Вимірювальні перетворювачі імпедансу з чотиритактним детектуванням сигналу


Анотація

Робота присвячена проблемам розроблення сенсорних пристроїв на основі методів імпедансної спектроскопії. У порівнянні з іншими методами фізичних досліджень пристрої імпедансної спектроскопії забезпечують простоту реалізації, високу енергоефективність, хорошу роздільну здатність та селективність вимірювань параметрів досліджуваних об’єктів. Представлені результати розроблення та модельного дослідження вимірювального перетворювача імпедансу з використанням методу чотиритактного детектуванням сигналу. На відміну від традиційного двотактного детектування, чотиритактне детектування сигналу дозволяє суттєво спростити схеми перетворювачів. Таке спрощення досягається безпосереднім інтегруванням миттєвого значення $I_{Z}(t)$ струму без використання проміжних каскадів сигнального перетворення. Проведені модельні дослідження та параметричний аналіз базуються на методі розрахунку з використанням Transient аналізу SPICE моделей, в результаті якого визначають активну $Z_{RE}$ та реактивну $Z_{IM}$ складові вимірюваного імпедансу для фактичних параметрів сигналів та елементної бази схеми перетворювача. Представлені залежності вихідних напруг вимірювального перетворювача з чотиритактним детектуванням від ширини смуги робочих частот операційних підсилювачів. Отримані результати мають важливе значення для вирішення проблем розроблення нового покоління мікроелектронних сенсорних пристроїв концепції Інтернету Речей на основі методів імпедансної спектроскопії, зокрема, в галузях матеріалознавства, біохімії, автомобілебудування, авіоніки, екології тощо.

Бібліографічний опис

 
ДСТУ ГОСТ 7.1:2006 У транслітерації (формат Harvard)
 
Барило Г. І. Вимірювальні перетворювачі імпедансу з чотиритактним детектуванням сигналу / Г.І. Барило, Р.Л. Голяка, І.Н. Прудиус, С.Є. Фабіровський // Вісник НТУУ «КПІ». Серія Радіотехніка. Радіоапаратобудування. – 2018. – № 72. – с. 62-68. Barylo, G. I., Holyaka, R. L., Prudyus, I. N., Fabirovskyy, S. E. (2018) Impedance measurement front-end based on signal four-phase detection. Visn. NTUU KPI, Ser. Radioteh. radioaparatobuduv., no. 72, pp. 62-68. (in Ukrainian)
 

Повний текст:


Посилання


Vermesan O. and Friess P. (2013) Internet of Things: Converging Technologies for Smart Environments and Integrated Ecosystems, River Publishers, 363 p.

Yoshimatsu T., Tsuda N. and Yamada J. (2016) Signal processing for distance measurement using laser voltage fluctuation due to self-coupling effect. 2016 10th International Conference on Sensing Technology (ICST). DOI: 10.1109/icsenst.2016.7796306

Holyaka R. and Kostiv N. (2011) Energy-efficient signal converter of thermocouple, temperature sensors. Informatyka, Automatyka, Pomiary, no. 4, pp. 26-28.

Hajimorad M., Alhloul S., Mustafa H., So M. and Oswal H. (2016) Application of polypyrrole-based selective electrodes in electrochemical impedance spectroscopy to determine nitrate concentration. 2016 IEEE SENSORS. DOI: 10.1109/icsens.2016.7808592

Gajasinghe R. W RL, Tigli O., Jones M. and Ince T. (2016) Label-free tumor cell detection and differentiation based on electrical impedance spectroscopy. 2016 IEEE SENSORS. DOI: 10.1109/icsens.2016.7808466

Hong B., Sun A., Pang L., Venkatesh A., Hall D. and FAINMAN Y. (2016) Integrated biosensor for simultaneous detection by surface plasmon resonance and Faradaic electrochemical impedance spectroscopy. Conference on Lasers and Electro-Optics. DOI: 10.1364/cleo_at.2016.jw2a.113

Jun-Rui Z., Nanolab I.A. and Mazza M. (2016) Low-energy biomarker detection through charge-based impedance measurements. 2016 IEEE SENSORS. DOI: 10.1109/icsens.2016.7808744

Kamat D.K. and Patil P.M. (2016) Multi-frequency and multi-segment bio-impedance measurement using tetra-polar electrode setup. 2016 2nd International Conference on Control Science and Systems Engineering (ICCSSE). DOI: 10.1109/ccsse.2016.7784380

Mankovskyy S. and Mankovska E. (2016) Symbolic model of the quadrature detector. 2016 13th International Conference on Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science (TCSET). DOI: 10.1109/tcset.2016.7451978

Culurciello E., Montanaro H. and Kim D. (2009) Ultralow Current Measurements With Silicon-on-Sapphire Integrator Circuits. IEEE Electron Device Letters, Vol. 30, Iss. 3, pp. 258-260. DOI: 10.1109/led.2008.2010564

Sandler Steven and Hymowitz Charles. (2006) SPICE Circuit Handbook. The McGraw Hill. - 362 p. DOI: 10.1036/0071468579

MICRO-CAP (2014) Electronic Circuit Analysis Program. Spectrum Software., 8 p.

Barylo G. I., Holyaka R. L., Prudyus I. N. and Fabirovskyy S. E. (2017) Technique of increasing the impedance measuring transducers accuracy at inharmoniousness signals. Visn. NTUU KPI, Ser. Radioteh. radioaparatobuduv., no. 70, pp. 30-36. (in Ukrainian)




DOI: http://dx.doi.org/10.20535/radap.2018.72.62-68

##submission.copyrightStatement##

##submission.license.cc.by4.footer##