Università degli Studi di Perugia

• sensori
• sistemi di misura distribuiti

L'esame si articola in una prova scritta, una prova orale e una attività di laboratorio da illustrare in una relazione scritta (“tesina”). Il completamento della “tesina” può avvenire in un momento diverso rispetto alle altre due prove e viene valutato con un punteggio di 10/30. I rimanenti 20 punti su 30 vengono assegnati valutando la prova scritta e la prova orale.

La prova scritta è costituita da due domande. La prima, relativa al Modulo A, richiede di progettare il processo di fabbricazione di un particolare microsensore per mezzo dei passi tecnologici trattati a lezione. La seconda domanda è relativa al programma del Modulo B. Il punteggio di ciascuna domanda scritta è valutato in trentesimi. Lo studente viene ammesso alla prova orale solo se il punteggio ottenuto risulta sufficiente in entrambe le domande. La prova orale è basata sugli argomenti teorici trattati a lezione nei due moduli A e B, deve essere sostenuta nello stesso appello della prova scritta e si tiene tipicamente la settimana successiva a quella della prova scritta. Il punteggio della prova orale è valutato in ventesimi e tiene conto del risultato della prova scritta. Il punteggio finale da verbalizzare è calcolato sommando le valutazioni della prova orale (20 punti su 30) e della “tesina” (10 punti su 30).

Gli argomenti da trattare nelle “tesine” vengono presentati e discussi durante le lezioni frontali dei due docenti. È preferibile che gli studenti scelgano argomenti per la “tesina” in maniera tale da suddividere il numero totale degli studenti in modo equilibrato fra i due docenti.

la votazione media degli esami di profitto si aggira sul 28,5/30

vedi sito dedicato alla didattica

non sono previste unità formative opzionali

Unità didattica: introduzione sui sensori e tecnologie di fabbricazione (9 ore).

Classificazione nei 6 domini energetici. Parametri dei sensori. Materiali per sensori. Veloci richiami sulle principali tecnologie di lavorazione del silicio (note dagli insegnamenti precedenti). Tecniche di attacco e definizione di microstrutture tridimensionali: bulk micromachining (BMM), surface micromachining (SMM).

Unità didattica: sensori, rivelatori ed esempi di microsistemi (23 ore).

Sensori Termici: concetto di resistenza termica,RTD, termistori, effetti termoelettrici (Seebeck, Peltier), termocoppie, termopile. Sensori termici integrati (PTAT). Esempi di microsistemi basati su sensori termici: sensori di portata (o sensori di flusso), sensori di vuoto, sensori di radiazione infrarossa basati su termopila, sensori di umidità relativa (RH). Bolometri (cenni). Sensori Meccanici: sensori di deformazione (strain gauges e definizione di gauge factor), sensori di pressione e accelerometri piezoresistivi, sensori capacitivi (e relativi circuiti di misura della capacità), piezoelettricità e sensori/attuatori piezoelettrici. Sensori Magnetici: sensori a effetto Hall, magnetoresistori. Principi di funzionamento dei rivelatori di radiazione visibile a stato solido. Sensori a pixel. Rivelatori di radiazione infrarossa a stato solido (e necessità del raffreddamento). Esempi e applicazioni per la realizzazione di progetti (tesine): Lab-on-Chip e sensori biologici per la rivelazione di attività neurale.

Introduzione sui sensori e tecnologie di fabbricazione. Sensori termici, meccanici, magnetici, rivelatori di radiazione ed esempi di microsistemi. 

Lezioni frontali

Appunti delle lezioni, forniti dal docente.
J.W. Gardner, Microsensors - Principles and Applications, Wiley (1994 e seguenti).
S. Middelhoek, S.A. Audet and P.J. French, Silicon Sensors, Lab for Electronic Instrumentation, Univ. Of Delft.
S.M. Sze, Semiconductor Sensors, Wiley 1994.
J. Wilson editor, Sensor Technology Handbook, Elsevier (2005)
G. F. Knoll, Radiation Detection and Measurement, 3rd Ed. Wiley 2000.
G.Horn, J.L.Huijsing, Integrated Smart Sensors: Design and Calibration, Kluwer Academic Press, 1998. ISBN 0-7923-8004-5.

