SAMOOSCYLACYJNY PARAMETRYCZNY CZUJNIK WILGOTNOŚCI Z CZĘSTOTLIWOŚCIOWYM SYGNAŁEM WYJŚCIOWYM

Iaroslav Osadchuk


Vinnytsia National Technical University (Ukraina)
http://orcid.org/0000-0002-5472-0797

Alexander Osadchuk

osadchuk.av69@gmail.com
Vinnytsia National Technical University (Ukraina)
http://orcid.org/0000-0001-6662-9141

Vladimir Osadchuk


Vinnytsia National Technical University (Ukraina)
http://orcid.org/0000-0002-3142-3642

Lyudmila Krylik


Vinnytsia National Technical University (Ukraina)
http://orcid.org/0000-0001-6642-754X

Abstrakt

Opracowano samooscylujący parametryczny czujnik wilgotności realizujący zasadę konwersji „wilgotność-częstotliwość” do hybrydowego układu scalonego opartego na mikroelektronicznej strukturze tranzystorowej o ujemnej rezystancji różnicowej, w której elementem czułym na wilgotność jest rezystor typu HR202 typ. Na potrzeby wyznaczania parametrów samooscylującego parametrycznego czujnika wilgotności z wyjściem częstotliwościowym opracowano model matematyczny uwzględniający wpływ wilgoci na czuły element rezystancyjny, będący integralną częścią urządzenia. Na podstawie modelu matematycznego uzyskuje się wyrażenia analityczne dla funkcji transformacji i równania wrażliwości. Pokazano, że główny udział w funkcji konwersji ma wilgotność względna. Symulacja komputerowa i badania eksperymentalne samooscylującego parametrycznego czujnika wilgotności z wyjściowym sygnałem częstotliwościowym przyczyniły się do uzyskania głównych parametrów i charakterystyk, takich jak zależność częstotliwości generacji od zmian wilgotności względnej w zakresie od 30% do 99%, zmiana czułości na wilgotność względną, zależność składowej czynnej i reaktywnej impedancji w zakresie częstotliwości od 50 kHz do 2 GHz; współczynnika fali stojącej, zmiany wielkości logarytmicznej i widma sygnału wyjściowego parametrycznego czujnika wilgotności przy częstotliwościowym sygnale wyjściowym w zakresie częstotliwości LTE-800 Downlink. Uzyskane charakterystyki elektryczne potwierdzają sprawność opracowanego urządzenia. Czułość opracowanego samooscylującego parametrycznego czujnika wilgotności w zakresie zmian wilgotności względnej od 30% do 99% przyjmuje wartość od 332,8 kHz/% do 130,2 kHz/%.


Słowa kluczowe:

samooscylacyjny parametryczny czujnik wilgotności z wyjściem częstotliwościowym, ujemna rezystancja różnicowa, rezystor wrażliwy na wilgoć

Assaf T.: A Frequency Modulation-Based Taxel Array: A Bio-Inspired Architecture for Large-Scale Artificial Skin. Sensors 21, 2021, 1−17.
DOI: https://doi.org/10.3390/s21155112   Google Scholar

di Benedetto M.-G. et al.: Analysis of NB-IoT technology towards massive Machine Type Communication. University Sapienza di Roma, Roma 2018.
  Google Scholar

Brown P.: Sensors and actuators: technology and applications. Library Press, New York 2017.
  Google Scholar

Bury O. A. et al.: Gas sensors on nanostructures: current state and research prospects. Bulletin of the National University "Lviv Polytechnic", Series: Radioelectronics and telecommunications 885, 2017, 113–131.
  Google Scholar

Czubenko M. et al.: Simple Neural Network for Collision Detection of Collaborative Robots. Sensors 21, 2021, 4235.
DOI: https://doi.org/10.3390/s21124235   Google Scholar

Feng Y. et al.: Enhanced Frequency Stability of SAW Yarn Tension Sensor by Using the Dual Differential Channel Surface Acoustic Wave Oscillator. Sensors 23(1), 2023, 464.
DOI: https://doi.org/10.3390/s23010464   Google Scholar

Galka A. G. et al.: Microwave Cavity Sensor for Measurements of Air Humidity under Reduced Pressure. Sensors 23(3), 2023, 1498.
DOI: https://doi.org/10.3390/s23031498   Google Scholar

Grieshaber D. et al.: Electrochemical Biosensors − Sensor Principles and Architectures. Sensors 8, 2008, 1400−1458.
DOI: https://doi.org/10.3390/s80314000   Google Scholar

