Technique of increasing the impedance measuring transducers accuracy at inharmoniousness signals
Вісник НТУУ "КПІ". Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування.
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Technique of increasing the impedance measuring transducers accuracy at inharmoniousness signals
Методика повышения точности измерительных преобразователей импеданса с учетом негармоничности сигналов Методика пiдвищення точностi вимiрювальних перетворювачiв iмпедансу з врахуванням негармонiчностi сигналiв |
|
| Creator |
Barylo, G. I.
Holyaka, R. L. Prudyus, I. N. Fabirovskyy, S. E. |
|
| Subject |
—
impedance spectroscopy; signal front-end; SPICE simulation — импедансная спектроскопия; сигнальные преобразователи; SPICE моделирование 621.382 iмпедансна спектроскопiя; сигнальнi перетворювачi; SPICE моделювання |
|
| Description |
Introduction. Nowadays, one of the most relevant classes of sensor electronics for the Internet of Things is based on the methods of impedance spectroscopy. In general, the informative signals of impedance spectroscopy, namely, an active component or resistance which forms the real part and a reactive component or reactance which forms the imaginary part of complex impedance of the investigated two-terminal network, are formed by specialized analog front-end or measuring transducers. The defining requirements for measuring converters of sensor devices of the Internet Things are their versatility, minimal power consumption, the ability to work at low supply voltages, stability of operation with changing external factors and so on. In this paper, the problem of improving the accuracy of electrical impedance measuring transducers is considered, taking into account the non-harmonic of the driving signals. SPICE model and research technique. The implementation of impedance spectroscopy assumes a transition from frequency plots to plots on the complex plane, called as Nyquist plots. In a number of modern versions of circuit simulation programs the method of impedance analysis is already provided with the use of mathematical functions of Real (Re) and Imagine (Im) components of the signal. Using these functions, it is possible to calculate the corresponding values of the active (Re Z) and the reactive (Im Z) impedance of the object under investigation. As a result of his usage a Nyquist plot is plotted. However, this approach is not universal, and in particular, imposes significant restrictions taking into account the parameters of real signals, namely, their amplitude, shape, non-harmonics, etc. The results obtained in this paper are based on the new SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) model studding methodology, which compares small signal Alternative Current Analysis with large signal Transient Analysis. During the Alternative Current Analysis, Nyquist impedance plot are obtained in the idealized case, and during the Transient Analysis the active Re Z value and reactive Im Z impedance components are calculated for the actual parameters of the measuring transducers and the form of the activating signals. The implementation of the above mentioned methodology involves the use of synchronous quadrature detection of the output signals of the measuring circuit. Analysis and correction of results. In accordance with the task of increasing the impedance measuring transducers accuracy at inharmoniousness signals we consider the method of calculating the coefficients KRE and KIM, allowing correcting the measurement results of the active Re Z and the reactive Im Z impedance components. A few analysis and correction results are presented. The obtained regularities can be widely used in correcting the results of impedance spectroscopy upon activation by pulse signals for the vast majority of research options. Conclusion. A new approach is proposed, according to which three arrays of informative signals of active Re Z and reactive Im Z impedance are formed and compared. The first M(AC) array is obtained using small signal Alternative Current Analysis, which corresponds to an idealized version of the measurement transformation and is subsequently used as a reference. The next two arrays M(H1) and M(HN) are obtained by the method of large signal Transient Analysis using the results of integrating the quadrature detector output voltages of the impedance transducer. The array M(H1) is formed when the input source triggers a harmonic oscillation (the first H1 harmonic), and the M(HN) array when activated by a functionally controlled source synthesizes a non-harmonic signal in the form of harmonics HN. The increase in the accuracy of the measurement conversion is provided by coefficients $K_{RE}$ and $K_{IM}$, which allow the correction of the measurement results of the active and reactive components of the impedance. A method for calculating such coefficients and examples of their use are presented.
В работе решается задача повышения точности измерительных преобразователей электрического импеданса с учетом негармоничности задающих сигналов. Полученные результаты базируются на методе SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) модельных исследований, в котором проводится сопоставление малосигнального AC (Alternative Current) анализа по переменному току и переходного Transient анализа. Предложена методика, согласно которой формируют и сравнивают массивы информативных сигналов активного Re Z и реактивного Im Z импеданса. Повышение точности измерительного преобразования обеспечивается использованием соответствующих коэффициентов, которые позволяют проводить коррекцию результатов измерения активной и реактивной составляющих импеданса. Представлен способ расчета таких коэффициентов и примеры их использования. В роботі вирішується задача підвищення точності вимірювальних перетворювачів електричного імпедансу з врахуванням негармонічності задаючих сигналів. Отримані результати базуються на методі SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) модельних досліджень, в якому проводиться співставлення малосигнального AC (Alternative Current) аналізу за змінним струмом та перехідного Transient аналізу. Запропоновано методику, згідно якої формують та порівнюють масиви інформативних сигналів активного Re Z та реактивного Im Z імпедансу. Підвищення точності вимірювального перетворення забезпечується відповідно розрахованими коефіцієнтами, які дозволяють проводити корекцію результатів вимірювання активної та реактивної складових імпедансу. Представлено спосіб розрахунку таких коефіцієнтів та приклади їх використання. |
|
| Publisher |
National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"
|
|
| Contributor |
—
— — |
|
| Date |
2017-09-30
|
|
| Type |
info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion — — — |
|
| Format |
application/pdf
|
|
| Identifier |
http://radap.kpi.ua/radiotechnique/article/view/1422
|
|
| Source |
BULLETIN of National Technical University of Ukraine. Series RADIOTECHNIQUE. RADIOAPPARATUS BUILDING; № 70 (2017); 30-36
Вестник НТУУ "КПИ". Серия Радиотехника, Радиоаппаратостроение; № 70 (2017); 30-36 Вісник НТУУ "КПІ". Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування; № 70 (2017); 30-36 2310-0389 2310-0397 |
|
| Language |
ukr
|
|
| Relation |
http://radap.kpi.ua/radiotechnique/article/view/1422/1310
|
|
| Rights |
##submission.copyrightStatement##
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
|