Розробка сигнального перетворювача сенсорів теплових величин на основі поєднання термічних та ємнісних методів досліджень
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.139763Ключові слова:
сенсор температури, транзисторні структури, сигнальний перетворювач ємнісного типу, функціональне інтегрування, конвертерАнотація
Вирішується задача функціонального інтегрування термічних та ємнісних методів досліджень, що забезпечує можливість реалізації нового покоління аналогового фронт-енду Інтернету Речей в галузях матеріалознавства, біофізики та медицини. Під функціональним інтегруванням розуміється можливість використання однієї і тієї ж структури для її керованого нагріву та вимірювання температури. Для цього замість дискретних резистивних нагрівників та сенсорів температури запропоновано використовувати транзисторні структури. Це дозволяє мінімізувати розміри вимірювальних перетворювачів, а відтак, і просторову роздільну здатність реалізованих на цих перетворювачах сенсорів термічного аналізу.
Розвинена концепція побудови функціонально інтегрованих сенсорів теплових величин на основі транзисторних структур та сигнальних перетворювачів ємнісного типу. Новизною запропонованих сенсорів термічного аналізу, крім, властиво вимірювання температури та кількості теплової енергії, що виділяється чи поглинається в об’єкті досліджень, є можливість вимірювання електричної ємності. Така можливість, зокрема, забезпечується можливість вимірювання температурної деформації досліджуваного об’єкту чи консолі, що вигинається під дією впливу цього об’єкту.
Запропоновано нове рішення схеми керування транзисторним перетворювачем, що забезпечує імпульсний керований нагрів та формування інформативного сигналу температури транзистора. За основу сигнального перетворювача ємнісного типу взято високо прецизійний 24-бітний конвертер AD7747 компанії Analog Devices.
Розроблений перетворювач забезпечує керований нагрів об’єктів дослідження, характеризується високими значеннями роздільної здатності вимірювання температури (не гірше 0,01 °C), та електричної ємності (не гірше 10-16 Ф)
Посилання
- Baccelli, E., Gundogan, C., Hahm, O., Kietzmann, P., Lenders, M. S., Petersen, H. et. al. (2018). RIOT: an Open Source Operating System for Low-end Embedded Devices in the IoT. IEEE Internet of Things Journal, 1. doi: https://doi.org/10.1109/jiot.2018.2815038
- Kim, J., Yun, J., Choi, S.-C., Seed, D. N., Lu, G., Bauer, M. et. al. (2016). Standard-based IoT platforms interworking: implementation, experiences, and lessons learned. IEEE Communications Magazine, 54 (7), 48–54.doi: https://doi.org/10.1109/mcom.2016.7514163
- Huang, P.-C., Rabaey, J. M. (2017). A Bio-Inspired Analog Gas Sensing Front End. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, 64 (9), 2611–2623. doi: https://doi.org/10.1109/tcsi.2017.2697945
- Rahimi, A. A., Hu, H., Gupta, S. (2017). A compressive sensing information aware analog front end for IoT sensors using adaptive clocking techniques. 2017 IEEE 60th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS). doi: https://doi.org/10.1109/mwscas.2017.8052926
- Vistak, M. V., Dmytrakh, V. Y., Diskovskyu, I. S., Kobylinska, L. I., Mikityuk, Z. M., Petryshak, V. S. (2017). The optoelectronic sensor creatinine and urea. Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and High Energy Physics Experiments 2017. doi: https://doi.org/10.1117/12.2280990
- Barylo, G., Holyaka, R., Prudyus, I., Fabirovskyy, S. (2017). Parametric analysis of galvanostatic type impedance measuring front-end. 2017 4th International Scientific-Practical Conference Problems of Infocommunications. Science and Technology (PIC S&T). doi: https://doi.org/10.1109/infocommst.2017.8246407
- Mohammad, K., Thomson, D. J. (2017). Differential Ring Oscillator Based Capacitance Sensor for Microfluidic Applications. IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems, 11 (2), 392–399. doi: https://doi.org/10.1109/tbcas.2016.2616346
- Hotra, Z., Holyaka, R., Marusenkov, T., Potencki, J. (2010). Signal transducers of capacitive microelectronic sensors, 8, 129–132.
- Scarlett, J. (2014). Using CDCs to Control Motion for Sample. Application Note AN-1301. Analog Devices, 6. Available at: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN-1301.pdf
- Holyaka, R., Kostiv, N. (2011). Energy-efficient signal converter of thermocouple, temperature sensors. Informatyka, Automatyka, Pomiary, 4, 26–28.
- Hotra, O., Boyko, O., Zyska, T. (2014). Improvement of the operation rate of medical temperature measuring devices. 13th International Scientific Conference on Optical Sensors and Electronic Sensors. doi: https://doi.org/10.1117/12.2070167
- Cassel, B., Packer, R., Shelton, C. T. Modulated Temperature DSC and the DSC 8500: A Step Up in Performance. PerkinElmer, Inc. Available at: http://labsense.fi/uploads/7/1/9/5/71957143/modulated_temperature_dsc_and_dsc_8500__a_step_up_in_performance_009122b_01_tch.pdf
- Barreneche, C., Solé, A., Miró, L., Martorell, I., Fernández, A. I., Cabeza, L. F. (2012). New methodology developed for the differential scanning calorimetry analysis of polymeric matrixes incorporating phase change materials. Measurement Science and Technology, 23 (8), 085606. doi: https://doi.org/10.1088/0957-0233/23/8/085606
- Elhissi, A. M. A., O’Neill, M., Ahmed, W., Taylor, K. M. G. (2011). High-sensitivity differential scanning calorimetry for measurement of steroid entrapment in nebulised liposomes generated from proliposomes. Micro & Nano Letters, 6 (8), 694. doi: https://doi.org/10.1049/mnl.2011.0086
- Jiang, Y., Wang, D., Chen, J., Zhang, Q., Xuan, T. (2018). Electromagnetic-Thermal-Fluidic Analysis of Permanent Magnet Synchronous Machine by Bidirectional Method. IEEE Transactions on Magnetics, 54 (3), 1–5. doi: https://doi.org/10.1109/tmag.2017.2760928
- Alberti, L., Bianchi, N. (2008). A Coupled Thermal–Electromagnetic Analysis for a Rapid and Accurate Prediction of IM Performance. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 55 (10), 3575–3582. doi: https://doi.org/10.1109/tie.2008.2003197
- Boyko, O., Holyaka, R., Hotra, Z. (2018). Functionally integrated sensors on magnetic and thermal methods combination basis. 2018 14th International Conference on Advanced Trends in Radioelecrtronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET). doi: https://doi.org/10.1109/tcset.2018.8336296
- Karpaty, D. (2013). Modeling Amplifiers as Analog Filters Increases SPICE Simulation Speed. Analog Dialogue, 47 (1), 18–22.
- MICRO-CAP. Electronic Circuit Analysis Program. Spectrum Software (2014). Available at: http://www.spectrum-soft.com
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2018 Oksana Boyko, Grygoriy Barylo, Roman Holyaka, Zenon Hotra, Kateryna Ilkanych
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
