Insegnamento obbligatorio per la Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica collocato al 1° periodo didattico del 1° anno. Il corso pone particolare attenzione all'aspetto sperimentale delle misure elettroniche a basso rumore, l’analisi spettrale e l'analisi dei dati. La multisciplinarietà del corso è la sua caratteristica peculiare.

L’obiettivo principale dell’insegnamento è quello di fornire all’allievo le conoscenze affinché sia in grado di valutare i problemi di misura connessi all’impiego della strumentazione sia "stand alone" (oscilloscopi digitali, FFT, analizzatori di spettro a conversione eterodina) sia basata su sistemi di misura "PC-based". Parte del corso è dedicata ai sensori di grandezze fisiche con l’intento di affrontare le problematiche metrologiche ad essi associati (sensibilità, incertezza, rumore...). Il raggiungimento degli obiettivi di apprendimento permetterà di sviluppare nell’allievo le conoscenze relative: - ai principi di funzionamento di sensori di grandezze fisiche - agli aspetti principali delle tecniche di interfacciamento dei sensori con i sistemi di misura - alle diverse opzioni tecnologiche di realizzazione dei sensori in funzione delle prestazioni di misura richieste - alle capacità di interpretare le specifiche fornite dai costruttori per i diversi tipi di sensori - al contesto applicativo e i vincoli di progetto di sistemi di misura complessi, con particolare attenzione a quelli a basso rumore; - alle caratteristiche e alle potenzialità della moderna strumentazione (FFT, analizzatore di spettro) per l'analisi del rumore e delle incertezze nelle misure - alla progettazione di un sistema di acquisizione dati basato sull'uso di un PC

Concetto di grandezza fisica, misurazione ed incertezza Incertezza e trattamento della propagazione dell'incertezza secondo i modelli deterministico e probabilistico Conoscenza della strumentazione di base per la misurazione di grandezze elettriche Conoscenza dei metodi di misura di base (diretti ed indiretti, di confronto, di zero, di ponte) Conoscenza dell'uso degli amplificatori operazionali e dei filtri. Conoscenza dei fondamenti del campionamento e della conversione analogico/digitale Conoscenza degli elementi di base di probabilità e statistica

Analizzatori di spettro (AS): componenti a RF per analisi spettrale (mixer e sintetizzatori di frequenza). Analizzatore di spettro ad FFT: schema di massima, modalità di funzionamento, problemi legati alla finestra di acquisizione (leakage, windowing). AS ad eterodina. Analizzatore di spettro a RF con doppia conversione e FFT. Prestazioni e confronti dei principali AS presenti in commercio (1.2 ects). Analisi dei dati sperimentali di misura: grafici di dati sperimentali, best fit lineare e non lineare, varianza classica e tipi di rumore, Allan deviation. (0.8 ects) . Principio di funzionamento e prestazioni di sensori. Principali categorie di sensori per grandezze fisiche (sensori di temperatura, umidità, allungamento, magnetici, posizione, piezoelettrici, ottici, ...) e relativi sistemi di condizionamento del segnale; amplificatore da strumentazione. Determinazione del rapporto S/N in circuiti con amplificatori operazionali per il condizionamento del segnale proveniente da sensori. Noise gain. Tecniche di riduzione del rumore ed analisi del tipo di rumore. Lock in amplifier. (1.8 ects). Schede di acquisizione dati: utilizzo di una scheda di acquisizione dati di tipo commerciale, studio dell’architettura, stadi di ingresso, contributi di incertezza, tecniche di programmazione. Sistemi di misura complessi e tecniche di interconnessione: IEEE488, LAN (0.6 ects). Laboratori sperimentali (3.3ects). Descrizione delle esercitazioni sperimentali di laboratorio (0.3 ects).

Gli studenti che, in precedenti corsi di misura, non si siano occupati della discussione del modello probabilistico dell'analisi delle incertezze, potranno seguire lezioni complementari al fine di colmare tale lacuna.

