Objekt-Metadaten
Wideband impedance spectrum analyzer with arbitrary fine frequency resolution for in situ sensor applications

Autor :Thomas Schneider
Herkunft :OvGU Magdeburg, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
Datum :05.02.2009
 
Dokumente :
Dataobject from HALCoRe_document_00007463
 
Typ :Dissertation
Format :Text
Kurzfassung :Die Verwendung moderner Sensoren erfordert geeignete Messmethoden und Messinstrumente, um die Sensorantwort hinsichtlich der Zielparameter des zu untersuchenden Mediums genau zu bestimmen. Das Impedanzspektrum des Sensors liefert vielfache Informationen, die Schlussfolgerungen über den Entwurf des entsprechenden Sensors, die Sensor-Medium Interaktion oder zur weitergehenden Modellierung zulassen. Zu diesem Zweck ist die Analyse des Sensorimpedanzspektrums in Laboranwendungen unter Verwendung handelsüblicher Messinstrumente weit verbreitet. Die vorliegende Arbeit stellt ein neues Elektroniksystem vor, das breitbandige Impedanzspektrumsanalyse für ortsveränderliche in situ Sensoranwendungen zur Verfügung stellt. Im Unterschied zu den umfangreichen Labormessinstrumenten zeichnet sich das entwickelte Elektroniksystem durch einen kompakten, eigenständigen Messaufbau für Sensoranwendungen im Labor sowie industriellen Bereich aus und ermöglicht eine sehr schnelle Messdatenerfassung. Das Elektroniksystem ist hauptsächlich für Anwendungen von akustischen Mikrosensoren und kapazitiven Messsonden bestimmt. Mit diesen ausgewählten Sensoren wird den unterschiedlichen Anforderungen an schmalbandige and breitbandige Impedanzspektroskopie entsprochen. Damit kann das Elektroniksystem vielseitig für jeden Sensor verwendet werden, der elektrische oder mechanische (wie akustische) Signale in eine elektrische Impedanz wandelt. Unter Berücksichtigung der Hauptzielsetzung eines minimierten Schaltungsaufwandes wurde ein ausgereiftes Hybridsynthesizerdesign entwickelt, das verschiedene analoge und digitale Synthesetechniken kombiniert. Es bietet eine breite Frequenzabdeckung (10 kHz–1 GHz) mit beliebig feiner Frequenzauflösung (<1 Hz) sowie ausreichende Spektralqualität des Ausgangssignals. Eine signifikante Verringerung des Gesamtschaltungsdesigns sowie eine schnelle Sensordatenerfassung werden durch eine Direktabtasttechnik erreicht, die die hochfrequenten Messsignale ohne bedeutende analoge Signalaufbereitung analog-digital wandelt. Da die Gesamtmessgenauigkeit hauptsächlich von dem Signal-Rausch-Verhältnis der direkt abgetasteten Messsignale bestimmt wird, erfolgt die Bestimmung der Signalparameter (Amplitude und Phase) auf der Basis einer Optimierungsmethode zur Sinuskurvenanpassung. Eine deutliche Rauschminderung kann durch die Anzahl der gewählten Abtastwerte erreicht werden. Zur Unterstützung einer schnellen Messdatenerfassung wurde anstelle softwarebasierter Berechnungen der Sinuskurvenanpassung eine hardwarebasierte Implementierung der digitalen Signalverarbeitung in programmierbarer Logik realisiert. Testmessungen mit definierten Lastimpedanzen bestätigten eine mit Labormessgeräten vergleichbare Messgenauigkeit. Konkrete Anwendungen des Elektroniksystems für die Impedanzspektroskopie an verschiedenen resonanten Mikrosensoren und mit einer kapazitiven Messsonde für die Flüssigkeitsanalytik werden demonstriert.
Schlagwörter :Impedanzspektroskopie, Sensorelektronik, resonanter Sensor, kapazitiver Sensor
Rechte :Dieser Text ist urheberrechtlich geschuetzt.
Größe :166 S.
 
Erstellt am :19.08.2009 - 11:35:54
Letzte Änderung :22.04.2010 - 09:02:32
MyCoRe ID :HALCoRe_document_00007463
Statische URL :http://edoc.bibliothek.uni-halle.de/servlets/DocumentServlet?id=7463