101332 - INSTRUMENTACIÓN

Tipo de asignatura: obligatoria

Coordinador: Julián Horrillo Tello

trimestre: Tercer trimestre

Créditos: 6

La asignatura de Instrumentación forma parte de la materia de Sistemas Electrónicos Analógicos, que se imparte íntegramente en el 3er curso del Grado. En esta asignatura se hace uso de las diferentes técnicas de análisis y diseño electrónico, tanto analógico como digital introducidas en las asignaturas previas de electrónica de la carrera (Electrónica Analógica I & II i Electrónica Digital II principalmente) para poder adquirir y procesar datos sobre magnitudes físico-químicas, diseñando y comprendiendo de esta manera los principios de los Sistemas de Adquisición de Datos (DAQs).

Esta asignatura dispone de recursos metodológicos y digitales para hacer posible su continuidad en modalidad no presencial en el caso de ser necesario por motivos relacionados con la Covidien-19. De esta forma se asegurará la consecución de los mismos conocimientos y competencias que se especifican en este plan docente. El Tecnocampus pondrá al alcance del profesorado y el alumnado las herramientas digitales necesarias para poder llevar a cabo la asignatura, así como guías y recomendaciones que faciliten la adaptación a la modalidad no presencial.

Esta asignatura contribuye al logro de los siguientes resultados de aprendizaje especificados por la materia a la que pertenece:

-RA1: Analiza circuitos de aplicación de los amplificadores operacionales, lineales y no lineales. (CE24)

-RA2: Conocer la estructura y funcionamiento de los sensores industriales. (CE23)
-RA3: Ser capaz de acotar los errores de las medidas. (CE23)
-RA4: Conocer los buses de interconexión de instrumentos. (CE23, CE24)

Al finalizar la asignatura el estudiante debe ser capaz de:

• Analizar, predecir y corregir los errores en el proceso de adquisición de los datos.
• Interpretar y diseñar el acondicionamiento de la señal de los diferentes tipos de sensores genéricos.
• Modelizar las diferentes estructuras de Sistemas de Adquisición de Datos existentes.
• Utilizar los dispositivos pertinentes para el diseño y la implementación de DAQs básicos de propósito general.

La asignatura consta de 6 horas a la semana: 4 de teoría presenciales en el aula y 2 de sesiones programadas para prácticas. El trabajo en el aula se basará en clases donde la profesora explicará los conceptos de teoría, acompañados de múltiples ejemplos y problemas siguiendo el método heurístico socrático.

En las sesiones de resolución de ejercicios se propone una experimentación tanto individual como colectiva, trabajando tanto el planteamiento como la resolución final de los mismos. Se darán las herramientas necesarias para poder resolver el conjunto de estas actividades, aunque el estudiante requiera en un conjunto importante de ocasiones, finalizarlas fuera de las horas formalmente de clase, siendo estas las previamente concebidas dentro del marco de las horas de aprendizaje autónomo.

Las actividades de naturaleza práctica se realizarán en el laboratorio, entendiendo que se conoce el funcionamiento básico de los instrumentos que conforman la bancada genérica.

Este curso, debido a la situación generada por la Covidien, las sesiones teóricas se impartirán en modo on-line. En cuanto a las sesiones de prácticas regladas que requieran la presencia del estudiante / a en el laboratorio, en su caso, se trabajará simultáneamente en varios espacios para garantizar que se cumplen las condiciones establecidas por los protocolos de seguridad, estableciendo una dinámica de asistencia rotativa en el laboratorio nominal (laboratorio # 1).

1 SISTEMAS de INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA.

1.1 Introducción y Parámetros.

1.2 Errores en los Sistemas de Medición.

2 SENSORES Y ACONDICIONAMIENTO del SEÑAL.

2.1 Introducción.

2.2 Sensor Hall.

2.3 Sensores Optoelectrónicos.

2.4 Sensores de Temperatura.

2.5 Galgas extensiométricas.

3. ACONDICIONAMIENTO del SEÑAL: Circuitos Específicos.

3.1 Puente de Wheatstone.

3.2 Amplificador de Instrumentación.                                                                                            

4. SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS (DAQs).

4.1 Introducción a los DAQs                                                          

4.1.1 Implementación y Configuración.

4.1.2 Teoría del Muestreo.         

      4.2 Sample & Hold.

      4.3 ADCS (& DACs).                  

      4.4 Implementación de DAQs.                                                                       

ACTIVIDAD 1: PRÁCTICAS (20%):

[Vinculada a la consecución de las Competencias CB2, CT2, CE23 (RA2, RA3) y CE24 (RA1, RA4)].

Práctica 1: SENSOR DE ULTRASONIDOS (1 Sesión):

• Se propone una experimentación para establecer un lazo ultrasónico a partir de un par de cápsulas emisora ​​y receptora con el propósito de comprender e interiorizar el concepto de ancho de banda de los dispositivos electrónicos en general y de los sensores en particular.

