Tesztelések és alkalmazási példák komplex elektromos impedancia mérő eszközzel

Átírás

1 Tesztelések és alkalmazási példák komplex elektromos impedancia mérő eszközzel Karotázs Tudományos, Műszaki és Kereskedelmi Kft. Projektbemutató előadás Elektromos Impedancia Mérésére Termékcsoport Fejlesztés Projekt azonosító száma: GOP / Burkus Ervin, Halász Attila, Henézi Ferenc, Máthé Kálmán, Odry Péter, Vizvári Zoltán

2 Az előadás tematikája A kész mérőeszköz ismertetése Teszteredmények Alkalmazási lehetőségek: EIT bemutatása példákkal EIS bemutatása példákkal

3 A kész 8/64 csatornás mérőeszköz Jellemzők: DSP technológia alkalmazása csatornás berendezések Mérési tartomány: 1 Ohm MOhm és 0-90 fok Impedancia kimeneti sávszélesség, maximum: 100Hz (10-90 khz esetén), Rendszer pontosság min. 0,01% és +/-0,01 fok, Mérő frekvencia tartomány: 0,01 Hz-90 khz

4 Méréstartomány teszt Kizárólag ellenállást tartalmazó áramkörrel Árammérő ellenállás: 1%-os tűrésű 1kOhm Mérőellenállások: 1 Ohm, 100 Ohm, 1 kohm, 200 kohm, 1 MOhm, 50 MOhm

5 Méréstartomány teszt Névleges érték [Ohm] Átlag [Ohm] D#1 D#2 D#3 D#4 Mért érték Mért érték Mért érték Mért érték Szórás [%] Átlag [Ohm] Szórás [%] Átlag [Ohm] Szórás [%] Átlag [Ohm] Szórá [%] 1 1,05 6, ,07 5, ,03 1, ,06 2, ,03 4, ,04 2, ,12 1, ,19 4, ,48 2, ,39 1, ,32 7, ,35 5, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

6 Dinamikatartomány teszt Kizárólag ellenállást tartalmazó áramkörrel Árammérő ellenállás: 1%-os tűrésű 1kOhm Mérőellenállás: 1%-os tűrésű 1kOhm A mérési beállításokat változtattuk Linearitás vizsgálat

7 Dinamika tartomány tesztek

8 A rendszer funkciói és alkalmazások FFT spektrummérés a jelzaj viszony vizsgálatára; Impedancia mérés: nem invazív mérési lehetőség, amellyel a mérendő objektum impedanciáját határozhatjuk meg több csatornán; Impedancia wobbler: impedancia spektrum rögzítése Módszerek: elektromos impedancia tomográfia (EIT) elektromos impedancia spektroszkópia (EIS) elektrokémiai impedancia mérések Lock-in technika alkalmazása

9 Alkalmazási módszerek (EIT) Széles körben alkalmazható; Képalkotó technológia; Hasonló a röntgenes, ultrahangos, nukleáris (MRI) stb. technológiákhoz; Nem invaziv, nem változtatja meg a vizsgált anyag szerkezetét; A kiértékelés összetett hálózati és mérési képrekonstrukcióval történik; A kielégítő eredményekhez megfelelő felbontást kell biztosítani.

10 Alkalmazási módszerek (EIT) Gerjesztés (egy vagy több) áramforrással (egy vagy több frekvencián); A gerjesztő jeleket a vizsgált felületre kettő (vagy több) ponton tápláljuk be; Mérés: a mérendő felületen nagy számú elektródával Ismerjük az anyagszerkezetet, a gerjesztés ismeretében számíthatók a tér paraméterei (Direkt probléma) Ha a mért potenciálokból, a gerjesztés alapján határozzuk meg az anyagszerkezetet (Inverz probléma)

11 Alkalmazási lehetőségek (EIT) 1D-s alkalmazások: VESz 2D-s alkalmazások: geofizikai alkalmazások; talajvizsgálatok; hidrológiai alkalmazások; 3D-s alkalmazások: orvosi alkalmazások; biológiai; anyagvizsgálatok modellezések. Kiértékelés: a féltér modellje blokkokból épül fel, amelyeken belül a fajlagos ellenállást állandónak tekintjük; a blokkok mérete tetszőlegesen megválasztható; legelterjedtebb eszközei az ún. geoelektromos inverziós módszerek; szakmai gyakorlatban ezen módszerek alkalmazása számítógépes úton történik; a mérőrendszer által rögzített adatokból szoftver segítségével készülnek el a 2D-s, illetve 3D-s metszetek.

