Портативная система для автоматизации прикладного микробиологического эксперимента на основе микросхемы AD5933 - Курсовая работа

бесплатно 0
4.5 204
Сущность и значение принципов электрофизических измерений датчиками фарадеевского, нефарадеевского типа. Алгоритм измерения неизвестных значений параметров импеданса. Перевод кодовых значений параметра импеданса в физические единицы размерности.

Скачать работу Скачать уникальную работу

Чтобы скачать работу, Вы должны пройти проверку:


Аннотация к работе
МИНИСТЕРСВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТМетод импедансной электрохимической спектроскопии (ИЭС) широко используется в современных микробиологических исследованиях, связанных с экспрессной оценкой жизнеспособности различных видов микробных популяций [1-4]. импеданс фарадеевский датчик кодовый В отличие от методов традиционной импедансометрии ИЭС обладает более высокой информативностью в раскрытии свойств изучаемой системы и механизма процессов, которые в ней протекают, а также имеет более высокую экспериментальную эффективность, позволяющую получить достаточно большой объем нетривиальной информации об изучаемом объекте по сравнению с затратами на автоматизацию эксперимента. Многоканальная реализация метода ИЭС открывает широкие возможности, в рамках одного эксперимента, для исследования, во взаимосвязи со свойствами различных типов микроорганизмов, питательных сред, различного конструктивного исполнения фарадеевских и нефарадеевских датчиков, механизмов переноса заряда на фазовых границах раздела электрод/электролит. С помощью метода ИЭС открываются также возможности исследования свойств поверхности электродов и установления механизма электрохимических реакций, протекающих на их поверхности [1].В ячейках может быть использован различный набор электродов, который для всех типов ячеек состоит из следующих разновидностей: рабочий электрод (РЭ), вспомогательный электрод (ВЭ) и электрод сравнения (ЭС) [5]. При изучении явлений, происходящих на границе электрод/раствор, используют схему измерений и двухэлектродную ячейку, содержащую рабочий электрод (РЭ) и вспомогательный электрод (ВЭ), как показано на рис. На рабочем электроде в данной схеме с помощью операционного усилителя 2 поддерживаются параметры синусоидального напряжения (частота, амплитуда), подаваемые в измерительную ячейку с генератора 1. Если поверхность металлических электродов не покрыта изолирующими пленками, то с помощью таких электродов реализуется фарадеевский принцип измерения, посредством которого обеспечивается электронно-ионный транспорт между поверхностью электродов и электроактивными элементами раствора. Если покрыть рабочий и вспомогательный электроды измерительной ячейки тонкими изолирующими пленками, то такую двухэлектродную ячейку, согласно выражению (6), можно использовать для изучения приграничных процессов в системе электрод/раствор.Для перевода кодовых значений Х(f) в физические единицы размерности используется соответствующая методика [7], которая базируется на узле измерения и калибровки, выполненного на микросхеме операционного усилителя AD820 и двух микросхемах мультиплексоров типа ADG707BRU. Для этого по заданным значениям схемы измерения, а именно резистора Rобр и калибровочного резистора Rk, которые должны иметь равные значения, определяют коды реальной IR и мнимой ІМ составляющих импедансного спектра. Для значения калибровочного резистора Rk и значения кодовой величины калибровочного импеданса I, получаемой из выражения (12), находим поправочный коэффициент G для заданной частоты f и значения амплитуды напряжения выходного сигнала , подаваемого на калибровочный резистор Rk, по формуле: (13) Реальные значения импеданса исследуемой структуры в диапазоне частот определяем, используя значения, полученные из выражений (13) и (14): Значения параметров импедансного спектра в физических единицах размерности находим из следующих соображений.При вычислении модуля импеданса на конкретной частоте необходимо измерить неизвестный импеданс так, чтобы попасть в область значений (0,066...0,2), которая определяется отношением Rобр резистора в обратной связи усилителя преобразователя в схеме AD5933 к модулю измеренного неизвестного импеданса Zимп, определяемого действительной и мнимой частями результата ДПФ, получаемого с помощью микросхемы AD5933. При попадании в данную область рассчитываемых отношений проводится калибровочная процедура на основе прецизионных резисторов, которая позволяет подкорректировать значение измеренного неизвестного импеданса.Графически главное рабочее окно оформлено в программной среде Qt, а основная программа, позволяющая управлять режимами измерения, обрабатывать и представлять получаемую информацию пользователю, написана на языке программирования С . В состав ОП входит набор программ различного функционального назначения, которые запускаются через систему многоуровневых меню и пиктограмм, представленных на рис.7. Как можно видеть из приведенного на рис.