Conoscenza di base dei principi teorici, delle tecnologie di fabbricazione, nonché delle applicazioni pratiche dei più comuni tipi di sensori e rivelatori e di sistemi Micro-Elettro-Meccanici (MEMS).

marzo-giugno

Le lezioni si svolgeranno nel periodo marzo-giugno

Facoltativa ma consigliata

Facoltà di Ingegneria - Perugia

Unità didattica: reti di comunicazione per l’acquisizione dati e reti di sensori, sensor/data fusion(20 ore)

Richiami sulle reti. Modalità di trasmissione, pacchetti e incapsulamento. Modelli, acquisizione e trasmissione dati in contesto industriale. Protocolli seriali RS-xx, e Fieldbus. Ethernet e IEEE 802.11: Confronto di tali soluzioni con il modello descrittivo ISO/OSI, descrizione dei vari livelli, prestazioni. Bluetooth e ZigBee.

Introduzione alle reti di sensori. Requisiti di un nodo in una rete di sensori. Gli Standard IEEE 1451. Propagazione dell’Informazione e Tecniche di Sensor/Data Fusion. Tracking di un oggetto in movimento in una rete di sensori. Prestazioni e Incertezza di Misura. Sincronizzazione di reti di sensori.

 Unità didattica: sistemi di acquisizione dati (Data Acquisition Systems, DAS) e BUS (16 ore)

Architettura ed elementi costitutivi di un DAS. DAS basati su PC; schede di acquisizione dati. BUS sincroni e asincroni, seriali e paralleli, modalità di trasferimento dati su BUS, arbitraggio del BUS, prestazioni. Standard di Interconnessione: definizione, classificazione delle connessioni. BUS IEEE 488 (GPIB), confronto tra varie famiglie di BUS seriali e paralleli (ISA, PCI, PXI, VME, VXI, USB, GPIB, SCSI, Infiniband). Tecnologia LVDS e BUS PCI Express. Comunicazione Processore-Scheda DAS: trasferimento dati memory-mapped e I/O mapped, gestione del trasferimento CPU driven, Interrupt driven, e DMA driven, acquisizione in tempo reale.

Unità didattica: Architettura e prestazioni dei sistemi di calcolo  (4 ore)

Microarchitettura delle CPU Intel e AMD di ultima generazione. Analisi delle prestazioni. Benchmarking: Kernel Benchmark, Synthetic Benchmark, Application Benchmark. I benchmark SPEC.

Il modulo affronta vari aspetti della acquisizione ed elaborazione dati remota e in contesti distribuiti, con l'obiettivo di fornire competenze che supportino una eventuale attività progettuale. A tal fine, vengono introdotte le reti di sensori wireless, unitamente a cenni e confronti con sistemi cablati/wireless tradizionali, inclusi quelli per applicazioni industriali. Inoltre, vengono sviluppate tematiche relative al controllo della acquisizione ed elaborazione dati a livello di singolo dispositivo/nodo. Infine, viene investigato il problema della caratterizzazione metrologica delle architetture di calcolo, utile per la selezione di opportuni sistemi di elaborazione dati che gestiscano i dati acquisiti.

Lezione frontale, esercitazioni, laboratorio

Giacomo Bucci, Architetture dei Calcolatori Elettronici, Mc Graw Hill, ISBN 88-386-0889, 2001. 
Andrew S. Tanenbaum, Architettura dei Computer, Prentice Hall International / UTET Libreria, ISBN: 8877505931, 2000. 
Feng Zhao, Leonidas J. Guibas, Wireless Sensor Networks: an Information Processing Approach, Elsevier, ISBN: 978-1-55860-914-3, 2004.

Comprensione delle nozioni base relative all’acquisizione di dati di misura tramite Sistemi Distribuiti e al pilotaggio remoto della strumentazione di misura mediante vari protocolli di rete. Comprensione dell’architettura di un moderno sistema a microprocessore e delle prestazioni da esso ottenibili.

Come riportato sul sito del Corso di Laurea

Come riportato sul sito del Corso di Laurea

Facoltativa ma fortemente consigliata

Perugia, Facoltà di Ingegneria

Lunedì, ore 10:12 

Sede di Perugia, Facoltà di Ingegneria, DIEI