Grundmann M.: The Physics of Semiconductors. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2006.
  Google Scholar

Hang L. et al.: Design and Implementation of Sensor-Cloud Platform for Physical Sensor Management on CoT Environments. Electronics 7, 2018, 1−25.
DOI: https://doi.org/10.3390/electronics7080140   Google Scholar

Lepikh Ya. I. et al.: Intelligent measuring systems based on new generation microelectronic sensors. Astroprint, Odessa 2011.
  Google Scholar

Manea G. et al.: Integration of sensor networks in cloud computing. UPB Sci. Bull., Series C 78, 2016.
  Google Scholar

Nagarai A.: Introduction to Sensors in IoT and Cloud Computing Applications. Bentham Science Publishers, Bangalore 2021.
DOI: https://doi.org/10.2174/97898114793591210101   Google Scholar

Nelyudov I. Sh. et al.: Automatic control of technological objects. NAU, Kyiv 2018.
  Google Scholar

Osadchuk A. V. et al.: Mathematical Model Radio-Measuring Frequency Transducer of Optical Radiation Based on MOS Transistor Structures with Negative Differential Resistance. Journal of Nano- and Electronic Physics 13(4), 2021, 04001.
DOI: https://doi.org/10.21272/jnep.13(4).04001   Google Scholar

Osadchuk A. V. et al.: Microelectronic Transducer Gas Concentration based on MOSFET with Active Inductive Element. Przegląd Elektrotechniczny 4, 2019, 237−241.
DOI: https://doi.org/10.15199/48.2019.04.45   Google Scholar

Osadchuk A. V., Osadchuk V. S.: Frequency Transducers of Gas Concentration Based on Transistor Structures with Negative Differential Resistance. Sidorenko A., Hahn H. (eds): Functional Nanostructures and Sensors for CBRN Defence and Environmental Safety and Security. NATO Science for Peace and Security Series C: Environmental Security. Springer, Dordrecht 2020.
DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-024-1909-2_12   Google Scholar

Osadchuk V. S. et al.: Reactive properties of transistors and transistor circuits. Universum-Vinnytsia, Vinnytsia 1999.
  Google Scholar

Osadchuk V. S. et al.: Temperature transducer based on a metal-pyroelectric-semiconductor structure with negative differential resistance. Proc. SPIE 10808, 2018, 108085D.
  Google Scholar

Sainju P. M.: LTE Performance analysis on 800 and 1800 MHz Bands. Tampere University of Technology. Tampere 2012.
  Google Scholar

Sze S. M. et al.: Physics of Semiconductor Devices. Wiley-Interscience, Hoboken 2007.
DOI: https://doi.org/10.1002/0470068329   Google Scholar

Yang H. et al.: A Study on the Gas/Humidity Sensitivity of the High-Frequency SAW CO Gas Sensor Based on Noble-Metal-Modified Metal Oxide Film. Sensors 23(5), 2023, 2487.
DOI: https://doi.org/10.3390/s23052487   Google Scholar

https://datasheetspdf.com/datasheet/HR202.html
  Google Scholar

LTspice XVII. Analog Devices Corporation, 2018.
  Google Scholar

SPICE Device Models and Simulation Examples. Oxford University Press, 2020.
  Google Scholar


Opublikowane
2023-03-31

Cited By / Share

Osadchuk, I., Osadchuk, A., Osadchuk, V., & Krylik, L. (2023). SAMOOSCYLACYJNY PARAMETRYCZNY CZUJNIK WILGOTNOŚCI Z CZĘSTOTLIWOŚCIOWYM SYGNAŁEM WYJŚCIOWYM. Informatyka, Automatyka, Pomiary W Gospodarce I Ochronie Środowiska, 13(1), 42–49. https://doi.org/10.35784/iapgos.3476

Autorzy

Iaroslav Osadchuk 

Vinnytsia National Technical University Ukraina
http://orcid.org/0000-0002-5472-0797

Autorzy

Alexander Osadchuk 
osadchuk.av69@gmail.com
Vinnytsia National Technical University Ukraina
http://orcid.org/0000-0001-6662-9141

Autorzy

Vladimir Osadchuk 

Vinnytsia National Technical University Ukraina
http://orcid.org/0000-0002-3142-3642

Autorzy

Lyudmila Krylik 

Vinnytsia National Technical University Ukraina
http://orcid.org/0000-0001-6642-754X

Statystyki

Abstract views: 87
PDF downloads: 81