授業科目名	計測センシング工学
時間割番号	TEE312
担当教員名	本間　聡
開講学期・曜日・時限	前期・月・III	単位数	2
＜対象学生＞
EE3年次
＜授業の目的＞
目の前で起こっている現象を理解するため、または制御するためには、その対象となる物理量や状態を正確に把握しなければならない。したがって、物理量や状態を測る技術を知ることは、あらゆる科学の分野において重要である。計測センシング工学では、計測対象の変量を電気信号として採取する各種センサの原理、得られた電気信号をデジタル化するまでの基礎的なアナログ回路、デジタル化した信号を処理して有用なデータを得る基礎的デジタル処理を理解する。さらに、得られた計測結果から有用な情報を取得する方法や信頼性を確保する方法を身につける。
＜本授業科目による獲得・涵養が特に期待されるコンピテンシー＞（能力・資質）
工学部>電気電子工学科向け 記号 コンピテンシー（能力・資質）   EE-A 専門 6.信号とシステム さまざまなセンサ、プリアンプ、フィルタとAD/DA変換、マイコンを組み合わせて基本的な計測システムを設計できる ◎
＜到達目標＞  到達目標とは
目標NO 説明 コンピテンシーとの対応 EE 1 計測システムの基礎構成とその機能が説明できる。 EE-A 2 測定値に対する誤差や精度を説明できる。 EE-A 3 各物理量を電気信号に変換するセンサの原理を説明できる。 4 センサで検出した信号を増幅するなどの処理を行う回路の基本的な設計ができる。
＜成績評価の方法＞
目標No 割合 評価の観点 1 15% 中間および期末試験でその理解度を評価する。 2 35% 中間および期末試験でその理解度を評価する。 3 30% 中間および期末試験でその理解度を評価する。 4 20% 中間および期末試験でその理解度を評価する。 合計 100%
＜授業の方法＞
計測にかかわる知識について講義を行う。また，設計等の理解を深めるために，講義中に演習を行う。 講義資料および演習課題・ワークシートはNoodle上にアップロードするので，これを印刷して持参すること。 基本的に，講義中もしくは講義後に課題の提出を求めることがある。
＜受講に際して・学生へのメッセージ＞
本科目は広い分野を対象としており、総合科目ともいえる。主に電気回路や電子回路、電子デバイス、半導体工学など多岐にわたる内容を多く含むが、これについては改めて講義する。足りないと思うところは、自身で上記の分野の教科書や資料を読んで補うことも重要である。
＜テキスト＞
中沢　信明, センサの基本と実用回路, コロナ社, ISBN:978-4-339-03353-3
＜参考書＞
(未登録)
＜授業計画の概要＞
1 タイトル 計測とは何か，センシングとは何か 事前学習 事後学習 講義後，計測やセンシングについての講義の内容を振り返り，ワークシートにまとめる 授業内容 計測とは何か，センサとは何かを解説する。また，近年のIoTを活用した様々事例の紹介 2 タイトル 単位とは何か，有効数値や有効桁数を理解する 事前学習 事後学習 講義後，有効数値などの講義の内容を振り返り，ワークシートにまとめる 授業内容 国際標準化機構が定める国際単位系と組み立て単位について解説する。また，計測器のメモリの読み方，計測値の有効数値について解説する。 3 タイトル 誤差の発生原因と統計処理 事前学習 事後学習 標準偏差，正規分布などの数学的事項を事前に学習してくると理解度が深まる 講義後，講義の内容を振り返り，ワークシートにまとめる 授業内容 誤差の発生原因を解説する。また 精密さと正確さの違い，平均値，分散,　標準偏差などの統計処理について解説する。 4 タイトル 計測システムの基本構成と電気回路の基礎 事前学習 事後学習 基本的な電気回路，特にオームの法則，キルヒホッフの法則の事前に学習してくると理解度が深まる 授業内容 計測システムの基本的な構成を説明する。また電気回路の基礎的な事項について説明する。特に電流，電圧，抵抗の関係について述べる 5 タイトル ひずみゲージを用いた力センサ 事前学習 事後学習 基本的な電気回路，特にオームの法則，キルヒホッフの法則の事前に学習してくると理解度が深まる。 回路に関する演習を行う。 授業内容 ひずみゲージを用いた力センサの特性について説明し，これを有効に使用するための基本的な電気回路を紹介する。 6 タイトル 力センサ（静電容量型，圧電素子を利用したセンサ） 事前学習 事後学習 講義後，講義の内容を振り返り，ワークシートにまとめる 授業内容 静電容量型力センサ，圧電素子を利用した力センサを紹介する。またそれらの応用について紹介する。 7 タイトル アナログ信号処理１　オペアンプと信号の増幅 事前学習 事後学習 講義後，講義の内容を振り返り，ワークシートにまとめる 授業内容 信号を増幅する素子としてオペアンプを紹介する。オペアンプの特性を解説したのち，オペアンプを利用した増幅回路の回路設計を行う。 8 タイトル アナログ信号処理2　フィルタ回路（R,C,Lを利用したフィルタ） 事前学習 事後学習 抵抗，コンデンサ，コイルの特性を事前に学習してくると理解度が深まる。 授業内容 雑音成分を除去し，必要な信号成分を抽出するフィルタについて解説する。実際に，いくつかのフィルタ回路の設計を行う。 9 タイトル 中間評価：まとめ 事前学習 事後学習 これまでの講義内容について復習し，理解してくる。 授業内容 これまでの講義内容について，理解度を確認する試験を実施する。また，試験問題の出題意図を解説する 10 タイトル アナログ信号処3　フィルタ回路（アクティブフィルタ）と遮断帯域 事前学習 事後学習 講義後，講義の内容を振り返り，ワークシートにまとめる 授業内容 フィルタ回路の設計の続きを行う。オペアンプを利用したアクティブフィルタの原理を紹介する。また設計を行う。またフィルタの性能を表す遮断帯域，通過帯域について説明する。 11 タイトル 光電現象とは，これを利用した計測器 事前学習 事後学習 講義後，講義の内容を振り返り，ワークシートにまとめる 授業内容 光電効果とは何かを説明する。また光が持つエネルギー量と波長の関係を解説する。特に外部光電効果を使った計測器を説明する。 12 タイトル 半導体とは，PN接合とは 事前学習 事後学習 講義後，講義の内容を振り返り，ワークシートにまとめる 授業内容 半導体とはどんな材料なのか，P型，N型半導体の特性を解析する。特性の異なるP型，N型の半導体を接合した場合の特性について解説する。 13 タイトル PN整合を使った光センサ 事前学習 事後学習 講義後，講義の内容を振り返り，ワークシートにまとめる 授業内容 P型，N型の半導体を接合することによって，整流素子，発光素子，受光素子ができる。その原理を解説する。これらの素子がどんなところに使用されているのか紹介する。 14 タイトル 計測センシングに使用されるAD変換の基礎 事前学習 事後学習 講義後，講義の内容を振り返り，ワークシートにまとめる 授業内容 アナログ・デジタル変換の基礎を解説する。アナログ値とデジタル値の違い，それぞれの値への変換，量子化誤差について解説する。 15 タイトル 総括評価：まとめ 事前学習 事後学習 これまでの講義内容について復習し，理解してくる。 授業内容 これまでの講義内容について，理解度を確認する試験を実施する。また，試験問題の出題意図を解説する 16 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 17 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 18 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 19 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 20 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 21 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 22 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 23 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 24 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 25 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 26 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 27 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 28 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 29 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 30 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容
＜備考＞
(未登録)