"Z A T W I E R D Z A M prof. dr hab. inż. Radosław TRĘBIŃSKI Dziekan Wydziału Mechatroniki i Lotnictwa Warszawa, dnia... S Y L A B U S P R Z E D M I O T U NAZWA PRZEDMIOTU: URZĄDZENIA I SYSTEMY OPTOELEKTRONICZNE Wersja anglojęzyczna: Optoelectronics Devices and Systems Kod przedmiotu: WMLAWCSM UiSOpt; WMLAWCNM UiSOpt Podstawowa jednostka organizacyjna (PJO): Wydział Mechatroniki i Lotnictwa (prowadząca kierunek studiów) Kierunek studiów: Mechatronika Specjalność: automatyka i sterowanie; Poziom studiów: Forma studiów: identyfikacja i diagnostyka systemów technicznych; Język prowadzenia: polski studia drugiego stopnia studia stacjonarne i niestacjonarne Sylabus ważny dla naborów od roku akademickiego 2012/2013 1. REALIZACJA PRZEDMIOTU Osoby prowadzące zajęcia (koordynatorzy): prof. dr hab. inż. Zbigniew BIELECKI ppłk dr inż. Mirosław NOWAKOWSKI PJO/instytut/katedra/zakład Instytut Optoelektroniki/Zakład Systemów Optoelektronicznych 2. ROZLICZENIE GODZINOWE a. Studia stacjonarne semestr forma zajęć, liczba godzin/rygor (x egzamin, + zaliczenie na ocenę, z zaliczenie) punkty ECTS razem wykłady ćwiczenia laboratoria projekt seminarium II 60 30/+ 10/z 20/+ 3 razem 60 30/+ 10/z 20/+ 3 b. Studia niestacjonarne semestr forma zajęć, liczba godzin/rygor (x egzamin, + zaliczenie, # projekt) punkty ECTS razem wykłady ćwiczenia laboratoria projekt seminarium II 38 14/+ 4/z 20/+ 3 razem 38 14/+ 4/z 20/+ 3
3. PRZEDMIOTY WPROWADZAJĄCE WRAZ Z WYMAGANIAMI WSTĘPNYMI Fizyka. Wymagania wstępne: Podstawowe wiadomości z fizyki półprzewodników. Przewodnictwo elektryczne półprzewodników. Znajomość pojęć: intensywność promieniowania, luminancja energetyczna, egzytancja energetyczna, natężenie napromieniowania. Prawo Plancka. Prawo Wiena. Prawo Stefana-Boltzmanna. Efekt fotoelektryczny zewnętrzny i wewnętrzny. Podstawy optyki: odbicie, załamanie światła, dyspersja, interferencja. Elektrotechnika i elektronika I i II. Znajomość zasady działania podstawowych elementów i układów elektronicznych (tranzystory bipolarne i unipolarne, diody, elementy bierne, wzmacniacze operacyjne, przetworniki I/V, układy całkujące, układy różniczkujące itp.). Optoelektronika Źródła promieniowania optycznego. Diody LED. Lasery, zasada działania, rodzaje. Detektory promieniowania optycznego - termiczne i fotonowe. Matryce detektorów. Światłowody - zasada działania. 4. ZAKŁADANE EFEKTY KSZTAŁCENIA Symbol W1 W2 U1 U2 Efekty kształcenia Student, który zaliczył przedmiot, ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie systemów i urządzeń optoelektronicznych oraz stosowanych metod wytwarzania i detekcji promieniowania optycznego ma wiedzę dotyczącą obszarów zastosowań podzespołów i systemów optoelektronicznych oraz trendów rozwojowych dotyczących wykorzystania elementów optoelektronicznych w zastosowaniach praktycznych potrafi, przy formułowaniu i rozwiązywaniu zadań związanych z projektowaniem stanowisk pomiarowych i eksploatacją elementów, układów