Senzorika, měření a diagnostika (FSI-VMD)

Cílem předmětu je získání znalostí z oblasti senzoriky, měření a technické diagnostiky. Tyto vyjmenované vědní oblasti jsou dnes důležité pro pochopení problémů v technické praxi. Cílem je také seznámit se s údržbou technických zařízení, neboť právě i tato může výrazně ovlivnit ekonomiku firmy. Provozuschopnost technických zařízení je také spojena s důležitou oblastí, a to spolehlivostí. Tedy cílem předmětu je i pochopení základních skutečností ze spolehlivosti.

Výstupem studia předmětu "Senzorika, měření a diagnostika" je pochopení základních skutečností z uvedených oblastí a také objasnění souvislostí potřebných pro technickou praxí. Student získá na poměrně vysoké úrovni kompetence z oblasti senzoriky, měření a technické diagnostiky.

Předpokládají se základní znalosti z fyziky, matematiky, statistiky a mechaniky, a to na úrovni absolvovaných předmětů v rámci vysokoškolského studia.

Předmět je zaměřen na problematiku měření (metrologie), senzoriky a technické diagnostiky. Je vysvětlen význam uvedených jednotlivých vědních oblastí a zdůrazněna jejich souvislost a důležitost pro současnou průmyslovou praxi. Výuka předmětu důsledně vychází z nejnovějších současných moderních poznatků.
Nejprve je pozornost soustředěna na metrologii, dále senzoriku a metody měření fyzikálních veličin. Uvedené je v přednáškách značně rozpracováno a zdůvodněno. Důraz je rovněž kladen na analýzu signálů, příčiny poruch technických zařízení, na vady a poškození, dále na nedestruktivní testování (NDT) a především technickou diagnostiku. Z technické diagnostiky se student poměrně podrobně seznámí s vibrodiagnostikou, elektrodiagnostikou, termodiagnostikou, diagnostikou hlukovou, akustickou emisí a ultrazvukem. Jsou rovněž předloženy a popisovány další metody technické diagnostiky, jako např. tribodiagnostika, montážní a optická měření, multiparametrická diagnostika apod. Student se tedy celkově seznámí s přístupy v technické diagnostice, které se v současném průmyslu používají k posouzení stavu technických zařízení. V dnešní době jsou také rozvíjeny a ve výuce předloženy moderní přístupy založené na vzdáleném monitoringu, správě on-line systému, vyhodnocení naměřených dat, vizualizaci, aplikaci umělé inteligence apod. V rámci předmětu je také podrobně probírána spolehlivost prvků a systémů a značný prostor je věnován problematice údržby i se zaměřením na moderní přístupy. Podrobnosti předmětu jsou rozpracovány ve způsobu výuky přednášek a laboratorních cvičení.

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Výuka je doplněna laboratorním cvičením, kde se prakticky ověřují získané teoretické znalosti z přednášek. Dle možností budou pro studenty organizovány přednášky odborníků z praxe a exkurze do firem zabývajících se činnostmi souvisejícími s obsahem předmětu.

Laboratorní cvičení je ukončeno zápočtem (je udělován ve 13. výukovém týdnu). K jeho získání se požaduje 100% účast na cvičení, aktivita na cvičení a vypracování, odevzdání a učitelem uznání protokolů (zpráv) ze všech předepsaných laboratorních cvičení. Další podrobnosti jsou studentům sděleny a vysvětleny na začátku semestru. Získání zápočtu je nutnou podmínkou k účasti na zkoušce. Zkouška se skládá z písemné části a následně ústního pohovoru. V písemné části student zpracuje pět zadaných otázek. V ústní části je prověřována orientace ve studované problematice. Hodnocení písemné části, ústní části i celkové hodnocení zkoušky je dáno klasifikační stupnicí dle ECTS.

Výuka je kontrolována ve cvičeních z hlediska účasti a aktivity. Předpokládá se 100% účast na cvičeních, v případě nepřítomnosti je student povinen výuku nahradit, způsob náhrady určí vyučující.

1. Význam technické diagnostiky, senzoriky a měření-základní pojmy a terminologie.


2. Metrologie. Měřidla. Návaznost měřidel. Kalibrace a ověřování měřidel. Nejistoty měření. Měřicí přístroje. Blokové schéma měřicího řetězce. Číslicový měřicí přístroj. Smart zařízení. Bezdrátová a virtuální komunikace.


3. Senzorika. Senzory. Rozdělení a vlastnosti senzorů. Příklady použití vybraných senzorů. Indukční, kapacitní a ultrazvukový senzor. Smart senzory. MEMS senzory.


4. Metody měření fyzikálních veličin: deformace, tlak, inteligentní (smart) senzory tlaku, teplota, inteligentní (smart) měření teploty, bezdotykové měření teploty.


