2024年度 学院等開講科目 工学院 機械系
計測工学基礎
- 開講元
- 機械系
- 担当教員
- 八木 透 / 石田 忠
- 授業形態
- 講義 (対面型)
- メディア利用科目
- -
- 曜日・時限
(講義室) - 金1-4 (M-178(H1101), I3-201A，C)
- クラス
- -
- 科目コード
- MEC.I311
- 単位数
- 200
- 開講時期
- 2024年度
- 開講クォーター
- 4Q
- シラバス更新日
- 2025年3月14日
- 使用言語
- 日本語
シラバス
授業の目的（ねらい）、概要
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．各種計測機器や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
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
計測，センサ，信号処理，統計処理
学生が身につける力
- 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T2Schola，Slackを使用する．Slackへの参加方法はT2Scholaに記載されている．履修登録後，ただちにT2Scholaを確認すること．PCとArduinoを用いた実習課題を行うことにより理解を深める．
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時間かかるので注意）．
Arduino
https://www.arduino.cc/en/software にアクセスして下の方にある Legacy IDE(Arduino IDE 1.8.19)を自分のPCにインストールしておくこと（ Legacy IDE以外は正常に動かない可能性あり）．
MATLAB
https://www.citl.titech.ac.jp/matlab_intro/
https://jp.mathworks.com/academia/tah-portal/tokyo-institute-of-technology-1070812.html
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/
授業計画・課題
| 授業計画 | 課題 | |
|---|---|---|
| 第1回 | 各種計測装置やセンサの紹介 | 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T2Schola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T2Scholaへアップロード |
| 第3回 | 画像計測（光センサ，CCD，CMOS），信号処理（加算平均、移動平均，相関） | MATLABを使った信号処理課題（加算平均、移動平均） |
| 第4回 | 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） | 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T2Scholaへアップロードする。 |
| 第5回 | 材料力学のための計測（ひずみゲージ，ブリッジ回路，ロードセル），機械力学・ロボットのための計測（変位，速度，加速度，回転速度，角度計測），周波数解析（フーリエ変換，パワースペクトル、位相、連続・不連続、ギブス現象、窓関数） | MATLABを使って周波数解析を行う。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T2Scholaへアップロード |
| 第6回 | 熱力学のための計測（各種温度計，熱電対，放射温度計など），流体力学のための計測（流量，流速，圧力），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7回 | 機械加工・精密工学のための計測（表面，幾何形状計測，ナノ計測（SPM，SEM）），電子・電気のための計測（電圧，電流，磁場），生体計測，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とArduinoを用いた生体計測および信号処理課題 |
準備学修(事前学修・復習)等についての指示
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60分を目安に行うこと。
教科書
無し．授業にて資料を提供する．
参考書、講義資料等
授業資料をT2Scholaにアップロードするので，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）．
「計測システム工学の基礎」西原主計，山藤和男，森北出版
成績評価の方法及び基準
講義で出される課題の総合的評価によって行う．
関連する科目
- MEC.I211 ： ロボット機構学
履修の条件・注意事項
ノートPCとUSB-Aタイプのためのアダプタを授業へ持参すること
その他
本授業ではT2Schola，Slackを使用する．Slackへの参加方法はT2Scholaに記載されている．履修登録後，ただちにT2Scholaを確認すること．