Física Biomédica (plan 2015) 2022-1

Tercer Semestre, Instrumentación y Calibración

Instrumentación y Calibración 2022-1

Semestre: 2022-1

Grupo 3035

Horario: Martes y jueves 15:00 a 18:00

Profesores:

Fis.Bio. Dalia Yvette Domínguez Jiménez (1208dalia@ciencias.unam.mx).

Fis.Bio. Juan Alberto Martínez Martínez (j.alberto_mtz100@ciencias.unam.mx)

M. en I. Marco Serna Estrada (marcog.serestrada@ciencias.unam.mx)

Ayudante:

Valentina Bastida Montiel (zotaquitabm@ciencias.unam.mx)

La primera sesión informativa del curso se realizará en el siguiente enlace de meet el día 21 de septiembre en horario de clase:

https://meet.google.com/lookup/f2ubxqrjq7?authuser=0&hs=179

Objetivo principal:

El alumno adquirirá los conocimientos básicos necesarios para el análisis, diseño e instrumentación de sistemas eléctricos/electrónicos de acondicionamiento de variables físicas.

Objetivos específicos:

• El alumno podrá realizar el análisis del comportamiento de un circuito eléctrico/electrónico y será capaz de expresarlo de manera clara.

• El alumno comprenderá las características fundamentales de los diferentes sensores utilizados en la medición de variables y será capaz de plantear de manera lógica la selección de un sensor en particular de acuerdo a una aplicación específica.

• El alumno desarrollará una metodología de trabajo que le permitirá realizar el planteamiento, análisis e implementación de una solución, de acuerdo con una problemática definida (médico/biológico).

Dinámica del curso:

La plataforma que se utilizará es G-suite (google): classroom, meet, jamboard, drive. El ingreso a las plataformas digitales se deberá realizar con una cuenta institucional (@ciencias.unam.mx)

Será en modalidad híbrida, con clase síncrona el día Jueves, en horario de clase, el material de estudio se publicará en el Classroom los días viernes a más tardar 10 de la noche, para que los puedan consultar de manera asíncrona. Los temas de los diferentes módulos se irán publicando conforme avance el semestre. Todo el curso se llevará a cabo en línea

Tareas y trabajos de investigación no se aceptarán después de las fechas establecidas para su entrega. Los reportes de los proyectos integrativos recibirán una penalización si no son entregados en las fechas establecidas, por lo que se descontarán 2 puntos de la calificación por cada día de atraso. Los reportes contarán con un formato que será indicado por los profesores.

Las unidades temáticas se irán publicando conforme avance el semestre, los cuales incluirán videos, presentaciones, lecturas, ejercicios y tareas.

ADVERTENCIA: No es permitido el plagio. La primera vez se hará una llamada de atención. La segunda y sucesivas el alumno será acreedor a calificación reprobatoria del entregable.

Recursos didácticos

Para la parte experimental, se brindará un kit que se explicará en la primera reunión de grupo, donde se explicará de forma más detallada cómo se realizará esta parte experimental. Además, se complementará el aprendizaje a través de plataformas de simulación. La elaboración de los proyectos integrativos se realizará de manera individual y la elaboración del proyecto final será de manera individual o grupal (con límite de participantes de acuerdo al número de alumnos inscritos).

Entregables del curso:

• Tareas

• Reportes

• Trabajos de Investigación

• Simulaciones

• Experimentos

Evaluación:

Se realizarán evaluaciones por cada módulo.

Para tener derecho a examen global es necesario que al menos se tenga el 80% de los entregables del curso.

¡No hay examen de recuperación!

Requisitos mínimos para obtener calificación aprobatoria del curso:

• Promedio aprobatorio en cada uno de los módulos.

• Promedio aprobatorio de exámenes.

