2021年度 工学計測基礎第一   Engineering Measurement I

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開講元
融合理工学系
担当教員名
八木 透 
授業形態
講義    (ZOOM)
曜日・時限(講義室)
月7-8(S422)  
クラス
-
科目コード
TSE.A232
単位数
1
開講年度
2021年度
開講クォーター
2Q
シラバス更新日
2021年4月26日
講義資料更新日
-
使用言語
英語
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講義の概要とねらい

ものを精度よく測り,その特性を正確に理解することは,ものをうまく利用するために欠かすことができない.本講義では,その基礎となるセンサの原理,システム化技術(A/D変換,D/A変換),信号処理などについて学ぶ.授業は講義と,センサデータに基づいてサーボモータを制御するシステムを実際に設計・製作する実習から構成されている.

到達目標

・各種センサの測定原理を説明できる.
・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.
・基本的な信号処理について説明できる.
・この科目は学修目標の,
 1) 汎用的な計測技術・計算技術
 2) システムを設計し,運用する能力
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)
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

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

1)本授業ではオンライン講義およびセンサとマイコン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.

2)OCW-iとSlackを使用する.Slackへの参加方法はOCW-iに記載されている.履修登録後,ただちにOCW-iを確認すること.

3)ArduinoやMATLABを使用する.授業前までにArduinoとMATLABのソフトウェアを自分の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://www.citl.titech.ac.jp/matlab_intro/

MATLABのインストールで不明な点は教育革新センターのMATLAB-TAに問い合わせること.

MATLAB_TA
https://www.citl.titech.ac.jp/matlab_officehour/

第1回の授業にて以下の物品を貸し出すので,最初の授業は必ず出席すること.

Arduino UNO 1個
USBケーブル(UNOの場合はタイプB) 1本
ブレッドボード 1個
オス-オスジャンパ線 数本
オス‐メスジャンパ線 数本
フォトセル(CdSセル) 1個
LED 1個
抵抗 220Ω 1個
抵抗 1KΩ 1個
電池ボックス 1個
フォトリフレクタ 1個
ヘッダーピン 数個
サーボモータ 2個
タイヤ 2個

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 対面授業 各種センサの紹介 ArduinoとCdSセルを使う実習 部品配布(RCサーボモータ,電池ボックス,抵抗,CdSセル,フォトリフレクタ,オス‐メスジャンパ線,ヘッダーピン) 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やPowerpoint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PDF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 オンライン授業: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 オンライン授業 信号処理解説(加算平均、移動平均) 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(詳細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 オンライン授業 信号処理解説(フーリエ変換,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 オンライン授業 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) フォトリフレクタとRCサーボモータを使ったライントレーサー作製1 フォトリフレクタを使った回路をブレッドボード上に作成し,ラインを検出するシステムを作成する.またRCサーボモータをセンサの値に基づいて動かしてラインに沿って走行するライントレーサーを製作する.
第6回 オンライン授業 フォトインタラプタとRCサーボモータを使ったライントレーサー作製2 ライントレーサー作製
第7回 対面授業 ライントレーサーの走行実験 各自が作成したライントレーサーを持ち寄り,既定のコースを走行してタイムを競う.

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

教科書無し.授業資料アップロードするので時間に余裕をもって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
Prototyping Lab―「作りながら考える」ためのArduino実践レシピ (第2版)

成績評価の基準及び方法

授業中に出される課題の総合的評価によって行う.

関連する科目

  • TSE.M204 : 統計とデータ解析
  • TSE.A203 : 電気・磁気工学基礎
  • TSE.M201 : 常微分方程式と物理現象
  • TSE.M203 : 線形システム論
  • TSE.A202 : 固体・構造力学基礎
  • TSE.A205 : 流体工学基礎
  • TSE.A201 : 材料・物性工学基礎
  • TSE.A204 : 熱力学基礎
  • TSE.A351 : 融合理工学実験A
  • TSE.A352 : 融合理工学実験B

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

1)本授業ではオンライン講義およびセンサとマイコン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.

2)OCW-iとSlackを使用する.Slackへの参加方法はOCW-iに記載されている.履修登録後,ただちにOCW-iを確認すること.

3)ArduinoやMATLABを使用する.授業前までにArduinoとMATLABのソフトウェアを自分の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://www.citl.titech.ac.jp/matlab_intro/

MATLABのインストールで不明な点は教育革新センターのMATLAB-TAに問い合わせること.

MATLAB_TA
https://www.citl.titech.ac.jp/matlab_officehour/

第1回の授業にて以下の物品を貸し出すので,最初の授業は必ず出席すること.欠席の場合は教員へ必ず連絡すること.

Arduino UNO 1個
USBケーブル(UNOの場合はタイプB) 1本
ブレッドボード 1個
オス-オスジャンパ線 数本
オス‐メスジャンパ線 数本
フォトセル(CdSセル) 1個
LED 1個
抵抗 220Ω 1個
抵抗 1KΩ 1個
電池ボックス 1個
フォトリフレクタ 1個
ヘッダーピン 数個
サーボモータ 2個
タイヤ 2個

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.

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