Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori 1 R. Pallas-Areny J.G. Webster: “Sensors and Signal Conditioning”. Jhon Wiley. 2001. C. Kitchin, L. Counts: “A Designer’s Guide to Instrumentation Amplifiers”. Analog Devices. 2004 (www.analog-devices.com). W. Kester: “Practical Design Techniques for Sensor Signal Conditioning”. Analog Devices. 1999. S. Franco “Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits”. Mac Graw Hill. 2002. Corso di “Elettronica per Sensori e Trasduttori”

www.analog-devices.com : “A Designer’s Guide to Instrumentation Amplifier” 2nd edition “Low Cost, Miniature Isolation Amplifier AD202-204” AN-539 “Errors and error budget analysis in Instrumentation Amplifier Application” www.ti.com : “Trasforme Coupled ISOLATION AMPLIFIER” BB3656 “Building the Analog Toolkit” 2001 www.national-semiconductor.com : Temperature Sensors Handbook “ABC of ADCs: Analog to Digital Coverter basics” www.linear-tecnology.com Application Note 43: Bridge Circuits Design Note: “Ultraprecise Instrumentation Amplifier Makes” www.maxim.com : Application note 810: “Understanding flash ADCs” Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori 2 Corso di “Elettronica per Sensori e Trasduttori”

Per far ciò, essi usano sensori ed attuatori. I sistemi ingegneristici, per poter essere impiegati utilmente, devono interagire con il loro ambiente. Per far ciò, essi usano sensori ed attuatori. Sensori ed attuatori sono esempi di trasduttori. Un trasduttore è un dispositivo che converte una quantità fisica in un’altra. Es. microfono: suono >> segnale elettrico termometro a mercurio: temperatura >> spostamento In pratica, qualunque proprietà fisica di un materiale che cambia in risposta ad un’eccitazione può essere usata per produrre un sensore. Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori 3 Corso di “Elettronica per Sensori e Trasduttori”

Esistono almeno sei tipi di segnali: Meccanici Termici Magnetici Elettrici Chimici Di radiazione (inclusa la luce) Ogni dispositivo che converte segnali di un tipo in segnali di tipo diverso è un trasduttore. I dispositivi che hanno un’uscita elettrica sono chiamati sensori. Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori 4 Corso di “Elettronica per Sensori e Trasduttori”

Si possono realizzare per tutte le grandezze non elettriche VATAGGI DEI SENSORI Si possono realizzare per tutte le grandezze non elettriche Non assorbono energia apprezzabile dal processo oggetto di misura E’ facile “condizionare” il segnale E’ facile visualizzare e memorizzare il segnale E’ facile trasmettere a distanza. Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori 5 Corso di “Elettronica per Sensori e Trasduttori”

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Elettronica per Sensori e Trasduttori Digital Controller AMP ADC DSP uC DAC AMP Plant SENSOR Process ACTUATOR Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori 7 Disegno tratto da una presentazione dell’ing. Carmelo Morello della Texas Instruments Italia Corso di “Elettronica per Sensori e Trasduttori”

Optional Fieldbus Interfaces Input Output Low Pass Filter V REF TEMP Peripheral driver Temp + - Buffer Relays, motor, etc. V+ Clock Pressure ΔΣ ADC DAC ±20mA, ±10V out MCU I / V Driver DAC 4..20mA, 0..20mA out ADC Current Driver 4...20mA, 0...20mA In DAC -10V..+10V, 0..10V out ADC MUX PGA Voltage Driver Optional Isolation Optional Isolation Buffer V REF Level translation Debounce (& serialization) Level translation (& de-serialization) today: discrete Digital Out Digital In Support Logic Core & I/O Power Digital Isolators Optional Fieldbus Interfaces LEGEND Power Other ADC/DAC Logic Processor Interface Amplifier CAN Other RS232/RS485 Core & I/O power Isolated Power +15V DC/DC Converter +5V Isolated Power 5V Low Noise Power (3.3V) -15V Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori 8 Isolated Power +15V -15V 24V Power Bus Disegno tratto da una presentazione dell’ing. Carmelo Morello della Texas Instruments Italia Corso di “Elettronica per Sensori e Trasduttori”

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Biomedical Physical Sensors Design circuit to use Hg strain gauge to detect chest movement/respiration Pacemaker Airbag Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori 22 What application of a bladder pressure sensor can you think of? Corso di “Elettronica per Sensori e Trasduttori”

L’elettronica di condizionamento deve realizzare le seguenti operazioni: • Amplificazione • Traslazione di livello • Linearizzazione • Compensazione • Filtraggio • Adattamento di impedenza • Isolamento galvanico • Modulazione /demodulazione Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori 23 Corso di “Elettronica per Sensori e Trasduttori”

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Isteresi Corrisponde alla massima differenza tra i due cammini di andata e di ritorno dell’uscita di un trasduttore durante il ciclo di calibrazione. E’ espressa in percentuale del fondo scala (% f.s.). Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori 40 Corso di “Elettronica per Sensori e Trasduttori”

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Semplice modello di strumento di misura Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori 45 Semplice modello di strumento di misura Corso di “Elettronica per Sensori e Trasduttori”

Condizionamento Il segnale in uscita al sensore, richiede di essere “condizionato”, affinché risulti più idoneo ad essere convertito in digitale, visualizzato, memorizzato, trasmesso. Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori 46 Corso di “Elettronica per Sensori e Trasduttori”

L’elettronica di condizionamento deve realizzare le seguenti operazioni: • Amplificazione • Traslazione di livello • Linearizzazione • Compensazione • Filtraggio • Adattamento di impedenza • Isolamento galvanico • Modulazione /demodulazione Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori 47 Corso di “Elettronica per Sensori e Trasduttori”

Per passare dal dominio analogico dei segnali prodotti dai sensori, a quello digitale usato normalmente per l’elaborazione, occorre fare una conversione A/D. Gli ADC hanno impedenza d’ingresso relativamente bassa e richiedono che i segnali abbiano ampiezza compresa fra i margini specificati, solitamente minori di ±10V. Per questa ragione, i segnali prodotti dai sensori, che hanno ampiezza nel campo dei millivolt (o meno) devono essere condizionati prima di poter essere applicati a un ADC. Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori 48 Corso di “Elettronica per Sensori e Trasduttori”

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