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SENSOR AND MICROSYSTEM DESIGN
MASSIMO PIOTTO
Academic year2021/22
CourseELECTRONIC ENGINEERING
Code313II
Credits9
PeriodSemester 1
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
PROGETTAZIONE DI SENSORI E MICROSISTEMIING-INF/01LEZIONI90
GIUSEPPE BARILLARO unimap
GIOVANNI PENNELLI unimap
MASSIMO PIOTTO unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Gli studenti acquisiranno conoscenze di teoria, modelli e progettazione di sensori e microsistemi (sistemi microelettromeccanici - MEMS). Verranno discussi modelli analitici e numerici (agli elementi finiti) di casi di studio, compresi microsensori inerziali, acustici e chimici. Saranno considerati alcuni esempi di interfacce elettroniche per condizionamento del segnale.

Knowledge

Students are expected to acquire knowledge about theory, models and design of sensors and microsystems , (microelectromechanical systems - MEMS). Analytical and numerical (finite elements) models of study cases will be discussed including inertial, acoustic, chemical microsensors . Some examples of electronic read-out circuits  for signal conditioning will be considered.

 

Modalità di verifica delle conoscenze

La verifica delle conoscenze sarà oggetto della valutazione finale composta da una prova scritta e da una prova orale. Nella prova scritta lo studente dovrà dimostrare di saper analizzare il comportamento di sensori e microsistemi. Nel corso della prova orale lo studente dovrà dimostrare la capacità di discutere gli argomenti del corso utilizzando un terminologia corretta.

Assessment criteria of knowledge

Through a final test that includes a written exam and an oral exam. In the written exam, the student must demonstrate his/her knowledge of analysing sensors and microsystems. During the oral exam the student must be able to demonstrate his/her ability to discuss the main course contents using the appropriate terminology.

Capacità

Al termine del corso:

  • Lo studente sarà in grado di progettare sensori e microsistemi integrati utilizzando modelli analitici e numerici.
  • Lo studente sarà in grado di utilizzare a scopo progettuale il software Comsol-multiphysics.
Skills

By the end of the course:

  • Students will know to design intergrated sensors and microsystems by means of analytical and numerical models.
  • Students will know how to use Comsol-multiphysics software for the design of MEMS and integrated sensors.
Modalità di verifica delle capacità

La verifica avverrà nel corso delle prove di esame e nella discussione del report scritto riguardante il progetto.

Assessment criteria of skills

The student's ability will be assessed through the final test and the homemade written report on a design topic based on the finite element CAD.

Comportamenti

Lo studente potrà acquisire e/o sviluppare sensibilità alle problematiche relative alla progettazione di sensori e sistemi microelettromeccanici e quindi svilupperà competenze tipicamente interdisciplinari comprendenti aspetti elettronici, meccanici, fisici e chimici.

Behaviors

The student will develop his/her awareness of issues regarding the design of sensors and micro-electro-mechanical systems and he/she will develop interdiciplinary skills including electronic, mechanical, physical and chemical fields.

 

Modalità di verifica dei comportamenti

La sensibilità nell’analisi delle problematiche relative alla progettazone di sensori e microsistemi verrà verificata durante le sessioni di laboratorio e tramite opportune domande nel corso dell’esame finale.

Assessment criteria of behaviors

The developed ability to design sensors and microsystems will be assessed during the lab sessions and through specific questions in the final exam.

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Conoscenze di matematica, chimica e fisica di base. Conoscenze di tecnologie microelettroniche, elettronica e microelettronica.

Prerequisites

Knowledge of basic mathematics, chemistry and physics.

Knowledge of microelectronic technologies, electronics and microelectronics.

 

Indicazioni metodologiche

Il corso viene tenuto in italiano utilizzando slides che sono messe a disposizione dello studente tramite il sito e-learning. Le slides sono commentate e integrate con calcoli e precisazioni scritte a mano. Gli studenti possono usufruire del ricevimento e della mail del docente per chiarimenti tematici e organizzativi.

