2014. február hónap bejegyzései

FES mérőrendszer felépítése

A zajjal segített gázérzékelés (FES) vizsgálatához kutatócsoportunk számos mérőrendszert készített. Az első, teljes egészében integrált rendszer [1] blokkvázlata a következő ábrán látható:

FES mérőrendszer blokkvázlata

FES mérőrendszer blokkvázlata

A rendszerben áramlásszabályozókkal állítjuk elő a kívánt gázkoncentrációt, melyet a mérőkamrában lévő szenzor vizsgál.  E szenzor lehet félvezető alapú Taguchi szenzor, valamint szén nanocsöveket tartalmazó szenzor. Utóbbiakat a SANES nevű nemzetközi projekt keretében teszteltük. A szenzor jelének feldolgozását a kutatócsoportunk által elkészített elektronika végezte el, ennek blokkvázlata a következő ábrán látható:

FES adatgyűjtő blokkvázlata

FES adatgyűjtő blokkvázlata

Az elektronikában egy C8051F060-as mikrovezérlőt használtunk fel, mely vezérelte a szenzor fűtését, valamint egyes szenzorok esetén a Gate elektróda feszültségét. E mellett pedig szinkronban mérte a szenzor DC jelét (átlagos ellenállás) valamint a szenzor felerősítet zaját. A mért jeleket a számítógépen futó LabVIEW szoftver regisztrálta és elmentette.

Szenzorok FES alkalmazása esetén kritikus a szenzort kiszolgáló elektronika felépítése, valamint tulajdonságai. Egyrészt, a szenzor zaja nagyon kicsi, így komoly erősítésekre van szükség, miközben az erősítők zaját nagyon alacsonyan kell tartani. Ehhez megfelelő, alacsony feszültség és áramzajú erősítőket kell kiválasztani. E mellett pedig nagyon fontos a mérőrendszer árnyékolása, különben a mérőrendszerbe beszűrődő külső zavarjelek lehetetlenné teszik a mérést.

Szenzor interfész

A szenzort meghajtó és az előerősítést elvégző áramkörök

A szenzor ellenállását két féle módon is mérhetjük: egy feszültségosztó kapcsolásban, valamint áramgenerátor segítségével. Utóbbi előnye, hogy a kimenet lineárisan függ a szenzor ellenállásától, éppen ezért választottuk ezt az elrendezést szenzorunk meghajtására. A szenzor ellenállása az egyik fontos mért paraméter, e mellett mérjük a szenzor ellenállásának véletlenszerű változását. Mivel ez a jel nagyon kicsi, szükség van egy jelentős, 100x-1000x erősítőre ahhoz, hogy elegendő felbontással mérni tudjuk. Az erősítés két lépésben történik meg, mindkét fokozat egy-egy felüláteresztő szűrőt tartalmaz.

[1] Mingesz R, Gingl Z, Kukovecz A, Konya Z, Kordas K, Moilanen H: "Compact USB measurement and analysis system for real-time fluctuation enhanced sensing", Proceedings of the 21st International Conference on Noise and Fluctuations, Toronto, Kanada (2011)

Előzmény: Zajjal segített gázérzékelés (FES)