5.  Metody měření fyzikálních veličin – pokračování: výška hladiny, průtok, vlhkost. Metoda infračervené absorpce a reflexe.


6. Analýza signálu. Signál – rozdělení a popis. Měřicí řetězec, kanál. Multifunkční měřicí karty. Signálové analyzátory. Rušení měření. Digitalizace analogových signálů. Kvantování a vzorkování. Frekvenční analýza. Fourierova transformace. DFT a FFT transformace. Aliasing. Chyba únikem. Příklady analyzátorů.


7. Příčiny poruch technických zařízení. Porucha-mechanizmus a příčiny vzniku poruch. Opotřebení. Další příčiny poruch. Porucha, vada, poškození. Nedestruktivní zkoušení (NDT). Účel, vybrané metody a techniky NDT.


8. Technická diagnostika. Diagnostikovatelnost. Diagnóza. Porucha, vada. Diagnostická veličina, prostředky, systém. Diagnostik. Rozdělení technické diagnostiky podle diagnostické veličiny a zařízení. Multiparametrická diagnostika. Modely diagnostikovaných objektů. Současné trendy technické diagnostiky. Vzdálený monitoring, správa on-line systému, vyhodnocení dat, vizualizace. Diagnostický expertní systém. Umělá inteligence, využití fuzzy množin a neuronových sítí.


9. Vibrodiagnostika. Vibrace. Měřené veličiny-výchylka, rychlost, zrychlení. Měření vibrací-vibrometry, vibroměry, analyzátory. Snímače vibrací a jejich vlastnosti. MEMS akcelerometry. Kalibrační křivka, citlivost snímačů. Připevnění snímačů. Vibrace měřené na nerotujících částech stroje. Hodnocení vibrací. Frekvenční analýza. Nastavení analyzátoru. Metody analýzy spektra. Kaskádové diagramy. Fázový posun. Obálka zrychlení. Spektrograf. Vibrodiagnostika ložisek. On-line diagnostika vibrací. Trendy ve vibrodiagnostice.


10. Elektrodiagnostika. Elektrická zařízení a jejich diagnostika. Diagnostika asynchronních motorů – vady a poruchy, FFT analýza statorového proudu, diagnostické metody zaměřené na vinutí stroje, měření zkratu mezi vinutími a fázemi. Diagnostika transformátorů, částečných výbojů a izolačních kapalin. Diagnostika kabelů.


11. Termodiagnostika. Pasivní a aktivní termografie. Hluková diagnostika. Akustická emise. Ultrazvuk.


12. Tribodiagnostika. Diagnostika stavu opotřebení strojních součástí. Diagnostika degradace maziva. Montážní a optické měření. Souosost, nesouosost. Ustavování. Nevyváženost.


13. Spolehlivost prvků a systémů. Obnovitelný a neobnovitelný objekt. Opravitelný a neopravitelný objekt. Ukazatele spolehlivosti. Metody zvyšování spolehlivosti. Údržba. Generace údržby. Rozdělení údržby. Moderní přístupy v údržbě. Celková (totální) produktivní údržba (TPM).

1. Úvod do problematiky předmětu, bezpečnost práce v laboratoři.


2. Měřicí přístroje používané v laboratorním cvičení, vlastnosti, obsluha, ukázka praktických měření.


3. Nejistoty měření, řešení konkrétních příkladů.


4. Senzorika, senzory pro měření. Sběr, zpracování a digitalizace signálu.


5. Analýza signálu a seznámení s hardwarem a softwarem pro vyhodnocení signálu, práce s vybranými analyzátory.


6. SW Matlab a Simulink, seznámení s programem a jeho využitím v laboratorních cvičeních, praktická aplikace.


7. Vibrodiagnostika jako jeden z nástrojů pro zjišťování příčin poruch, základní měření s využitím vybraných analyzátorů.


8. Vibrodiagnostika, měření veličin na reálném zařízení a modelu.


9. Elektrodiagnostika, měření veličin na reálném zařízení a jejich vyhodnocení.


10. Termodiagnostika, měření a analýza teplot, kontaktní a bezkontaktní měření teplot, termokamera.


11. Montážní a optické měření. Souosost, nesouosost. Ustavování. Nevyváženost. Praktické případy a jejich vyhodnocení. Multiparametrická diagnostika, hodnocení stavu strojů a zařízení, protokol (technická zpráva) z diagnostických šetření.


12. Údržba strojních zařízení v praxi, návrh moderních přístupů v údržbě (TPM), plánování údržby, využití diagnostiky v údržbě, spolehlivost. Řešení konkrétních případů.


13. Závěrečné cvičení, hodnocení, zápočet.