Розроблення та аналіз варіантів апаратної реалізації портативних частотних аналізаторів імпедансу
No Thumbnail Available
Date
2015
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Видавництво Львівської політехніки
Abstract
Описано та проаналізовано три варіанти побудови портативних частотних аналізаторів імпедансу на
сучасній елементній базі та розглянуто можливості їх використання в поєднанні із ПК, а саме: на базі
спеціалізованих мікросхем AD5933/AD5934, сигнального мікроконтролера STM32F4, програмованої логічної
матриці сім’ї Cyclone. Також наведено алгоритми функціонування ЧАІ, з описом процедур калібрування та
визначення параметрів АВП, коригування та опрацювання результатів вимірювання. Описаны и проанализированы три варианта построения портативных частотных анализаторов импеданса
на современной элементной базе и рассмотрены возможности их использования в сочетании с ПК, а именно:
на базе специализированных микросхем AD5933 / AD5934, сигнального микроконтроллера STM32F4,
программируемой логической матрицы семейства Cyclone. Также приведены алгоритмы функционирования
ЧАИ, включающие описание процедур калибровки и определения параметров АИП, корректировки и
обработки результатов измерения. Impedance spectroscopy is widely used to study biological, physical and chemical objects, for example in biomedical
measurements, in study of the materials properties, particularly on micro- and nanoscale, for corrosion monitoring and
diagnostics, for control of batteries, fuel cells. Often research is carried out on a objects under non-laboratory
conditions. A good example of such research is the use of impedance spectroscopy for testing of corrosion-resistant
coatings on various steel structures such as bridges, pipelines and other. This leads to the need for cheap, small portable
measuring devices – impedance analyzers.
A novel concept for design of portable impedance analyzers have been developed in the article. Themain idea is based on
minimization of the analog part ofmeasurement channel, aswell as on the replacement of a number of functions to a personal
computer. Three variants of design of portable impedance analyzers are described and analyzed in the article.
The first option involves the use of single-chip converter AD5933, combined with universal processor Atmega16U2 and
external operational amplifier. The hardware implementation is quite simple, but the main disadvantage is limited
frequency band (maximum frequency converter AD5933 is 100 kHz). Also this approach has no possibility for tuning
and optimization of measuring channel parameters.
The second implementation of portable impedance analyzers is based on the STM32F4 digital signal controller with
built-in DACs and ADCs, which makes it an extremely attractive in terms of flexibility and simplicity in the design.
However, the drawback of this implementation includes limited frequency band (100 kHz).
The third option involves the implementation of digital part of the impedance analyzer (CPU, DDS and DSP blocks) on FPGA
in combination with external DAC and ADC. This method is the most flexible in terms of configuration, as the digital part enables optimization of measurement channel parameters and DAC and ADC specifications can be chosen according to
current application needs. The main disadvantage of this approach is relatively high price and power consumption.
Description
Keywords
імпеданс, вимірювальний перетворювач, сигнальний мікроконтролер, програмована логічнаматриця, импеданс, измерительный преобразователь, сигнальный микроконтроллер, программируемая логическая матрица, impedance, measurement converter, digital signal controller, field-programmable gate array
Citation
Стадник Б. Розроблення та аналіз варіантів апаратної реалізації портативних частотних аналізаторів імпедансу / Богдан Стадник, Володимир Хома, Юрій Хома // Вимірювальна техніка та метрологія : міжвідомчий науково-технічний збірник / відповідальний редактор Б. І. Стадник. – Львів : Видавництво Національного університету "Львівська політехніка", 2015. – Випуск 76. – С. 43–48. – Бібліографія: 22 назви.