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.comVinnytsia 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 wilgoćBibliografia
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
Autorzy
Iaroslav OsadchukVinnytsia National Technical University Ukraina
http://orcid.org/0000-0002-5472-0797
Autorzy
Alexander Osadchukosadchuk.av69@gmail.com
Vinnytsia National Technical University Ukraina
http://orcid.org/0000-0001-6662-9141
Autorzy
Vladimir OsadchukVinnytsia National Technical University Ukraina
http://orcid.org/0000-0002-3142-3642
Autorzy
Lyudmila KrylikVinnytsia National Technical University Ukraina
http://orcid.org/0000-0001-6642-754X
Statystyki
Abstract views: 138PDF downloads: 126
Licencja
Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Na tych samych warunkach 4.0 Miedzynarodowe.
Inne teksty tego samego autora
- Alexander Osadchuk, Vladimir Osadchuk, Iaroslav Osadchuk, BADANIA MAGNETYCZNEGO CZUJNIKA POLA Z SYGNAŁEM WYJŚCIOWYM CZĘSTOTLIWOŚCIOWYM W OPARCIU O DIODĘ TUNELOWO-REZONANSOWĄ , Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska: Tom 10 Nr 4 (2020)
- Alexander Osadchuk, Iaroslav Osadchuk, Volodymyr Martyniuk, Lyudmila Krylik, Maria Evseeva, SYMULACJA MATEMATYCZNA PRZETWORNIKA MIKROELEKTRONICZNEGO Z WYJŚCIEM CZĘSTOTLIWOŚCIOWYM DO POMIARU INDUKCJI POLA MAGNETYCZNEGO , Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska: Tom 12 Nr 2 (2022)