2021年度 | 計測工学基礎

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学士課程
大学院課程

2021年度　計測工学基礎 Fundamentals of Instrumentation Engineering

文字サイズ小中大

開講元: 機械系

担当教員名: 吉岡勇人八木透

授業形態: 講義

メディア利用科目

曜日・時限(講義室): 金5-6(I321)

クラス: -

科目コード: MEC.I311

単位数: 1

開講年度: 2021年度

開講クォーター: 1Q

シラバス更新日: 2021年4月7日

講義資料更新日: -

使用言語: 日本語

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シラバス

講義の概要とねらい

　計測工学における基礎的内容を十分に理解するため，以下についてマイコンを用いた実習を交えた講義を行う．
１．各種センサ
２．信号計測とノイズ
３．計測システム
４．計測データ処理

到達目標

１．各種機械的センサの測定原理を説明できる．
２．アナログおよびデジタル信号の種類やノイズ対策について説明できる．
３．複数のセンサが組み込まれた計測システムについて説明できる．
４．計測したデータに対して平均，分散，フィルタ処理などを実施し，有意な信号とすることができる．
この科目は学修目標の，
　１．【専門力】基盤的な専門力
　４．【展開力】整理及び分析できる力
の修得に対応する．

実務経験のある教員等による授業科目等

✔ 該当する	実務経験と講義内容との関連（又は実践的教育内容）
✔ 該当する	本講義は，医療機器メーカーでの実務経験を持つ教育担当教員がその実務経験を活かし，人体計測の例を挙げるなどして教育を行う．

キーワード

センサ，計測，信号処理，統計処理

学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)

✔ 専門力

教養力

コミュニケーション力

展開力(探究力又は設定力)

✔ 展開力(実践力又は解決力)

授業の進め方

本授業ではOCW-iとSlackを使用します．Slackへの参加方法はOCW-iに記載されています．履修登録後，ただちにOCW-iを確認すること．

主に講義形式で進めるが，PCを用いた実習課題を自宅で行うことにより理解を深める．本授業ではマイコンArduinoとフォトセル（CdSセル、フォトレジスタ）を使用する．自分で購入して授業開始までに準備すること．

・Arduino、ブレッドボード、ジャンパー線，フォトセル、LED，抵抗などのキット（2000円くらい）
https://www.amazon.co.jp/gp/product/B06ZXXJL2B/ref=ox_sc_act_title_6?smid=A21X7DQBM2LL85&psc=1
https://www.amazon.co.jp/dp/B0832L41HK/ref=cm_sw_em_r_mt_dp_SABJN8JXFYBQJ9V50E9A
https://www.amazon.co.jp/dp/B07ZCK7VH9/ref=cm_sw_em_r_mt_dp_TT6FZ1FS8WW55J69SBHZ

また，第1回の授業までにArduinoとMATLABを自分のPCにインストールしておくこと（インストールに2時間かかる場合があるので注意）。

Arduino
https://www.arduino.cc/

MATLAB
https://jp.mathworks.com/academia/tah-portal/tokyo-institute-of-technology-1070812.html

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	各種センサの紹介，ArduinoとCdSセルを使う実習、システム化技術（A/D変換，サンプリング定理、エイリアシング）	１）生活の中で使われているセンサ3種類を写真に撮ってWordなどに貼り付け、センサについてコメント（センサの名前、検出する物理量など）をつけて、PDFファイルに変換し、そのファイルをOCWへアップロードする。２）以下のサイトの説明を参考にMATLABのArudinoハードウェアサポートパッケージをインストールする。https://jp.mathworks.com/matlabcentral/answers/uploaded_files/41209/SupportPackage_InstallGuide_for_Arduino.pdf
第2回	MATLAB実習 https://jp.mathworks.com/learn/tutorials/matlab-onramp.html	MATLAB 入門のコース修了書（PDF）をOCWへアップロード
第3回	MATLABの信号処理基礎実習（グラフ表示）、MATLABとArduinoを接続してCdSセルの出力をMATLAB上に表示	センサを使って身近にあるものを計測する実験を行う（計測対象については授業の中で解説する）。MATLABとArduinoを接続してセンサ出力をMATLAB上にグラフ表示する。そのグラフ（スクリーンショットでもよい）をWordに貼り付けて、コメント（この計測実験で気づいたことなど）をつけ、PDFに変換し、そのPDFファイルをOCWへアップロードする。
第4回	信号処理解説（加算平均、移動平均）、フーリエ変換解説（パワー、位相、連続・不連続、ギブス現象、窓関数）、MATLABによる信号処理実習	MATLABを使って、前回の課題で得た計測結果の周波数解析を行う。時間領域のグラフと周波数領域のグラフ（パワースペクトル）をワードに貼り付けて、コメント（この計測実験で気づいたことなど）をつけ、PDFファイルをOCWへアップロード
第5回	計測データの処理（分散，標準偏差，誤差関数）	MATLABを用いて，標準偏差，平均値，ヒストグラムなどの統計量を計算するmファイルの作成を行い，基本計算について理解を深める．
第6回	計測の信頼性（トレーサビリティ，不確かさ，キャリブレーション）	MATLABを用いたデータ処理の課題．最小二乗法などを用いてデータ間の相関関係を求めてグラフを出力する．
第7回	システムによる計測（CMM，粗さ計，材料試験機）	計測システムによる測定結果に対して，MATLABによる処理を行う．周期的なデータの処理などを通じて，計算の理解を深める．

授業時間外学修（予習・復習等）

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

OCW-iに講義資料をアップロードするので前日までにダウンロードすること（授業中や授業直前はダウンロードできないことがある）．

参考書、講義資料等

「計測システム工学の基礎」西原主計，山藤和男，森北出版

成績評価の基準及び方法

講義で出される課題の総合的評価によって行う．

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

本授業ではマイコンArduinoとフォトセル（CdSセル、フォトレジスタ）を使用する．自分で購入して授業開始までに準備すること．

例えば，以下の製品など
・Arduino、ブレッドボード、ジャンパー線，フォトセル、LED，抵抗などのキット（2000円くらい）
https://www.amazon.co.jp/gp/product/B06ZXXJL2B/ref=ox_sc_act_title_6?smid=A21X7DQBM2LL85&psc=1
https://www.amazon.co.jp/dp/B0832L41HK/ref=cm_sw_em_r_mt_dp_SABJN8JXFYBQJ9V50E9A
https://www.amazon.co.jp/dp/B07ZCK7VH9/ref=cm_sw_em_r_mt_dp_TT6FZ1FS8WW55J69SBHZ

Arduinoを持っているけれどもフォトレジスタを持っていない人は秋月電子通商、仙石電商の通販やAmazonで購入すること。

フォトセル単体（￥30＋送料）
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00110/

CdSセル、ブレッドボード、ジャンパー線などが入ったキット（¥2,546＋送料）
https://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/detail.php?code=EEHD-57Z8

その他

本授業ではOCW-iとSlackを使用します．Slackへの参加方法はOCW-iに記載されています．履修登録後，ただちにOCW-iを確認すること．

国立大学法人東京工業大学