i systemów optoelektronicznych integrować wiedzę z dziedziny fizyki, elektroniki i optoelektroniki stosując podejście systemowe, z uwzględnieniem aspektów pozatechnicznych potrafi ocenić przydatność i możliwość wykorzystania nowoczesnych systemów optoelektronicznych w zastosowaniach pomiarowych i użytkowych charakteryzujących się walorami innowacyjnymi odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku K_W03 K_W06 K_U16 K_U17 5. METODY DYDAKTYCZNE Zarówno wykład jak i ćwiczenia rachunkowe, laboratoryjne oraz seminaria są prowadzone metodami aktywizującymi wykorzystując w szczególności: twórcze rozwiązywanie problemów, rozwijając u studentów umiejętność dyskusji na tematy zajęć. Wykłady prowadzone głównie w formie audiowizualnej. Ćwiczenia rachunkowe związane z zagadnieniami omawianymi na wykładzie, obejmują przypomnienie, utrwalenie i usystematyzowanie wiedzy wcześniej nabytej, uzyskanej jako rezultat ukierunkowanej pracy własnej poprzez rozwiązywanie zadań i problemów. Ćwiczenie laboratoryjne ukierunkowano na zapoznanie się z zasadą działania układów detekcji promieniowania optycznego, światłowodowych linii transmisyjnych, dalmierzy, lidarów, urządzeń termowizyjnych oraz wybranych sensorów optoelektronicznych.
6. TREŚCI PROGRAMOWE lp temat/tematyka zajęć liczba godzin wykł. ćwicz. lab. proj. semin. 1. Układy detekcji bezpośredniej. 2 2. 3. Analiza stosunku sygnału do szumu w układach detekcji bezpośredniej. Ograniczenie kwantowe i termiczne. Techniki poprawy stosunku sygnału do szumu. Detekcja synchroniczna. 2* 4/2* 4. Detekcja fazoczuła. 2 5. Łączność optyczna w otwartej przestrzeni 2* 6. Optoelektroniczne sensory niebezpiecznych gazów. 2* 7. Sensory materiałów wybuchowych. 2 8. Światłowody i ich zastosowania 4/2* 9. Systemy detekcji zdalnej i miejscowej. 2 10. Zastosowania termowizji w nauce, przemyśle i w wojsku 2* 11. Optoelektronika w zastosowaniach wojskowych 2* 12. Lidary. Rodzaje, zasada działania. 2 13. Inteligentny budynek. 2* Razem wykłady studia stacjonarne 30 Razem wykłady studia niestacjonarne 14 TEMATY ĆWICZEŃ RACHUNKOWYCH 1. Obliczanie parametrów stopni wejściowych fotoodbiorników. 2 2. Analiza SNR w układach detekcji bezpośredniej. 2* 3. Projektowanie światłowodowej linii transmisyjnej. 2 4. Równanie zasięgu lidaru. 2* 5. Wyznaczanie zasięgów detekcji, rozpoznania i identyfikacji kamerami termowizyjnymi Razem ćwiczenia rachunkowe studia stacjonarne 10 Razem ćwiczenia rachunkowe studia niestacjonarne 4 TEMATY ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH 1. Badania detekcji fazoczułej. 4 2. Badania detekcji z synchronicznym całkowaniem sygnału. 4 3. Budowa światłowodowej linii transmisyjnej. Pomiary parametrów transmisyjnych linii światłowodowych. 4. Lidar rozproszeniowy, dopplerowski, fluorescencyjny. Dalmierz. 4 5. Badania rozkładów temperatury kamerami termowizyjnymi 4 Razem laboratoria studia stacjonarne 20 Razem laboratoria studia niestacjonarne 20 Razem studia stacjonarne 30 10 20 Razem studia niestacjonarne 14 4 20 * zagadnienia realizowane indywidualnie przez studenta studiów niestacjonarnych 2* 4
