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Curso : 2019/2020

60036 - Instrumentación inteligente


Información del Plan Docente

Año académico:
2019/20
Asignatura:
60036 - Instrumentación inteligente
Centro académico:
100 - Facultad de Ciencias
Titulación:
538 - Máster Universitario en Física y Tecnologías Físicas
589 - Máster Universitario en Física y Tecnologías Físicas
Créditos:
5.0
Curso:
538 - Máster Universitario en Física y Tecnologías Físicas: 1
589 - Máster Universitario en Física y Tecnologías Físicas: 1
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1.Información Básica

1.1.Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

La asignatura de Instrumentación Inteligente se caracteriza por su carácter transversal. Está recomendada para aquellos estudiantes que deseen proseguir su actividad profesional o desarrollar su Tesis Doctoral en cualquiera de los ámbitos de la Física Experimental, desempeñando su actividad laboral en laboratorios con medidas físicas, de calibrado y caracterización de materiales y en general aquellos centros en los que se requiera el empleo de sistemas de adquisición y medida de cualquier índole.  Se plantea como un curso en el que los alumnos se familiarizarán con las técnicas modernas de adquisición y tratamiento de medidas físicas, especialmente aquellas que requieren de instrumentación específica o técnicas de procesamiento y acondicionado tanto analógicas como digitales de alto rendimiento, diseñadas para su aplicación a medidas en el límite físico de resolución. El objetivo de la asignatura es que el alumno sea capaz de analizar y determinar los requisitos de un sistema de medida para un proceso experimental concreto, de conocer y comprender sus limitaciones, y ser capaz de diseñar y poner en práctica un sistema de instrumentación automatizado, así como de procesar las medidas obtenidas para su posterior análisis. 

1.2.Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

Instrumentación Inteligente es una asignatura de carácter transversal, que proporciona al alumno conocimientos y capacidades necesarias para realizar con éxito un proceso de medida y caracterización de un sistema en estudio en todas sus fases, desde el diseño de un sistema de acondicionado y medida a partir de unas especificaciones dadas, automatización del proceso de adquisición de datos y procesamiento de medidas. 

1.3.Recomendaciones para cursar la asignatura

En esta asignatura se presentan en detalle las principales técnicas de adquisición y medida empleadas en un laboratorio avanzado haciendo uso de sistemas de instrumentación inteligente, así como los conocimientos básicos de tratamiento y procesado de medidas necesarios para su adecuada interpretación. Para obtener el máximo aprovechamiento de esta asignatura es necesario haber cursado asignaturas relacionadas con las técnicas experimentales en la Física, que incluyan contenidos de principios básicos de transducción física de sensores, procesado analógico básico de señales eléctricas, instrumentación electrónica, técnicas específicas de instrumentación automatizada para la física experimental, adquisición de señales y principios de conversión analógico-digital. Las competencias y resultados del aprendizaje adquiridos se complementan con los de otras asignaturas del máster como "Sistemas de Detección de Radiación" (segundo cuatrimestre) y "Física de Comunicaciones" (segundo cuatrimestre).

2.Competencias y resultados de aprendizaje

2.1.Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para:

  • Consolidar los conocimientos avanzados y la interrelación entre los diversos campos de la Física y las Tecnología Físicas (CE3).
  • Integrar conocimientos, enfrentarse a la complejidad y formular juicios con información limitada en el ámbito de la Física y de sus Tecnologías (CE4).
  • Profundizar en el análisis, tratamiento  e interpretación de datos experimentales (CE5).
  • Conocer el grado de importancia de las investigaciones y las aplicaciones industriales de la Física y sus Tecnologías, así como sus implicaciones sociales, económicas, y legales (CE6).
  • Comprender el funcionamiento de los principales sistemas de instrumentación electrónica utilizados en un laboratorio de física.
  • Aplicar técnicas específicas de procesado analógico al tratamiento de la medida. 
  • Analizar y diseñar circuitos electrónicos específicos para diferentes contextos de medida.
  • Conocer diferentes entornos de programación y control usados en sistemas de instrumentación inteligentes.
  • Aplicar técnicas básicas de procesado digital de señales para la recuperación de medidas.
  • Conocer técnicas avanzadas de control automático. 

2.2.Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados:

  • Ser capaz de analizar interfaces electrónicos específicos de precisión (bajo ruido, alta sensibilidad, etc.). 
  • Ser capaz de aplicar técnicas de procesado analógico de señales al diseño de interfaces de transductores físicos.
  • Ser capaz de diseñar un circuito analógico de acondicionamiento de señal para unas especificaciones determinadas.
  • Ser capaz de programar un entorno multi-instrumento de adquisición de medidas. 
  • Es capaz de seleccionar el algoritmo digital más adecuado eliminar el ruido eléctrico de las señales. 
  • Es capaz de diseñar un sistema automático de control sencillo.