12 Alkalmazási lehetőségek (EIT) 1 D s alkalmazás (VESz) több típusú elektróda elrendezés eredmény: impedancia és fázis mélység szerinti eloszlása Surface Impedance Tomography for Antarctic Sea Ice (C. Sampson, K.M.Golden, A.Gully, A.P.Worby, University of Utah, Department of Mathematics, Australian Antarctic Division and ACECRC, University of Tasmania)

13 Alkalmazási lehetőségek (EIT) 2 D s alkalmazás: egy síkmetszetet rajzolódik ki több tucat elektróda felfűzve egy intelligensen vezérelhető kábelre mérés végrehajtása: elektródák kiválasztása előre leprogramozott mérési algoritmus szerint (összes lehetséges elektróda konfiguráció) Előnyei: gyorsaság, hatékonyság, Hátránya: az elektródák száma határozza meg a behatolást

14 Alkalmazási lehetőségek (EIT) 2 D s, 3 D-s alkalmazás: képalkotás 3D-s berendezés méréstechnikai része nem különbözik a 2D-s mérőberendezéstől; a különbség a feldolgozó szoftverben van; az alkalmazásoknál a szondákat a mért testhez kell alakítani: a legegyszerűbb ha vonalszerű elhelyezés (fixen beépítik egy övbe); felületileg osztjuk meg a szondákat akkor mellénybe helyezzük el.

15 Alkalmazási lehetőségek (EIT) 2 D-s, 3 D-s alkalmazás: képalkotás (EIDORS)

16 Alkalmazási lehetőségek (EIT) 2 D s, 3 D-s alkalmazás: képalkotás Áramló rendszerek modellezése: State estimation in process tomography Three-dimensional impedance imaging of moving fluids, (A. Sepp anen, M. Vauhkonen, P. J. Vauhkonen, A. Voutilainen and J. P. Kaipio)

17 Alkalmazási lehetőségek (EIS) Spektroszkópiai eljárás; Nem invazív eljárás; Egy elektródapár a gerjesztő és egy a mérő; A mérés végeredménye: impedancia spektrum (frekvencia függvényében ábrázolt eredmények) Ábrázolási lehetőségek: Z = Re + j Im (Nyquist-diagram) Z = abs(z) exp(j φ) (Bode-diagram)

18 Alkalmazási lehetőségek (EIS) Vizsgálhatók (néhány példa): Élő szervezetek, szövetek; Orvosbiológiai alkalmazás; Élelmiszeriparban: sótartalom, zsírtartalom, tárolás hatásai, Félvezetők; Elektrokémiai rendszerek; Akkumulátorok; Korrózió; Vezető (félvezető) műanyagok; Elektro-organikus szintézisek kutatásainál. Továbbá alkalmazható gyártás és ellenőrző technológiaként is egyaránt.

19 Alkalmazási lehetőségek (EIS) Korrózióvizsgálat Korrózióvédelmi anyagok hatásának vizsgálata Esetünkben Nb-t ötvöznek a rozsdamentes acél ötvözetbe, majd NaCl oldattal korrodálják (2 hétig) a mintát Abdel Salam Hamdy, E. El-Shenawy és T. El-Bitar szerzők Electrochemical Impedance Spectroscopy Study of the Corrosion Behavior of Some Niobium Bearing Stainless Steels in 3.5% NaCl

20 További alkalmazási lehetőségek EIT és EIS együttes alkalmazása (mivel a műszerünk nem célműszer); Oktatási feladatok, labortechnika oktatásban; Lock-in technika alkalmazása: Akusztikus impedancia mérések; Mágneses impedancia mérések; STB.

21 Köszönöm a figyelmet! További fejlesztéseinkhez alkalmazásfejlesztőket, fiatal kutatókat keresünk!