7. LITERATURA podstawowa: 1. Z. Mierczyk (red.). Nowoczesne technologie systemów uzbrojenia. WAT, 2008. 2. Z. Bielecki, A. Rogalski. Detekcja promieniowania optycznego. WNT, 2002. 3. M. Szustakowski. Elementy techniki światłowodowej. WNT. Warszawa. 1992. 4. H. Madura (red). Pomiary termowizyjne w praktyce, Pomiary Automatyka Kontrola, 2004. 5. B. Wiecek, G. De Mey. Termowizja w podczerwieni. Podstawy i zastosowania. PAK, 2011. uzupełniająca: 1. M. Karpierz. Podstawy fotoniki. Centrum Studiów Zaawansowanych Politechniki Warszawskiej. 2010. 2. R. Jóźwicki. Technika laserowa i jej zastosowania. Oficyna wydawnicza PW. 2009. 3. K. Both, S. Hill. Optoelektronika. WKiŁ. 2001. 4. A. Kujawski, P. Szczepański. Lasery. Podstawy fizyczne. Oficyna wydawnicza Politechniki Warszawskiej. 1999. 5. J. Godlewski. Generacja i detekcja promieniowania optycznego. PWN. 1997. 6. Z. Kaczmarek. Światłowodowe czujniki i przetworniki pomiarowe. PAK, 2006. 8. SPOSOBY WERYFIKACJI ZAKŁADANYCH EFEKTÓW KSZTAŁCENIA Przedmiot zaliczany jest na podstawie średniej z pozytywnych ocen za wszystkie efekty kształcenia. Efekt W1 sprawdzany jest przed ćwiczeniami laboratoryjnymi, rachunkowymi oraz na zaliczeniu przedmiotu. Efekt W2 sprawdzany jest przed ćwiczeniami laboratoryjnymi, rachunkowymi oraz na zaliczeniu przedmiotu. Efekt W3 sprawdzany jest głównie przed ćwiczeniami laboratoryjnymi oraz na zaliczeniu przedmiotu. Efekt U1 sprawdzany jest w trakcie ćwiczeń laboratoryjnych. Ocena 5,0 (bdb) Ocena Opis umiejętności Badania detekcji fazoczułej. Potrafi zidentyfikować poszczególne bloki wzmacniacza typu Lock-In i omówić ich funkcje Potrafi sygnałów oraz parametrów punktu pracy wzmacniacza na wyniki pomiarów. Napisać poprawne Potrafi zidentyfikować poszczególne bloki wzmacniacza typu Lock-In i omówić ich funkcje Potrafi sygnałów oraz parametrów punktu pracy wzmacniacza na wyniki pomiarów. Dopuszczalne są drobne błędy we wnioskach z przeprowadzonych pomiarów. Potrafi zidentyfikować poszczególne bloki wzmacniacza typu Lock-In i omówić ich funkcje. Potrafi symulacji. Potrafi uruchomić stanowisko pomiarowe i dokonać oceny wpływu kształtu mierzonych sygnałów na wyniki pomiarów. Potrafi zidentyfikować poszczególne bloki wzmacniacza typu Lock-In i omówić ich funkcje. Samodzielnie przeprowadzić symulacje komputerowe i dokonać interpretacji otrzymanych wyników. Napisać poprawne wnioski z przeprowadzonych symulacji. Potrafi uruchomić wzmacniacz typu Lock-In i ocenić poprawność jego działania. Potrafi zidentyfikować poszczególne bloki wzmacniacza typu Lock-In i omówić ich funkcje. Samodzielnie przeprowadzić symulacje komputerowe i dokonać interpretacji otrzymanych wyników. Dopuszczalne są drobne błędy we wnioskach z przeprowadzonych symulacji Opis umiejętności Badania detekcji z synchronicznym całkowaniem sygnału.