Il corso prevede una importante parte di esperienze in laboratorio con 11 esercitazioni sperimentali per un totale di 33 ore, con gli studenti suddivisi in gruppi di 3-4 componenti. Sarà richiesta la stesura di 2 relazioni (a scelta dello studente) relative alle esperienze di laboratorio. Alcune lezioni in aula saranno incentrate su argomenti che permetteranno il corretto svolgimento delle esercitazioni sperimentali proposte. Le slide delle lezioni saranno disponibili sul portale della didattica prima dell’inizio delle lezioni.

- Introduction to instrumentation and measurements, Robert B. Northrop; Pubblicazione: CRC press; Anno: 2014 (Third edition); Bib. centr. Ingegneria, Collocazione: 124.648 - Esercizi di misure, M. Norgia, A. Pesatori, C. Svelto; Editore: Esculapio; Data di Pubblicazione: 2006; Bib. centr. Ingegneria, Collocazione: 132.219 - Handbook of modern sensors, J. Fraden; Editore: Springer; Data di pubblicazione 2010; Bib. centr. Ingegneria, Collocazione: 134.218 - Analog Devices: https://www.analog.com/en/education/education-library/practical-design-techniques-sensor-signal-conditioning.html - Keithley Instruments: Low level Measurements handbook (disponibile online: https://www.tek.com/document/handbook/data-acquisition-and-control-handbook) - Keithley Instruments: Data acquisition and control handbook (disponibile online: https://www.tek.com/document/handbook/low-level-measurements-handbook Inoltre: - materiale fornito che riguarderà prevalentemente i manuali della strumentazione e la documentazione dei sensori presentati durante le lezioni in aula. - copia delle slides utilizzati durante le lezioni, comprendenti esempi di progettazione e di problemi richiesti in sede di esame.

Slides; Dispense; Libro di testo; Libro di esercitazione; Esercizi; Esercizi risolti; Esercitazioni di laboratorio;

E' possibile sostenere l’esame in anticipo rispetto all’acquisizione della frequenza

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Elaborato scritto prodotto in gruppo;

Exam: Written test; Optional oral exam; Group essay;

... L'esame finale mira a verificare l'acquisizione, da parte dello studente, delle conoscenze e delle capacità poste come obiettivo dell'insegnamento ed indicate alla voce “Risultati di apprendimento attesi”. Faranno parte degli argomenti di valutazione le relazioni di laboratorio presentate, la prova scritta e la prova orale. Quest’ultima è facoltativa. In particolare le attività sperimentali svolte in laboratorio saranno valutate attraverso 2 relazioni per ciascun gruppo di lavoro, inviate al docente in formato pdf entro la settimana precedente l’appello di esame. La valutazione delle relazioni di laboratorio consentirà di acquisire un punteggio parziale fino ad un massimo di 4 punti. La prova scritta mira a verificare la conoscenza e la comprensione degli argomenti trattati sia a lezione che nelle esercitazioni sperimentali. Il tempo a disposizione per la prova scritta è di 2 ore e verrà richiesto allo studente di risolvere 3 esercizi numerici ed 1 esercizio teorico/descrittivo. Durante la prova scritta non è consentito utilizzare libri, appunti o altro materiale didattico. E' consentito l'uso della calcolatrice. La valutazione della prova scritta consentirà di acquisire un punteggio parziale fino ad un massimo di 24/30 punti. L’esame potrà essere integrato da un orale di circa 30' su tutti gli argomenti trattati a lezione e durante i laboratori. Tale prova orale sarà su richiesta degli studenti che abbiano conseguito, tra prova scritta e relazioni di laboratorio, almeno 22/30. La prova orale permetterà di ottenere un punteggio compreso fra -3 punti e +3 punti. Il punteggio finale sarà dato dalla votazione dello scritto a cui sarà aggiunto sia la valutazione delle relazioni, sia il punteggio dell'orale, nel caso in cui quest’ultimo sia stato effettuato. Se il punteggio totale sarà di 31 punti, il voto finale sarà 30 e lode.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.