Параметричні автогенераторні перетворювачі для вимірювання товщини матеріалів на основі конденсаторних чутливих елементів

Автор(и)

  • Я.О. Осадчук Вінницький національний технічний університет
  • О.В. Осадчук Вінницький національний технічний університет

DOI:

https://doi.org/10.31649/1681-7893-2024-48-2-222-233

Ключові слова:

перетворювач, частота, автогенератор, товщиномір, вимірювальний конденсатор, негативний диференціальний опір

Анотація

У статті розглянуто основні характеристики параметричних автогенераторних товщиномірних перетворювачів з частотним вихідним сигналом. Конструкція запропонованих автогенераторних перетворювачів виконана на основі транзисторних структур з негативним диференціальним опором. В якості параметричних перетворювачів для вимірювання товщини матеріалів використовуються конденсатори з круглою і прямокутною кришками, які є пасивними елементами перетворювачів автогенераторів, що значно спрощує конструкцію приладів для вимірювання товщини матеріалів. Розроблено математичні моделі автогенераторних перетворювачів на основі принципу перетворення енергії постійного електричного поля в енергію змінного електричного поля, що дозволило отримати функції перетворення та чутливості автогенераторних перетворювачів без використання досить складного методу отримання рівнянь Кірхгофа з нелінійних еквівалентних схем параметричних перетворювачів. Показано, що основний внесок у зміну функцій перетворення та рівняння чутливості вносить зміна товщини вимірюваного матеріалу, яка викликає зміну еквівалентної ємності та від’ємного диференціального опору в коливальній системі автогенераторів, який змінює вихідну частоту перетворювачів автогенератора. Чутливість товщиномірних перетворювачів змінюється від 5,31 кГц/мкм до 7,5 кГц/мкм в діапазоні товщин від 0 до 500 мкм. Автогенераторні перетворювачі товщини з частотним виходом не потребують аналого-цифрових перетворювачів і підсилювачів для подальшої обробки інформаційних сигналів, що значно здешевлює інформаційно-вимірювальну апаратуру, а при роботі на надвисоких частотах можлива передача інформації. на значні відстані.

Посилання

Giurlani Walter et al.: Measuring the Thickness of Metal Coatings: A Review of the Methods // Coatings. 2020, 10. 10.3390/coatings10121211

Microelectronic sensors of physical quantities: in 3 volumes / Gotra Zenon et al.: Ministry of Education and Science of Ukraine, National Lviv Polytechnic University, T.1. 2002.

Lei Hang et al.: Design and Implementation of Sensor-Cloud Platform for Physical Sensor Management on CoT Environments. Electronics 7, 2018, 1−25.

Borysov O.V. et al.: Microelectronic sensors based on silicon pn junctions. KPI named after Igor Sikorskyi, Kyiv 2017.

Damdam A.N. et al.: IoT-Enabled Electronic Nose System for Beef Quality Monitoring and Spoilage Detection. Foods, 2023, 12(11): 2227.

Brown Princeton: Sensors and actuators: technology and applications. Library Press, New York 2017.

Sait S. et al.: Estimation of thin metal sheets thickness using piezoelectric generated ultrasound. Appl. Acoust., 2015, vol. 99, 85–91.

Zipf Mark E.: Radiation Transmission-based Thickness Measurement Systems - Theory and Applications to Flat Rolled Strip Products. Advances in Measurement Systems. Milind Kr Sharma (Ed.), USA, 2010.

Bozydar Knyziak A. et al.: New X-ray testing methods of aerosol products for industrial radiography. Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. A Accel. Spectrometers, Detect. Assoc. Equip., Vol. 844, 2016. 141–146.

Osadchuk V.S. et al.: Radio measuring transducers for determining the thickness of films based on devices with negative resistance. VNTU, Vinnytsia, 2013.

Osadchuk O.V. et al.: Device for measuring and controlling the thickness of metal and polymer films. Visnyk VPI, 2010, 4, 90–93.

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.

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

Osadchuk A.V. et al.: Microelectronic Transducer Gas Concentration based on MOSFET with Active Inductive Element. Przegląd Elektrotechniczny 4, 2019, 237−241.

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

Babak V.P. et al.: Structural and functional materials. In two parts. Technology. Kiev. Part 1, 2003. Part 2, 2004.

Kolesov S.M. et al.: Electrical materials science (Electrotechnical materials). Textbook. Delta, Kiev, 2008.

Minkin V.I. et al.: Basic Principles of the Theory of Dielectrics. In: Vaughan, WE (eds) Dipole Moments in Organic Chemistry. Physical Methods in Organic Chemistry. Springer, Boston, 1970.

Kirylenko V.M. et al.: Electrotechnical materials: Part 1. Dielectric materials. Kyiv, KPI named after Igor Sikorskyi, 2021.

Marius Grundmann: The Physics of Semiconductors. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2006.

Mikko Valkama et al.: LTE Performance analysis on 800 and 1800 MHz Bands. Tampere university of technology, 2012.

Maria-Gabriella di Benedetto et al.: Analysis of NB-IoT technology towards massive Machine Type Communication. University Sapienza di Roma, 2018.

Highly linear Microelectronic Sensors Signal Converters Based on Push-Pull Amplifier Circuits / edited by Waldemar Wojcik and Sergii Pavlov, Monograph, (2022) NR 181, Lublin, Comitet Inzynierii Srodowiska PAN, 283 Pages. ISBN 978-83-63714-80-2

##submission.downloads##

Переглядів анотації: 21

Опубліковано

2024-11-16

Як цитувати

[1]
Я. Осадчук і О. Осадчук, «Параметричні автогенераторні перетворювачі для вимірювання товщини матеріалів на основі конденсаторних чутливих елементів», Опт-ел. інф-енерг. техн., вип. 48, вип. 2, с. 222–233, Лис 2024.

Номер

Розділ

Оптичні та оптико-електронні сенсори і перетворювачі в системах керування та екологічного моніторингу

Метрики

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.