Teaching methods

Delivery: face to face

Learning activities:

  • attending lectures
  • participation in seminar
  • preparation of oral/written report
  • participation in discussions
  • individual study
  • Laboratory work

Attendance: Advised

Teaching methods:

  • Lectures
  • Seminar
  • Task-based learning/problem-based learning/inquiry-based learning
  • laboratory
  • project work

 

Programma (contenuti dell'insegnamento)

-) Statica e dinamica dei corpi elastici

-) Modelli termodinamici dei sensori e dei microsistemi

-) Modelli elettromeccanici a parametri concentrati

-) L'attuatore elettrostatico

-) Microsistemi inerziali

-) Microsistemi piezoresistivi

-) Microsistemi piezoelettrici

-) Sensori di temperatura

-) Sensori chimici ed elettrochimici

Syllabus

-) Statics and dynamics of elastic systems.

-)Thermodynamic models of sensors and microsystems.

-) Lumped elements electromechanics.

-) The electrostatic actuator: plane capacitor and comb finger.

-) Piezoresistive microsystems

-)  Inertial microsystems

-) Piezoelectrical microsystems

-) Temperature sensors

-) Chemical  and electrochemical sensors

 

Bibliografia e materiale didattico

Manuale "Microsistemi", Pisa University Press, 2017.

Lecture notes, slides e materiali diversi distribuiti tramite il sito del corso (servizio e-learning  https://elearn.ing.unipi.it/).

Bibliography

Manual:  "Microsistemi" Pisa University Press, 2017

 

Lecture notes, handouts and materials distributed through the course web page (e-learning service of the Engineering faculty: https://elearn.ing.unipi.it/).

 

Indicazioni per non frequentanti

Nessuna variazione per la prova scritta e orale. I non frequentanti non potranno svolgere il progetto che prevede l'utillizzo del software Consol Multiphysics disponibile nelle aulee informatiche del centro di calcolo e utilizzato nelle esercitazioni.

Non-attending students info

Non-attending students cannot present the homemade written report on a design topic based on the finite element CAD.

Modalità d'esame

A seguito dell'emergenza epidemiologica, la prova scritta non verrà svolta mentre la prova orale si svolgerà con le seguenti modalità:

  • Lo svolgimento della prova orale avverrà tramite la piattaforma Teams nell’aula virtuale pubblica già creata per l’insegnamento. Il candidato dovrà mantenere il microfono e la telecamera accesi durante tutto lo svolgimento dell’interrogazione; gli altri studenti collegati dovranno invece disattivare i propri microfoni e telecamere. È vietato a chiunque effettuare, con qualsivoglia strumento, l’audio/video registrazione della prova d’esame a distanza.
  • La prova sarà composta da tre domande sul programma d’esame. Per coloro che hanno richiesto di svolgere un progetto con il software di simulazione illustrato a lezione, la prova d’esame sarà costituita da due domande più la discussione del progetto. Le domande proposte potranno prevedere lo svolgimento di espressioni algebriche e di calcoli analoghi a quelli presenti nelle prove scritte dei precedenti appelli.

 

L'esame è composto da una prova scritta e da una prova orale.

La prova scritta consiste nella risoluzione di due esercizi e la durata è di un'ora.

La prova orale consiste in un colloquio tra il candidato e il docente, o anche tra il candidato e altri membri della commissione. La durata media del colloquio è di circa 40 minuti. La prova orale è superata se il candidato risponde correttamente alle domande mostrando la capacità di esprimersi in modo chiaro e di usare la terminologia corretta. La prova orale non è superata se il candidato non risponde correttamente alle domande mostrando ripetutamente l'incapacità di mettere in relazione parti del programma e nozioni che deve usare in modo congiunto per rispondere in modo corretto ad una domanda.

Per gli studenti che hanno scelto di fare il progetto finale, la prova orale inizierà con la discussione del progetto.

Assessment methods

The exam is made up of one written test and one oral test.

The written test consists of the solution of two exercises in 1 hours.

The oral test consists of an interview between the candidate and the lecturer, or between the candidate and the lecturer’s collaborators.  The average length of the interview is about 40 minutes. The oral test will be passed if the candidate answers the question correctly showing ability to express him/herself in a clear manner using the correct terminology. It is not possible to pass the test if the candidate does not answer the questions showing repeatedly an incapacity to relate and link parts of the programme with notions and ideas that they must combine in order to correctly respond to a question.

Students can choose whether or not to present a homemade written report on a design topic based on the finite element CAD. If they present the report, the oral exam will start with the discussion about the designed device.

 

Altri riferimenti web

nessuna

Additional web pages

None

Note

Nesuna

Notes

None

Updated: 20/07/2021 13:05