Разработка сенсора на поверхностно-акустических волнах. Автоматизация измерительной установки
Министерство образования Российской ФедерацииНижегородский государственный технический университетДзержинский филиалФакультет Химико-механическийКафедраАвтоматизация технологических процессов и производствМагистерская диссертацияпо теме:Разработка сенсора на поверхностно-акустических волнах. Автоматизация измерительной установки.Выполнил:магистрант гр. 95-АТПМ-1Ермаков Е. С.Зав. кафедрой АТПП:д.т.н., профессорСажин С.Г.Научный руководитель:д.т.н., профессорСажин С.Г.г. Дзержинск2001 г.СодержаниеСодержание2Введение3Литературный обзор5Основные принципы конструирования ПАВ сенсоров5Некоторые задачи, решаемые ПАВ сенсорами11Конструкция экспериментальной ячейки18Описание приборов и материалов21Сопряжение частотомера с ЭВМ35Особенности задачи35Постановка задачи сопряжения41Преобразование уровня43Преобразование кода44Параллельные порты ввода/вывода.53Прерывания56Последовательный порт ввода/вывода57Разработка программного обеспечения устройства сопряжения64Математическое моделирование70Экспериментальные результаты78Экономическая часть83Техника безопасности84Выводы85Список использованных источников86ВведениеВ условиях современности проблема контроля за состоянием окружающей среды выходит на все более ведущее место. Контроль этот осуществляется как стационарными приборами, так и портативными. К стационарным приборам можно отнести инфракрасные спектрометры, газовые хроматографы, массовые спектрометры и некоторые другие. Работа портативных приборов основана на использовании твердотельных преобразователей. Такие преобразователи позволяют осуществлять миниатюризацию приборов, снижать потребляемую ими мощность, а также дают возможность производить их с помощью технологии микроэлектроники, ну а это - качество, надежность и возможность создания многоточечных систем контроля. Разработка такого рода приборов является актуальной проблемой микроэлектроники и автоматики. [1].Химический твердотельный сенсор представляет собой микроэлектронное устройство, которое преобразует изменение химических свойств среды или состава среды в электрический сигнал [2]. Одним из наиболее перспективных направлений в разработке химических сенсоров является создание устройств на поверхностно-акустических волнах (ПАВ). ПАВ устройства привлекательны для применения в качестве химических микросенсоров в силу своей чувствительности, малого размера и дешевизны изготовления на основе технологии микроэлектроники. Так же преимуществом ПАВ сенсоров является высокая чувствительность скорости распространения поверхностно-акустической волны к любым изменениям свойств поверхностного материала. Это объясняется тем, что чувствительность таких сенсоров растет пропорционально квадрату рабочей частоты прибора, а охватываемый диапазон рабочих частот изменяется от десятков мегагерц до нескольких гигагерц.Необходимо отметить, что область применения ПАВ сенсоров достаточно широка и разнообразна. Эти приборы также нашли свое применение в качестве датчиков температуры и давления, а, кроме того, дают возможность проводить исследование свойств различных полимерных пленок.Литературный обзорОсновные принципы конструирования ПАВ сенсоровВ своей основной форме химический микросенсор представляет собой по меньшей мере два элемента: миниатюрная подложка и химически селективное покрытие [10].Подложка имеет контакт с покрытием и обеспечивает возникновение электрического сигнала, чьи характеристики отражают состояние покрытия.Покрытие имеет контакт со средой, содержащей химическое вещество, которое должно быть обнаружено. Различия в свойствах покрытия, посредством которых происходят те или иные химические взаимодействия, обеспечивают перенос вещества или энергии через подложку [10].Возникновение акустической волны достигается использованием ПАВ покрытия, линии задержки и колебательного контура.При адсорбции чувствительным покрытием определяемых веществ происходит изменение характеристик поверхностно-акустической волны, таких как фазовая скорость, амплитуда и частота. Происходит это вследствие изменения упругих свойств чувствительного слоя и его электропроводности [1]. По этим изменениям можно судить о концентрации примеси в среде.ПАВ микросенсор представляет собой тонкую пластинку из отполированного пьезоэлектрического материала (например, кварца, ниобата лития, танталата лития), на которую нанесены две системы встречно-штырьевых преобразователей (ВШП), одна из которых работает в качестве передающего преобразователя, а вторая является принимающим преобразователем [2]. Края на обоих концах пластинки искажаются или нагружаются абсорбционной резиной для подавления отражения в направлении распространения первичной волны. Если на одну из систем ВШП подается высокочастотное напряжение, то на поверхности пластинки за счет обратного пьезоэффекта генерируется поверхностно-акустическая волна. Эта волна затем распространяется вдоль поверхности пластинки до тех пор, пока не попадет на другую систему ВШП, где она преобразуется обрат...
Другие файлы:
Расчёт узкополосного фильтра на ПАВ
Изучение классификации фильтров на поверхностно-акустических волнах, их преимущества и сфера применения. Конструкция микросхем интеллектуального монит...
Линия задержки на поверхностных акустических волнах
Электрические линии задержки: понятие и функциональные особенности, внутренняя структура и принцип действия. Методика разработки многоотводной линии з...
Автоматизация судовой энергетической установки
Автоматизация судовых двигателей; подбор оптимальных параметров настройки регулятора, обеспечивающих безопасную эксплуатацию судовой энергетической ус...
Автоматизация установки для приготовления сиропа
Схема установки для приготовления сиропа, перечень контролируемых и регулируемых параметров. Материальный и тепловой баланс установки. Разработка функ...
Автоматизация главной водоотливной установки в условиях рудника "Каула-Котсельваара" ОАО ГМК "Печенганикель"
Геологическое строение района и месторождения. Эксплуатационный расчёт водоотливной установки. Электроснабжение водоотливной установки. Математическая...
