101332 - INSTRUMENTACIÓ

Tipus d'assignatura: Obligatòria

Coordinador: Julián Horrillo Tello

Trimestre: Tercer trimestre

Crèdits: 6

L’assignatura d’Instrumentació forma part de la matèria de Sistemes Electrònics Analògics, que s'imparteix íntegrament en el 3er curs del Grau. En aquesta assignatura es fa us de les diferents tècniques d’anàlisi i disseny  electrònic, tant analògic com digital introduïdes en les assignatures prèvies d’electrònica de la carrera (Electrònica Analògica I &II i Electrònica Digital II principalment) per tal de poder adquirir i processar dades sobre magnituds físico-químiques, dissenyant i comprenent d'aquesta manera els principis dels Sistemes d'Adquisició de Dades (DAQs).

Aquesta assignatura disposa de recursos metodològics i digitals per fer possible la seva continuïtat en modalitat no presencial en el cas de ser necessari per motius relacionats amb la Covid-19. D'aquesta forma s'assegurarà l'assoliment dels mateixos coneixements i competències que s'especifiquen en aquest pla docent. El Tecnocampus posarà a l’abast del professorat i l’alumnat les eines digitals necessàries per poder dur a terme l’assignatura, així com guies i recomanacions que facilitin l’adaptació a la modalitat no presencial.

Aquesta assignatura contribueix a l’assoliment dels següents resultats d'aprenentatge especificats per la matèria a què pertany:

-RA1: Analitza circuits d’aplicació dels amplificadors operacionals, lineals i no lineals. (CE24)

-RA2: Conèixer l'estructura i funcionament dels sensors industrials. (CE23)
-RA3: Ser capaç d'acotar els errors de les mesures. (CE23)
-RA4: Conèixer els busos d'interconnexió d'instruments. (CE23, CE24)

En acabar l'assignatura  l’estudiant ha de ser capaç de:

• Analitzar, predir i corregir els errors en el procés d’adquisició de les dades.
• Interpretar i dissenyar l’acondicionament del senyal dels diferents tipus de sensors genèrics.
• Modelitzar les diferents estructures de Sistemes d'Adquisició de Dades existents.
• Utilitzar els dispositius pertinents pel disseny i la implementació de DAQs bàsics de propòsit general.

L'assignatura consta de 6 hores a la setmana: 4 de teoria presencials a l’aula i 2 de sessions programades per pràctiques. El treball a l'aula es basarà en classes on la professora explicarà els conceptes de teoria, acompanyats de múltiples exemples i problemes seguint el mètode heurístic socràtic.

En les sessions de resolució d’exercicis es proposa una experimentació tant individual com col·lectiva, treballant tant el plantejament com la resolució final dels mateixos. Es donaran les eines necessàries per a poder resoldre el conjunt d’aquestes activitats, tot i que l'estudiant requereixi en un conjunt important d'ocasions, finalitzar-les fora de les hores formalment de classe, essent aquestes les prèviament concebudes dins del marc de les hores d'aprenentatge autònom.

Les activitats de naturalesa pràctica es realitzaran al laboratori, entenent que es coneix el funcionament bàsic dels instruments que conformen la bancada genèrica.

Aquest curs, a causa de la situació generada per la COVID, les sessions teòriques s’impartiran en mode on-line. Pel que fa a les sessions de pràctiques reglades que requereixin la presència de l’estudiant/a al laboratori, si s'escau, es treballarà simultàniament en diversos espais per tal de garantir que es compleixen les condicions establertes pels protocols de seguretat, establint una dinàmica d’assistència rotativa al laboratori nominal (Laboratori #1).

1 SISTEMES d’INSTRUMENTACIÓ ELECTRÒNICA.

1.1 Introducció i Paràmetres.

1.2 Errors en els Sistemes de Mesura.

2 SENSORS I ACONDICIONAMENT del SENYAL.

2.1 Introducció.

2.2 Sensor Hall.

2.3 Sensors Optoelectrònics.

2.4 Sensors de Temperatura.

2.5 Galgues Extensiomètriques.

3. ACONDICIONAMENT del SENYAL: Circuits Específics.

3.1 Pont de Wheatstone.

3.2 Amplificador d’Instrumentació.                                                                                            

4. SISTEMES D’ADQUISICIÓ DE DADES (DAQs).

4.1 Introducció als DAQs                                                          

4.1.1 Implementació i Paràmetres.

4.1.2 Teoria del Mostreig.         

      4.2 Sample&Hold.

      4.3 ADCs (&DACs).                  

      4.4 Implementació de DAQs.                                                                       

ACTIVITAT 1: PRÀCTIQUES (20%):

[Vinculada a l’assoliment de les Competències CB2, CT2, CE23 (RA2,RA3) i CE24 (RA1, RA4)].