План
Содержание

Введение

Основная часть

1. Принципы электрофизических измерений датчиками фарадеевского и нефарадеевского типа

2. Прецизионный измеритель импеданса АВ5933

2.1 Перевод кодовых значений параметра импеданса в физические единицы размерности

2.2 Алгоритм измерения неизвестных значений параметров импеданса

2.3 Пользовательское программное обеспечение

Выводы

Список использованных источников

Введение
Метод импедансной электрохимической спектроскопии (ИЭС) широко используется в современных микробиологических исследованиях, связанных с экспрессной оценкой жизнеспособности различных видов микробных популяций [1-4]. импеданс фарадеевский датчик кодовый

В отличие от методов традиционной импедансометрии ИЭС обладает более высокой информативностью в раскрытии свойств изучаемой системы и механизма процессов, которые в ней протекают, а также имеет более высокую экспериментальную эффективность, позволяющую получить достаточно большой объем нетривиальной информации об изучаемом объекте по сравнению с затратами на автоматизацию эксперимента.

Многоканальная реализация метода ИЭС открывает широкие возможности, в рамках одного эксперимента, для исследования, во взаимосвязи со свойствами различных типов микроорганизмов, питательных сред, различного конструктивного исполнения фарадеевских и нефарадеевских датчиков, механизмов переноса заряда на фазовых границах раздела электрод/электролит. С помощью метода ИЭС открываются также возможности исследования свойств поверхности электродов и установления механизма электрохимических реакций, протекающих на их поверхности [1].

Суть метода ИЭС основана на подаче возмущающего воздействия в виде синусоидального напряжения малой амплитуды и измерение на выходе системы отклика тока, вызванного данным возмущением. Требования к ограничению значения величины возмущающего систему фактора связаны с обеспечением условий для интерпретации результатов измерения в терминах теории линейных систем [1]. Получаемые при этом в широкой частотной области комплексные импедансные данные анализируются на уровне комплексных величин импеданса, адмиттанса, диэлектрической проницаемости и электрического модуля с целью полного понимания процессов в исследуемой системе. Для интерпретации экспериментальных данных, полученных методом ИЭС, могут быть использованы как аналоговые, так и физические модели. Формой представления аналоговых моделей являются электрические эквивалентные схемы, с помощью которых фактически отражаются происходящие в инокулированной среде ячейки процессы, характеризуемые набором временных констант в исследуемом спектре частот.

Физические модели ставят своей целью объяснение механизма процессов, происходящих в ячейке, с помощью физико-химических концепций [2].

При возникающих трудностях описания резистивно-емкостных свойств системы в эквивалентной электрической схеме часто используют элемент постоянной фазы (CPE-constant phase element) [3, 4]. Эти случаи, как правило, характерны для неидеальных конденсаторов, например, нефарадеевских датчиков, когда распределение примесных и дефектных центров при пассивации электродов датчика оксидной пленкой оказывается неоднородным по толщине оксида, или когда состав и поверхность электрода негомогенны [2].

Современный уровень развития микроэлектронных технологий в области создания интегральных микросхем для реализации метода ИЭС и компьютерных технологий получения, обработки и представления пользователю информации открывает достаточно широкие перспективы для создания портативных информационно-измерительных систем на базе данного метода.

В данной работе демонстрируется принцип создания портативной системы для автоматизации прикладного микробиологического эксперимента с использованием микросхемы AD5933, представляющей собой прецизионный конвертер импеданса.

Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность
своей работы


Новые загруженные работы

Дисциплины научных работ





Хотите, перезвоним вам?