2024年度学院等開講科目環境・社会理工学院融合理工学系

工学計測基礎第一

開講元: 融合理工学系
担当教員: 八木透
授業形態: 講義 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 月7-8 (SL-101(S011))
クラス: -
科目コード: TSE.A232
単位数: 100
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 2Q
シラバス更新日: 2025年3月17日
使用言語: 英語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

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

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

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	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2回	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3回	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T2Scholaへアップロードする。
第4回	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T2Scholaへアップロード
第5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）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	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	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．

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，配布資料等の該当箇所を参照し，授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね30分を目安に行うこと。

教科書

教科書無し．授業資料を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）

成績評価の方法及び基準

授業中に出される課題の総合的評価によって行う．

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とSlackを使用します．Slackへの参加方法はT2Scholaに記載されています．履修登録後，ただちにT2Scholaを確認すること．