Розробка сигнального перетворювача сенсорів теплових величин на основі поєднання термічних та ємнісних методів досліджень
| Autor: | Boyko, Oksana, Barylo, Grygoriy, Holyaka, Roman, Hotra, Zenon, Ilkanych, Kateryna |
|---|---|
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2018 |
| Předmět: |
temperature sensor
transistor structures capacitive signal transducer functional integration converter сенсор температуры транзисторные структуры сигнальный преобразователь емкостного типа функциональное интегрирование конвертер сенсор температури транзисторні структури сигнальний перетворювач ємнісного типу функціональне інтегрування UDC 621.382 |
| Zdroj: | Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 4, № 9 (94) (2018): Information and controlling system; 36-42 Восточно-Европейский журнал передовых технологий; Том 4, № 9 (94) (2018): Информационно-управляющие системы; 36-42 Східно-Європейський журнал передових технологій; Том 4, № 9 (94) (2018): Інформаційно-керуючі системи; 36-42 |
| ISSN: | 1729-3774 1729-4061 |
| Popis: | The problem of functional integration of thermal and capacity research methods, which provides the possibility of realizing a new generation of analog frontend of the Internet of Things in the areas of materials science, biophysics and medicine, is solved. Functional integration means the possibility of the use of the same structure for its controlled heating and temperature measurement. For this purpose, instead of discrete resistive heaters and temperature sensors, transistor structures are proposed. This helps to minimize the sizes of measurement transducers, and so the spatial resolution of the transducersbased sensors of thermal analysis. The concept of constructing the functionally integrated thermal sensors based on the transistor structures and capacitive signal transducers is developed. The novelty of the proposed sensors of thermal analysis, in addition to measurement of temperature and amount of thermoenergy emitted and absorbed in the object of research, is the possibility of measuring the electrical capacity. This possibility could be particularly assured by the measurement of temperature deformation of a research object or a console that is bent under the effect of the object. The new solution of the control scheme of the transistor transformers that support the pulse managed heating and forming the informative signal of the temperature of transistor is proposed. The high precision Analog Devices AD7747 24bit converter is taken as the basis of the capacitive signal transducer.The developed transducer provides the managed heating of research objects and is characterized by the high values of temperature resolution (not worse than 0.01 oC) and electrical capacity (not worse than 10–16 aF) measurement. Решается задача функционального интегрирования термических и емкостных методов исследований, которая обеспечивает возможность реализации нового поколения аналогового фронт-энда Интернета Вещей в области материаловедения, биофизики и медицины. Под функциональным интегрированием понимается возможность использования одной и той же структуры для ее управляемого нагрева и измерения температуры. Для этого вместо дискретных резистивных нагревателей и сенсоров температуры предложено использовать транзисторные структуры. Это позволяет минимизировать размеры измерительных преобразователей, а значит, и пространственное разрешение реализованных на этих преобразователях сенсоров термического анализа.Развивается концепция построения функционально интегрированных сенсоров тепловых величин на основе транзисторных структур и сигнальных преобразователей емкостного типа. Новизной предлагаемых сенсоров термического анализа, кроме, собственно измерения температуры и количества тепловой энергии, выделяемой или поглощаемой в объекте исследований, является возможность измерения электрической емкости. Эта возможность, в частности, обеспечивает возможность измерения температурной деформации исследуемого объекта или консоли.Проведен анализ режимов работы и схемы управления транзисторных преобразователей интегрированных сенсоров тепловых величин. Предложено новое решение схемы управления транзисторным преобразователем, которое обеспечивает импульсный управляемый нагрев и формирование информативного сигнала температуры транзистора. Управление температурным режимом предложено проводить путем модуляции амплитуды импульсов тока транзисторов при фиксированной длительности этих импульсов, или путем модуляции длительности импульсов при фиксированной амплитуде тока в диапазоне от 10 мА до 1 А. Проведены модельные исследования разработанной схемы сигнального преобразователя на основе SPICE моделей и методов в среде MicroCAP. За основу сигнального преобразователя емкостного типа взято высокопрецизионный 24-битный конвертер AD7747 компании Analog Devices. Разрешающая способность измерения температуры разработанного сигнального преобразователя не хуже 0,01°C, а емкости ‑ не хуже 10-16 Ф 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) |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|