5,0 (bdb) Potrafi zidentyfikować poszczególne bloki wzmacniacza typu Boxcar i omówić ich funkcje Potrafi sygnałów oraz parametrów punktu pracy wzmacniacza na wyniki pomiarów. Napisać poprawne Potrafi zidentyfikować poszczególne bloki wzmacniacza typu Boxcar i omówić ich funkcje Potrafi sygnałów oraz parametrów punktu pracy wzmacniacza na wyniki pomiarów. Dopuszczalne są drobne błędy we wnioskach z przeprowadzonych pomiarów. Potrafi zidentyfikować poszczególne bloki wzmacniacza typu Boxcar i omówić ich funkcje. Potrafi symulacji. Potrafi uruchomić stanowisko pomiarowe i dokonać oceny wpływu kształtu mierzonych sygnałów na wyniki pomiarów. Potrafi zidentyfikować poszczególne bloki wzmacniacza typu Boxcar i omówić ich funkcje. Samodzielnie przeprowadzić symulacje komputerowe i dokonać interpretacji otrzymanych wyników. Napisać poprawne wnioski z przeprowadzonych symulacji. Potrafi uruchomić wzmacniacz typu Boxcar i ocenić poprawność jego działania. Potrafi zidentyfikować poszczególne bloki wzmacniacza typu Boxcar i omówić ich funkcje. Samodzielnie przeprowadzić symulacje komputerowe i dokonać interpretacji otrzymanych wyników. Dopuszczalne są drobne błędy we wnioskach z przeprowadzonych symulacji Efekt U2 sprawdzany jest praktycznie na ćwiczeniach laboratoryjnych i zaliczeniu przedmiotu Ocena Opis umiejętności 5,0 Potrafi bezbłędnie pomierzyć temperaturę obiektu za pomocą pirometru. Pomierzyć charakterystyki (bdb) światłowodowego czujnika odbiciowego. Samodzielnie dobrać przyrządy pomiarowe i zestawić stanowisko. Dokonać interpretacji pomierzonych charakterystyk. Bezbłędnie napisać wnioski z przeprowadzonych pomiarów. Potrafi obsłużyć kamerę termowizyjną. Bezbłędnie napisać wnioski z przeprowadzonych pomiarów. Potrafi bezbłędnie pomierzyć temperaturę obiektu za pomocą pirometru. Pomierzyć charakterystyki światłowodowego czujnika odbiciowego. Dokonać interpretacji pomierzonych charakterystyk. Bezbłędnie napisać Potrafi obsłużyć kamerę termowizyjną. Bezbłędnie napisać Potrafi pomierzyć temperaturę obiektu za pomocą pirometru. Pomierzyć charakterystyki światłowodowego czujnika odbiciowego. Dokonać interpretacji pomierzonych charakterystyk. Napisać wnioski z przeprowadzonych pomiarów. Potrafi obsłużyć kamerę termowizyjną. Napisać wnioski z przeprowadzonych pomiarów. Potrafi pomierzyć temperaturę obiektu za pomocą pirometru. Mogą wystąpić błędy w doborze współczynnika emisyjności mierzonego obiektu. Pomierzyć charakterystyki światłowodowego czujnika odbiciowego. Dokonać interpretacji pomierzonych charakterystyk. Napisać wnioski z przeprowadzonych pomiarów. Potrafi obsłużyć kamerę termowizyjną. Napisać Potrafi pomierzyć temperaturę obiektu za pomocą pirometru. Mogą wystąpić błędy w doborze współczynnika emisyjności mierzonego obiektu. Pomierzyć charakterystyki światłowodowego czujnika odbiciowego. Dokonać interpretacji pomierzonych charakterystyk. Napisać wnioski z przeprowadzonych pomiarów. Potrafi obsłużyć kamerę termowizyjną z pomocą prowadzącego ćwiczenie. Napisać Efekt U3 sprawdzany jest na podstawie sprawozdań z ćwiczeń laboratoryjnych i zadań dodatkowych. Zaliczenie jest przeprowadzane w formie pisemnej autorzy sylabusa Dyrektor instytutu odpowiedzialnego za przedmiot... Prof. dr hab. inż. Zbigniew BIELECKI ppłk dr inż. Mirosław NOWAKOWSKI... płk dr inż. Krzysztof KOPCZYŃSKI