Desglose de la calificación final:

• Proyectos Integrativos 30 %

• Tareas 10%

• Examen 30 %

• Proyecto Final 30 %

Contenido temático:

Módulo 1

1. Instrumentación con Elementos Lineales (introducción circuitos eléctricos):

1.1. Magnitudes eléctricas básicas

1.1.1. Ley de Ohm

1.1.2. Ley de Coulomb

1.1.3. Diferencia de Potencial

1.1.4. Elementos Resistivos

1.2. Conexiones eléctricas básicas

1.2.1. Conexión en serie

1.2.2. Conexión en Paralelo

1.3. Métodos de análisis de circuitos eléctricos

1.3.1. Leyes de Kirchhoff (nodos y mallas)

1.3.2. Divisores de Voltaje

1.3.3. Divisores de Corriente

1.4. Características dinámicas de las señales eléctricas

1.4.1. Valor RMS

1.4.2. Promedio

1.4.3. Voltaje Pico

1.4.4. Voltaje pico a pico

1.4.5. Potencia eléctrica

Módulo 2

2. Instrumentación con Elementos No Lineales:

2.1. Elementos Pasivos (reactancia)

2.1.1. Capacitancia

2.1.2. Inductancia

2.1.3. Circuitos RC

2.1.4. Respuesta en el tiempo de circuitos RC y constantes de tiempo

2.2. Proyecto Integrativo Diseño de circuitos RC

2.2.1. Instrumento de aprendizaje: Osciloscopio y generador de funciones

2.2.2. Circuitos con elementos pasivos No Lineales

2.3. Elementos Activos (Introducción Semiconductores)

2.3.1. Diodos (rectificadores: media onda, onda completa)

2.3.2. Diodos Emisores de Luz

2.3.3. Transistores

Módulo 3

3. Física de los Transductores en Biomedicina:

3.1. Transductores y sensores (Principio físico y características)

3.2. Sensores resistivos

3.3. Sensores de Efecto Hall

3.4. Electrodos (Sensores de variables fisiológicas)

3.5. Aplicaciones de los transductores y sensores

Módulo 4

4. Diseño e instrumentación:

4.1. Introducción al álgebra de bloques

4.2. Fuentes dependientes

4.3. Modelo eléctrico del amplificador operacional

4.4. Características y modelo ideal

4.4.1. Lazo abierto

4.5. Amplificador Inversor, no inversor, buffer y restador

4.6. Amplificador de instrumentación

4.7. Otras configuraciones utilizadas en sistemas de acondicionamiento de señales

4.7.1. Transimpedancia

4.7.2. Derivador e integrador

4.7.3. Filtros activos (primer orden)

4.7.4. Sumador

4.8. Diseño de un dispositivo de transducción y acondicionamiento (temperatura).

Módulo 5

5. Proyecto Final: Las propuestas de proyectos finales se darán a conocer 2 meses antes de terminar el curso.

Bibliografía sugerida:

• Boylestad, R. (2011). Introducción al análisis de circuitos (12a ed.). México: Pearson.

• Albella, J.M. Fundamentos de electrónica, física y microelectrónica. Madrid, España: Addison Wesley/Universidad Autónoma de Madrid,

• Storey, N. (1992). Electronics: A systems approach. Londres, Inglaterra:Addison Wesley.

• Tietze, U., Schenk, Ch. (1991). Electronic circuits: Handbook for design and applications. Verlag, Alemania: Springer.

• Coughlin, R., Driscoll, F. (1993). Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales. México: Prentice Hall Hispanoamericana, S.A.

• Allocca, J., Stuart, A. (1984). Transducers: theory and applications. Reston, Estados Unidos de América: Reston Publishing Co.

• Diefendefer, A. (1984). Instrumentación electrónica. México: Nueva Editorial Interamericana.

• Pallas, A. (1994). Sensores y acondicionadores de señal (2a ed.). Marcombo.

• Millman, J. (1991). Microelectrónica (6a ed.). Barcelona, España: Hispanoeuropea.

• Usher, M., Keating, D. (1996). Sensors and Transducers: Characteristics, Applications,Instrumentation, Interfacing. (2a ed.). Londres, Inglaterra: MacMillan Press LTD.

• Morris, A. (2001). Measurement and Instrumentation Principles (3a ed.). Gran Bretaña: Butterworth Heinemann.

• Davidovits P. (2008). Physics in biology and medicine. (3a ed.). Estados Unidos de América: Elsevier Inc.

• Moore, J., Davis, C., Coplan M., Greer S. (2009). Building scientific apparatus. (4a ed.). Cambridge: Cambridge University Press.

Anexos

• http://news.stanford.edu/news/2012/march/online-courses-mitchell-030612.html

• http://ocw.mit.edu/courses/experimental-study-group/index.htm