-PRÀCTICA 1: SENSOR D’ULTRASONS (1 Sessió):

• Es proposa una experimentació per establir un llaç ultrasònic a partir d’un parell de càpsules emissora i receptora amb el propòsit de comprendre i interioritzar el concepte d'ample de banda dels dispositius electrònics en general i dels sensors en particular.

- PRÀCTICA 2: SENSORS OPTOELECTRÒNICS (2/3 Sessions):

• Conèixer el mecanisme de funcionament dels dispositius optoelectrònics IRED, Fotodíode i Fototransistor.
• Analitzar les característiques del llaç optoelectrònic a partir de la realització de diversos muntatges d’aplicació pràctica real.
• Familiaritzar-se amb els sistemes d’acondicionament del senyal propis dels dispositius OE.
• Comprovar el funcionament del Fototransistor en configuració EC.
• Comprovar l’efecte de la polarització inversa en el fotodíode.
• Interioritzar el concepte d’Ample de Banda dels dispositius fotoreceptors.

- PRÀCTICA 3: SISTEMES D’ACONDICIONAMENT DEL SENYAL ESPECÍFICS (3 Sessions):

• Realització de l’acondicionament del senyal corresponent mitjançant un Pont de Wheatstone i un Amplificador d’Instrumentació en les seves modalitats discreta i/o integrada.

- PRÀCTICA 4: DAQ: ADQUISICIÓ i PROCESSAMENT DIGITAL DEL SENYAL en MATLAB (3 Sessions):

• Adquisició, anàlisi i processat de senyals d’àudio mitjançant  l’entorn de programació Matlab i les toolboxes de Data Acquisition Toolbox i Signal Processing Toolbox.

( ): El número de sessions final de les pràctiques serà funció del calendari i del ritme del grup de pràctiques.

Caldrà realitzar un informe en grups de cadascuna de les pràctiques, que finalitzarà amb un apartat obligat de conclusions que correspondrà al 20% de l’informe.

ACTIVITAT 2: PROBLEMES (10%):

[Vinculada a l’assoliment de les Competències CB2, CE23 (RA2, RA3) i CE24 (RA1)].

Es posen a disposició dels estudiants dos col·leccions de problemes corresponents als Blocs 1 i 2 de l’assignatura, que formen part de la base d’aprenentatge i assoliment de l'assignatura juntament amb els apunts de classe. La resolució dels mateixos es farà, una part de forma no presencial i la resta, en sessions específiques  de resolució de problemes a les sessions de teoria i que s’utilitzarà per a avaluar aquesta activitat. (Aquesta activitat es realitzarà amb apunts).

ACTIVITATS 3 i 4: EXAMENS PARCIALS 1 I 2 (35%+35%):

[Vinculades a l’assoliment de les Competències CB2, CE23 (RA2) i CE24 (RA1)].

Es realitzen dos exàmens que consten cadascun de la resolució de quatre problemes. El segon examen parcial inclourà de forma explícita, els continguts de la 2ª part de l'assignatura i de forma implícita, alguns propis de la 1ª part de la mateixa (i avaluats en el context del al primer parcial).

El primer examen es realitzarà durant el curs en un dia fixat a l’inici de curs i el segon es realitzarà en la data programada per la direcció d’estudis un cop finalitzat el període de classes i dins del període estipulat d’exàmens.

En cas de confinament s'aplicaran els següents canvis:

1. Relatius a l’activitat 1: La Pràctica 2 es subdividirà en una part teòrica prèvia i una segona part simulada amb l’entorn Cadence. La Pràctica 3 es realitzarà també en versió simulada mitjançant l’ús del mateix software.
2. Les activitats 3 i 4 corresponents als exàmens parcials programats de l'assignatura, es realitzaran via on-line.

La qualificació final serà la mitjana ponderada de les qualificacions de les activitats avaluables mencionades, com es concreta a continuació:

EXAMEN PARCIAL 1 (35%) + EXAMEN PARCIAL 2 (35%) + PRÀCTIQUES (20%) + PROBLEMES (10%)

Caldrà obtenir una nota mínima de 3 en les dues proves escrites, per poder optar a aplicar la ponderació corresponent.

Si la mitja de l'assignatura és inferior a 5, es mantindran el 20% de la qualificació de pràctiques i el 10% de la qualificació obtinguda en la component de problemes i s'activarà paral·lelament un mecanisme de recuperació de la component de teoria, que consistirà en la resolució d'un Examen de Recuperació del global del curs i que comptabilitzarà el 70% del còmput total de la mateixa.

En cas de superar el global de l'assignatura sota aquest segon supòsit, la nota final de l'assignatura restarà acotada a 5.

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

ESPINOSA DURÓ, Virginia. Notes de classe, exemples i col·lecció de problemes. Publicació Interna ESUPT-Tecnocampus.  Edició 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.