2.3.Importancia de los resultados de aprendizaje

Los procesos de medida y caracterización de sistemas físico-químicos que se llevan a cabo en los laboratorios de investigación e industriales requieren en  muchas ocasiones el diseño e implementación de sistemas electrónicos de acondicionado específicos, el empleo de una instrumentación adecuada y un protocolo de medida concreto, determinado por factores relacionados con las magnitudes a medir: parámetros físicos bajo estudio, características físico-químicas del proceso, exactitud y precisión de las medidas, velocidad y frecuencia de las adquisiciones, son algunos de ellos.

Disponer de los conocimientos y capacitación adecuados para abordar todas esas cuestiones es un valor añadido en un currículo científico-técnico, que permite tener una perspectiva general del problema que se pretende abordar: desde los principios físico-químicos del proceso que se monitoriza, bien para obtener modelos precisos, bien para realizar su control, hasta los bloques básicos necesarios para la correcta adquisición de las magnitudes bajo estudio. Su adecuado acondicionado, pre- y post-procesado, así como la selección de la instrumentación correcta y el preciso diseño del protocolo de automatización de las medidas, especialmente importante en aquellos procesos de larga duración o grandes dimensiones que requieren de esta posibilidad son factores fundamentales en el éxito de un proceso experimental.

3.Evaluación

3.1.Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluacion

Evaluación continua del aprendizaje del alumno mediante la resolución de cuestiones, problemas  y trabajos temáticos propuestos, su entrega en las fechas marcadas y la posible presentación en clase (50%). Con esta parte se pueden conseguir hasta 5 puntos. Aquellos no entregados en plazo se calificarán con 0 puntos. Una calificación inferior a 2,5 puntos supondrá la obligación de realizar trabajos compensatorios o la presentación a la prueba global única

Prácticas de laboratorio (50%): La calificación de las prácticas de laboratorio constará de la evaluación continua de la actitud y aptitud que el alumno demuestre en desarrollo de las mismas y de la calificación otorgada a la memoria de cada una de las experiencias propuestas. La memoria describirá de forma precisa los objetivos propuestos, metodología empleada y resultados obtenidos, así como las respuestas a las cuestiones planteadas.Con esta parte se pueden conseguir hasta 5 puntos. Las memorias no entregados en plazo se calificarán con 0 puntos. Una calificación inferior a 2,5 puntos supondrá la obligación de realizar trabajos compensatorios o la presentación a la prueba global única

Matrícula de Honor: Actividad específica voluntaria entre los alumnos con calificación de sobresaliente

Superación de la asignatura mediante una prueba global única

El alumno que no haya superado la asignatura con las actividades propuestas podrá optar por el desarrollo de trabajos compensatorios de dedicación equivalente o por la realización de una prueba teórico (50%)-práctica (50%), en fecha establecida por el calendario oficial de exámenes.

4.Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1.Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

Las metodologías de enseñanza-aprendizaje que se plantean para conseguir los objetivos planteados y adquirir las competencias son las siguientes: 

  • Actividad formativa 1: Adquisición de conocimientos sobre los contenidos de la asignatura (3 ECTS). Clases magistrales participativas. Aprendizaje basado en casos.
  • Actividad formativa 2: Resolución de problemas relacionados con los contenidos de la asignatura (1 ECTS. Resolución individual y/o en grupos reducidos de trabajos temáticos, cuestiones y problemas. Presentación y defensa de trabajos temáticos y problemas.
  • Actividad formativa 3: Diseño y caracterización de un sistema completo de adquisición de medida y control de la instrumentación (1 ECTS). Prácticas de laboratorio. Demostraciones de laboratorio. Elaboración de informes.

4.2.Actividades de aprendizaje

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes actividades:

  • Clases magistrales sobre los principales temas de la asignatura.
  • Realización individual y/o en grupos reducidos de trabajos temáticos y problemas relacionados con los contenidos de la asignatura.
  • Presentación y discusión en clase de trabajos temáticos y problemas.
  • Prácticas de laboratorio, conducentes al diseño y caracterización de un sistema completo de adquisición de medida y control de la instrumentación.

4.3.Programa

  1. Modelado eléctrico de sensores físicos.
  2. Interfaces electrónicos especializados: baja corriente, alta resistencia, bajo ruido, etc.
  3. Procesado analógico de señal: lineal y no lineal.
  4. Técnicas de conversión digital y cuasi-digital.
  5. Procesado digital de señal.
  6. Instrumentación electrónica de altas prestaciones: SMU, electrómetro, etc.
  7. Buses estándares de instrumentación.
  8. Calibración de instrumentos.
  9. Control automático de procesos y laboratorios remotos.

