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Physik und Sensorik Physik und Sensorik Prof. Dr. Ulrich T. Schwarz Vorlesung: Donnerstag 11:30 – 13:00 im 2/N013 Seminar: Dienstag 13:45 – 15:15 im 2/P205 Dienstag 15:30 – 17:00 im 2/P205 Betreuer: Lars Hornig, Anna Richter Chemnitz ∙9. Oktober 2018 ∙Prof. Dr. Uli Schwarz www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE Physik und Sensorik Inhalte und Qualifikationsziele Inhalte: • Fortgeschrittene Themen der Physik und Sensorik • Praktische Übungen zur sensorischen Erfassung physikalischer Messgrößen • Durchführung eines Kleingruppenprojektes zu dieser Thematik Qualifikationsziele: • Kenntnis fortgeschrittener Methoden und Prinzipien der Physik und Sensorik • Fähigkeit zur eigenständigen Entwicklung und zum Einsatz moderner Sensoren und Sensorkonzepte zur Messung physikalischer, biologischer, chemischer und anderer Größen • Verständnis für charakteristische Herangehensweisen und Arbeitsmethoden bei der Durchführung, Dokumentation und Präsentation eines Projekts Chemnitz ∙9. Oktober 2018 ∙Prof. Dr. Uli Schwarz 2 www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE Physik und Sensorik Lehrformen Lehrformen des Moduls sind Vorlesung, Übung und Projekt. • V: Fortgeschrittene Themen der Physik und Sensorik (2 LVS) • Ü: Fortgeschrittene Themen der Physik und Sensorik (2 LVS) • PR: Projekt zur Sensorik (2 LVS). Das Projekt kann als Blockveranstaltung angeboten werden. Die Lehrveranstaltungen können auch in englischer Sprache angeboten werden. Chemnitz ∙9. Oktober 2018 ∙Prof. Dr. Uli Schwarz 3 www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE Physik und Sensorik Vorlesung - Gliederung • Analoge Signalaufbereitung • Spektral auflösende optische Sensoren • Hautleitwert • Life science • Operationsverstärker • FMCW und ToF Radar • Analoge Filter • Automotive • Analog-Digital-Wandler • Sensor Netzwerke • Funknetzwerke (WiFi, Bluetooth, Xbee,…) • Digitale Filter • Energieversorgung autarker Sensoren • ECG (electrocardiogram) • Instrumentenverstärker • Internet der Dinge • RFIDs • Smart Sensors • MQTT, NodeRed, Smart Home • Photoplethysmographie(PPG) • Lichtausbreitung im Gewebe • Signalauswertung im Frequenzraum • Fourier-Transformation Chemnitz ∙9. Oktober 2018 ∙Prof. Dr. Uli Schwarz 4 www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE Physik und Sensorik Literatur • H.-R. Tränkler, L. Reindl, „Sensortechnik“ (Springer Spektrum ) TUC Bibliothek e-book • D. Rose, Enchanted Objects (Scribner 2014; paperback 10,99 €) • S. Greengard, The Internet of Things (MIT press essential knowledge series, 2015) • Mark Uwe Kling, Quality Land (Ullstein 2017; hardcover 18,- €) • G.C.M. Meijer, Smart Sensor Systems (Wiley, 2008) ZQ3120 sma • S.M. Sze, Semiconductor Sensors (Wiley, 1994) ZW3120 sem • T. Igoe, Making Thins Talk (Maker Media 2011 2nd ed.) • C. Bell, Beginning Sensors Networks with Arduino and Raspberry Pi (Apress, 2013) • P.A. Henning, SmartHome Hacks – Hausautomatisierung selber machen (O‘Reilley 2016) • E. Schrüfer, L. Reindl, B. Zagar, Elektrische Messtechnik (Hanser 2014) • M. Alioto, Enabling the Internet of Things (Springer 2017) • T. Haenselmann, Wireless Sensor Networks (Oldenbourg 2011) • M.J. McGrath, C. Ni Scanaill, D. Nafus, Sensor Technologies, Healthcare, Wellness and Environmental Applicatoins (Apress 2014 open access) • H. Ahlers, Multisensorik-Praxis (Springer 1996) Chemnitz ∙9. Oktober 2018 ∙Prof. Dr. Uli Schwarz 5 www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE Physik und Sensorik Projekt: Optische Sensoren für Sauerstoffsättigung und Puls Quelle: Teresa Puder, Vortrag Fallstudien b) Fitnessuhren a) Fingerclip Was wird gemessen? Pulsfrequenz Sauerstoffsättigung, Pulsfrequenz Bildquelle: a) https://www.envitec.com/typo3temp/pics/00000_0388_2016_03_18_013126_8a255abe26.jpg b http://www.joggen- online.de/images/ausruestung/pulsuhren/beurer-pm70.jpg Chemnitz ∙9. Oktober 2018 ∙Prof. Dr. Uli Schwarz 6 www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE Physik und Sensorik Projekt: Optische Sensoren für Sauerstoffsättigung und Puls • Projekt wird im Team (3 – 5 Studierende) erarbeitet • Entweder Fingerclip oder Fitnessuhr • System: • Sensor • Signalaufbereitung • Signalauswertung • Datenübertragung (drahtlos) • Produkt (Gehäuse mit 3d Drucker) • Dokumentation • Paper zu Projekt (5 Seiten x N Personen im Team) • Poster und Präsentation Chemnitz ∙9. Oktober 2018 ∙Prof. Dr. Uli Schwarz 7 www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE Physik und Sensorik Übung Vorträge zu einzelnen Themen • Marktanalyse Fitnessuhren • Marktanalyse Finger-Clips / Überwachungssysteme • Algorithmen für Puls-Auswertung • Algorithmen für Sauerstoffsättigung • Messverstärker • Tiefpassfilter • MAX30101 Smart Sensor • MAX30101 Evaluation Board Arbeit am Projekt • Sensorcharakterisierung • Softwareentwicklung • Hardwareentwicklung Chemnitz ∙9. Oktober 2018 ∙Prof. Dr. Uli Schwarz 8 www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE Physik und Sensorik Projekt / Blockveranstaltung Fertigstellung von • Projekt • Dokumentation • Präsentation Vorstellung des Projekts Begehung aller Projekte Gemeinsame Diskussion Zwei Tage, am besten mit 1 bis 2 Wochen dazwischen Mögliche Termine: 14.1. (Di), 17. bis 19.1 (Fr/Sa/So), 21.1. (Di), 24. bis 26. Januar 2019, oder 28.1 (Di) Chemnitz ∙9. Oktober 2018 ∙Prof. Dr. Uli Schwarz 9 www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE Physik und Sensorik Modulprüfung, Leistungspunkte und Noten Die Modulprüfung besteht aus zwei Prüfungsleistungen. Im Einzelnen sind folgende Prüfungsleistungen zu erbringen: • Projektarbeit (Umfang: ca. 5 Seiten, Bearbeitungszeit 5 Wochen, studienbegleitend) zu den Inhalten des Moduls • 30-minütige mündliche Prüfung zum Inhalt des Moduls In dem Modul werden 8 Leistungspunkte erworben. Die Bewertung der Prüfungsleistung und die Bildung der Modulnote sind in § 10 der Prüfungsordnung geregelt. Prüfungsleistungen: • Projektarbeit, Gewichtung 1 – Bestehen erforderlich • mündliche Prüfung, Gewichtung 1 – Bestehen erforderlich Chemnitz ∙9. Oktober 2018 ∙Prof. Dr. Uli Schwarz 10 www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE
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