Portale di Ateneo - Unibs.it Portale di Ateneo - Unibs.it

La prima parte del corso tratta tecniche e circuiti per l'estrazione e l’elaborazione dell'informazione nella strumentazione elettronica, con particolare riferimento all'interfacciamento di sensori. Sono affrontati l'amplificazione del segnale e la riduzione dei contributi indesiderati di disturbo dovuti a rumore, interferenza e grandezze di influenza, nell'ottica complessiva di massimizzare il rapporto segnale-disturbo.
La seconda parte del corso riguarda sensori e microsistemi elettromeccanici (MEMS). Sono affrontati effetti di trasduzione, tecnologie costruttive, e interfacciamento a circuiti elettronici di trattamento del segnale.
Sono presentati metodi di sviluppo e esempi di dispositivi e sistemi, applicazioni attuali in ambito industriale e recenti tendenze di ricerca, tra cui energy harvesting per alimentazione di sensori wireless, sistemi indossabili per rilevazione di parametri fisiologici..

1. Concetti generali
Misura, informazione, segnale. Disturbi, rumore, interferenza. Grandezze di influenza.

2. Amplificazione, rumore, interferenza
Amplificazione DC e AC. Rumore elettronico nei circuiti, rapporto segnale/rumore. Interferenze elettromagnetiche (EMI) e loro contenimento nei collegamenti cablati.

3. Tecniche di estrazione dell'informazione e miglioramento del rapporto segnale-disturbo
Modulazione e demodulazione. Rilevazione sensibile alla fase. Lock-in. Filtraggio. Tecniche di media (averaging). Correlazione.

4. Richiami su sensori, attuatori e sistemi di trasduzione
Caratteristiche e ruolo in differenti applicazioni, dai principi di trasduzione alla realizzazione di sistemi e microsistemi basati su sensori e attuatori. Tecnologie tradizionali e avanzate.

5. Tecnologie di microlavorazione e MEMS
Tecnologie di microfabbricazione e microlavorazione del silicio (silicon micromachining): sviluppo e evoluzione di microdispositivi e MEMS (MicroElectroMechanical Systems). Il silicio come materiale per sensori: proprietà strutturali, elettriche e meccaniche. Microlavorazione di superficie e di volume (surface e bulk micromachining). Processi di fabbricazione: deposizione, litografia, attacco chimico e fisico (etching) e definizione di geometrie, assemblaggio e incapsulamento (bonding e packaging).

6. Progetto di sensori e MEMS
Effetti fisici utilizzati in sensori e MEMS: piezoresistivo, piezoelettrico, piroelettrico, termoelettrico, capacitivo-resistivo-induttivo e a variazione di impedenza. Configurazioni di sensori: ad anello aperto, retroazionate ad anello chiuso (servo), risonanti. Metodi di ausilio alla progettazione: descrizione analitica, modellizzazione mediante analogie elettromeccaniche e elettrotermiche, simulazioni numeriche a elementi finiti, progettazione assistita al calcolatore. Esempio di utilizzo di strumenti di progettazione software applicato a un processo tecnologico per sensori e MEMS.
Analisi e soluzioni di sviluppo di sensori e MEMS, per esempio per la misura di microdeformazione (strain), pressione, forza, accelerazione, inclinazione, massa, proprietà di film e di liquidi.

7. Sistemi e applicazioni
Sensori e circuiti elettronici di interfaccia e elaborazione del segnale: sistemi a blocchi discreti, microsistemi integrati, sensori intelligenti (smart). Sensori a uscita cablata e senza cavo (wireless). Interfacce di uscita e collegamento tra sensori. Alimentazione di sensori: sorgenti di alimentazione esauribili, ricaricabili, alimentazione tramite tecniche di recupero di energia dall'ambiente (energy harvesting), sensori autonomi.

8. Attività sperimentale e progettuale di laboratorio
Approfondimento di temi specifici riguardanti circuiti elettronici di interfaccia per sensori e microsistemi, MEMS e strumentazione attraverso implementazioni hardware e/o software.