4.4.Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Calendario de sesiones presenciales y presentación de trabajos

La distribución final de las diferentes actividades se establecerá en función del calendario académico del curso correspondiente, anunciándose con suficiente antelación.

Las clases comenzarán y concluirán en las fechas indicadas por la Facultad de Ciencias.

  • Sesiones teóricas: 3/4 horas / semana.
  • Sesiones de laboratorio: A determinar.
  • Sesiones de evaluación: A determinar.

4.5.Bibliografía y recursos recomendados

LA BIBLIOGRAFÍA ACTUALIZADA DE LA ASIGNATURA SE CONSULTA A TRAVÉS DE LA PÁGINA WEB DE LA BIBLIOTECA http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=60036&year=2019


Curso : 2019/2020

60036 - Intelligent Instrumentation


Información del Plan Docente

Academic Year:
2019/20
Subject:
60036 - Intelligent Instrumentation
Faculty / School:
100 -
Degree:
538 - Master's in Physics and Physical Technologies
589 - Master's in Physics and Physical Technologies
ECTS:
5.0
Year:
589 - Master's in Physics and Physical Technologies: 1
538 - Master's in Physics and Physical Technologies: 1
Semester:
First semester
Subject Type:
Optional
Module:
---

1.General information

1.1.Aims of the course

Last decades advances in Physics have resulted in numerous widespread technological applications. Thus, solid-state hard drives, broadband mobile communication systems, GPS systems or very high resolution flat screens are, among others, technological products directly derived from the experimental results obtained in research laboratories. In this context, it is essential to have high performance measurement systems, which allow scientists get closer to the physical limit, being able to determine changes in the behavior of matter at increasingly lower scales. This requires the employment of sensors with high sensitivity and resolution, as well as disposing of the appropriate electronic systems for a suitable signal processing: low noise amplifiers, configurable filters, high resolution analog-digital conversion systems or instrumentation capable of measuring in the physical limit. Besides, their operation should be temporarily synchronized to get the correct interpretation of the phenomena under study.

This course will provide students with the basic fundaments for high precision measurement of electrical magnitudes (low-level voltage and current systems, measurements over high output impedance systems, high noise level systems, etc...), the principles of analog and digital signal processing (filters, equalizers, low noise amplifiers), as well as the design techniques for computer controlled acquisition systems with a multi-parameter synchronized acquisition.

1.2.Context and importance of this course in the degree

1.3.Recommendations to take this course

2.Learning goals

2.1.Competences

2.2.Learning goals

2.3.Importance of learning goals

3.Assessment (1st and 2nd call)

3.1.Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

A continued evaluation will take into account the personal work of the students by solving questions, problems and proposed assignments, their delivery in scheduled deadlines and a possible oral presentation in class. This will constitute 50 % of the final mark.

The course will also comprise several practical sessions. 50 % of the final mark will correspond to this laboratory work, which will involve the continuous assessment of the attitude and skills that the student demonstrates in developing the practical sessions, and the grade obtained in the final report of each of the proposed experiences. The report should accurately describe the objectives, methodology and results, as well as the answers to the questions raised.

4.Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1.Methodological overview

The methodology followed in this course is oriented towards achievement of the learning objectives. A wide range of teaching and learning tasks are implemented, such as:

  • Lectures and case-based learning comprising the core contents of the course (3 ECTS).
  • Individual and/or small group solving of questions, problems and proposed assignments, and their presentation and defense (1 ECTS).
  • Laboratory sessions and demos. Preparation of reports (1 ECTS).

4.2.Learning tasks

The course includes the following learning tasks: 

  • Lectures on the main topics (3 ECTS).
  • Individual and/or small group solving of questions, problems and proposed assignments (0.5 ECTS).
  • Defense of problems and assignments (0.5 ECTS).
  • Laboratory work, leading to the design and characterization of a complete acquisition measurement system with control instrumentation (1 ECTS).

4.3.Syllabus

The course will address the following topics:

  1. Electrical Modeling of physical sensors.
  2. Specific electronic Interfaces: low current, high strength, low noise, etc.
  3. Analog Signal Processing: linear and nonlinear.
  4. Digital and quasi-digital conversion techniques.
  5. Digital Signal Processing.
  6. High performance electronic instrumentation: SMUs, nanovoltmeters, picoammeters, etc.
  7. Standard instrumentation buses.
  8. Automatic control of processes and remote labs.

4.4.Course planning and calendar

The distribution of the different activities will be decided according to the academic calendar of this course. 

Further information concerning the timetable, classroom, assessment dates and other details regarding this course, will be provided on the first day of class or please refer to the Faculty of Science http://ciencias.unizar.es/

4.5.Bibliography and recommended resources

http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=60036&year=2019