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: 3

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

Том 48 № 2 (2024)

Розділ

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

Метрики

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Ліцензія

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).