- PRÁCTICA 2: SENSORES OPTOELECTRÓNICOS (2/3 Sesiones):

• Conocer el mecanismo de funcionamiento de los dispositivos optoelectrónicos IRED, Fotodiodo y Fototransistor.
• Analizar las características del lazo optoelectrónico a partir de la realización de diversos montajes de aplicación práctica real.
• Familiarizarse con los sistemas de acondicionamiento de la señal propios de los dispositivos OE.
• Comprobar el funcionamiento del Fototransistor en configuración EC.
• Comprobar el efecto de la polarización inversa en el fotodiodo.
• Interiorizar el concepto de Ancho de Banda de los dispositivos fotorreceptores.

- PRÁCTICA 3: SISTEMAS DE ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL ESPECÍFICOS (3 Sesiones):

• Realización del acondicionamiento de la señal correspondiente mediante un Puente de Wheatstone y un Amplificador de Instrumentación en sus modalidades discreta y / o integrada.

- PRÁCTICA 4: DAQ: ADQUISICIÓN y PROCESAMIENTO DIGITAL DE LA SEÑAL en MATLAB (3 Sesiones):

• Adquisición, análisis y procesado de señales de audio mediante  el entorno de programación Matlab y las toolboxes de Fecha Acquisition Toolbox y Signal Processing Toolbox.

(): El número de sesiones final de las prácticas será función del calendario y del ritmo del grupo de prácticas.

Se deberá realizar un informe en grupos de cada una de las prácticas, que finalizará con un apartado obligado de conclusiones que corresponderá al 20% del informe.

ACTIVIDAD 2: PROBLEMAS (10%):

[Vinculada a la consecución de las Competencias CB2, CE23 (RA2, RA3) y CE24 (RA1)].

Se ponen a disposición de los estudiantes dos colecciones de problemas correspondientes a los Bloques 1 y 2 de la asignatura, que forman parte de la base de aprendizaje y logro de la asignatura junto con los apuntes de clase. La resolución de los mismos se hará, una parte de forma no presencial y el resto, en sesiones específicas de resolución de problemas en las sesiones de teoría y que se utilizará para evaluar esta actividad. (Esta actividad se realizará con apuntes).

ACTIVIDADES 3 y 4: EXÁMENES PARCIALES 1 Y 2 (35% + 35%):

[Vinculadas a la consecución de las Competencias CB2, CE23 (RA2) y CE24 (RA1)].

Se realizan dos exámenes que constan cada uno de la resolución de cuatro problemas. El segundo examen parcial incluirá de forma explícita, los contenidos de la 2ª parte de la asignatura y de forma implícita, algunos propios de la 1ª parte de la misma (y evaluados en el contexto del al primer parcial).

El primer examen se realizará durante el curso en un día fijado al inicio de curso y el segundo se realizará en la fecha programada para la dirección de estudios una vez finalizado el periodo de clases y dentro del periodo estipulado de exámenes.

En caso de confinamiento se aplicarán los siguientes cambios:

1. Relativos a la actividad 1: La Práctica 2 se subdividirá en una parte teórica previa y una segunda parte simulada con el entorno Cadence. La Práctica 3 se realizará también en versión simulada mediante el uso del mismo software.
2. Las actividades 3 y 4 correspondientes a los exámenes parciales programados de la asignatura, se realizarán vía online.

La calificación final será la media ponderada de las calificaciones de las actividades evaluables mencionadas, como se concreta a continuación:

EXAMEN PARCIAL 1 (35%) + EXAMEN PARCIAL 2 (35%) + PRÁCTICAS (20%) + PROBLEMAS (10%)

Será necesario obtener una nota mínima de 3 en las dos pruebas escritas, para poder optar a aplicar la ponderación correspondiente.

Si la media de la asignatura es inferior a 5, se mantendrán el 20% de la calificación de prácticas y el 10% de la calificación obtenida en la componente de problemas y se activará paralelamente un mecanismo de recuperación de la componente de teoría, que consistirá en la resolución de un Examen de Recuperación del global del curso y que contabilizará el 70% del cómputo total de la misma.

En caso de superar el global de la asignatura bajo este segundo supuesto, la nota final de la asignatura estará acotada a 5.

PALLÀS ARENY, R. Sensores y Acondicionadoras de Señal. 4ª Edición. 2005. ISBN 9788426713445.

ESPINOSA duros, Virginia. Notas de clase, ejemplos y colección de problemas. Publicación Interna ESUPT-Tecnocampus. Edición 2020.

PALLÀS ARENY, R. Adquisición y Distribución de Señales. 3ª Ed. Marcombo. 1993.

PÉREZ GARCIA, et al, Instrumentación Electrónica. Ed. Thomson. Paraninfo. 2004. ISBN 84-9732-166-9.