Вимiрювальнi перетворювачi iмпедансу з чотиритактним детектуванням сигналу

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorБарило, Г. I.
dc.contributor.authorГоляка, Р. Л.
dc.contributor.authorПрудиус, I. Н.
dc.contributor.authorФабiровський, С. Є.
dc.contributor.authorBarylo, G. I.
dc.contributor.authorHolyaka, R. L.
dc.contributor.authorPrudyus, I. N.
dc.contributor.authorFabirovskyy, S. E.
dc.contributor.authorБарыло, Г. И.
dc.contributor.authorГоляка, Р. Л.
dc.contributor.authorПрудиус, И. Н.
dc.contributor.authorФабировский, С. Е.
dc.date.accessioned2018-08-30T09:58:26Z
dc.date.available2018-08-30T09:58:26Z
dc.date.issued2018
dc.description.abstractenInternet of Things (IoT), a new direction in information and communication systems, has a significant impact on the development of novel electronics devices. Further progress in the field of IoT devices is conditioned by the development of sensor devices, and in particular, analog front-ends and signal converters for IoT sensors. High sensitivity and wide range applications of IoT sensors can be achieved by methods of impedance spectroscopy. Compared with other methods of physical research, impedance spectroscopy and based on it IoT sensor devices provide ease of implementation, high energy efficiency, good resolution and selectivity. In this paper, we present results of the development and model study of the impedance measuring transducer using the four-phase signal integration method. The implementation of impedance spectroscopy assumes a transition from frequency plots to plots on the complex plane, called as Nyquist plots. The data obtained in this paper are based on the SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) model studding methodology, which compares small signal Alternative Current Analysis with large signal Transient Analysis. During the Alternative Current Analysis, Nyquist impedance plot are obtained in the idealized case, and during the Transient Analysis the active ReZ value and reactive ImZ impedance components are calculated for the actual parameters of the measuring transducers and the form of the activating signals. We have proposed a new solution of the impedance measuring transducer based on the four-phase signal commutation and integration method. This method consists in the formation of four informative signals, namely, the voltages VQ1, VQ2, VQ3 та VQ4, each of which corresponds to the integration results in the corresponding four phases of the activation signal. In these phases, or time t, the sign functions AQ1(t), AQ2(t), AQ3(t), AQ4(t) of synchronous detections are used: AQ1(t) = 1 at t = [0...π/2]; AQ2(t) = 1 at t = [π/2...π]; AQ3(t) = 1 at t = [π...3π/2]; AQ4(t) = 1 at t = [3π/2...2π]. In other time these sign functions are equal 0. Output signals of the impedance measuring transducer, namely, voltages of active VRE and the reactive VIM components are formed by adding and subtracting the numerical values of the above four voltages: VRE = VQ1 + VQ2 − VQ3 − VQ4; VIM = VQ1 − VQ2 − VQ3 + VQ4. The main units of the impedance measuring analog front-end are a synchronous quadrature detector and an integrator or filter. In comparison to traditional two-phase detection, four-phase detection we have proposed allows avoiding intermediate signal transducing, which provides a significant simplification of impedance measuring transducing. This simplification is achieved by directly integrating the instantaneous value of the IZ(t) current. Important dependences of the measuring transducer output voltages with four-phase integration on the operational amplifiers bandwidth are obtained. Results presented in the article are important for developing a new generation of microelectronic IoT sensor devices based on impedance spectroscopy methods. Main areas of application of such sensor devices are materials science, biochemistry, instrumentation, avionics, ecology, etc.uk
dc.description.abstractruРабота посвящена проблемам разработки сенсорных устройств на основе методов импедансной спектроскопии. По сравнению с другими методами физических исследований устройства импедансной спектроскопии обеспечивают простоту реализации, высокую энергоэффективность, хорошую разрешающую способность и селективность измерений параметров исследуемых объектов. Представлены результаты разработки и модельного исследования измерительного преобразователя импеданса с использованием метода четырехтактного детектирования сигнала. В отличие от традиционного двухтактного детектирования, четырехтактное детектирование сигнала позволяет существенно упростить схемы преобразователей. Такое упрощение достигается непосредственным интегрированием мгновенного значения IZ(t) тока без использования промежуточных каскадов сигнального преобразования. Проведенные модельные исследования и параметрический анализ базируются на методе расчета с использованием Transient анализа SPICE моделей, в результате которого определяют активную ZRE и реактивную ZIM составляющие измеряемого импеданса для фактических параметров сигналов и элементной базы схемы преобразователя. Представлены зависимости выходных напряжений измерительного преобразователя с четырехтактным детектированием от ширины полосы рабочих частот операционных усилителей. Полученные результаты имеют важное значе- ние для решения проблем разработки нового поколения микроэлектронных сенсорных устройств концепции Интернета Вещей на основе методов импедансной спектроскопии, в частности, в области материаловедения, биохимии, приборостроения, авионики, экологии и др.uk
dc.description.abstractukРобота присвячена проблемам розроблення сенсорних пристроїв на основi методiв iмпедансної спектроскопiї. У порiвняннi з iншими методами фiзичних дослiджень пристрої iмпедансної спектроскопiї забезпечують простоту реалiзацiї, високу енергоефективнiсть, хорошу роздiльну здатнiсть та селективнiсть вимiрювань параметрiв дослiджуваних об’єктiв. Представленi результати розроблення та модельного дослiдження вимiрювального перетворювача iмпедансу з використанням методу чотиритактного детектування сигналу. На вiдмiну вiд традицiйного двотактного детектування, чотиритактне детектування сигналу дозволяє суттєво спростити схеми перетворювачiв. Таке спрощення досягається безпосереднiм iнтегруванням миттєвого значення IZ(t) струму без використання промiжних каскадiв сигнального перетворення. Проведенi модельнi дослiдження та параметричний аналiз базуються на методi розрахунку з використанням Transient аналiзу SPICE моделей, в результатi якого визначають активну ZRE та реактивну ZIM складовi вимiрюваного iмпедансу для фактичних параметрiв сигналiв та елементної бази схеми перетворювача. Представленi залежностi вихiдних напруг вимiрювального перетворювача з чотиритактним детектуванням вiд ширини смуги робочих частот операцiйних пiдсилювачiв. Отриманi результати мають важливе значення для вирiшення проблем розроблення нового поколiння мiкроелектронних сенсорних пристроїв концепцiї Iнтернету Речей на основi методiв iмпе- дансної спектроскопiї, зокрема, в галузях матерiалознавства, бiохiмiї, автомобiлебудування, авiонiки, екологiї тощо.uk
dc.format.pagerangeС. 62–68uk
dc.identifier.citationВимiрювальнi перетворювачi iмпедансу з чотиритактним детектуванням сигналу / Г. I. Барило, Р. Л. Голяка, I. Н. Прудиус, С. Є. Фабiровський // Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць. – 2018. – Вип. 72. – С. 62–68. – Бібліогр.: 13 назв.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/24378
dc.language.isoenuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.sourceВісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування: збірник наукових праць, Вип. 72uk
dc.status.pubpublished
dc.subjectiмпедансна спектроскопiяuk
dc.subjectсигнальнi перетворювачiuk
dc.subjectIнтернет речейuk
dc.subjectSPICE моделюванняuk
dc.subjectimpedance spectroscopyuk
dc.subjectsignal front-enduk
dc.subjectInternet of Thingsuk
dc.subjectSPICE simulationuk
dc.subjectимпедансная спектроскопияuk
dc.subjectсигнальные преобразователиuk
dc.subjectИнтернет вещейuk
dc.subjectSPICE моделированиеuk
dc.titleВимiрювальнi перетворювачi iмпедансу з чотиритактним детектуванням сигналуuk
dc.title.alternativeImpedance measurement front-end based on signal four-phase detectionuk
dc.title.alternativeИзмерительные преобразователи импеданса с четырехтактным детектированием сигналаuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
VKPIRR_2018_72_8Barylo.pdf
Розмір:
2.14 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
7.74 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 72