Elektromos impedancia mérésére DSP alapú termékcsoport fejlesztés II. ütem Karotázs Tudományos, Műszaki és Kereskedelmi Kft. Projektbemutató előadás Elektromos Impedancia Mérésére Termékcsoport Fejlesztés Projekt azonosító száma: GOP-1.3.1-09/1-2009-0051. Burkus Ervin, Halász Attila, Henézi Ferenc, Máthé Kálmán, Odry Péter, Vizvári Zoltán Kujic Bojan
Elektromos impedancia mérésére műszercsalád fejlesztése (GOP-1.3.1-09/A-2009-0051) Alkalmazási lehetőségek, alkalmazásfejlesztések: geofizikai alkalmazások, (felszíni, karotázs, kút-kút között, kútfelszín, fúrómag, porozitás, permeabilitás) Környezetvédelmi, (szivárgás, lerakódás, szennyezés terjedés, monitoring, reaktorok, biofizikai, (sejtek, élelmiszer, növények, biokompatibilis anyagok) orvosi alkalmazások, (agy, testösszetétel, tüdő, végtagok) Anyagvizsgálatok, (félvezetők, elektrolitok, elektrokémiai vizsgálatok, beton, inhomogenitás, korrózió, oktatás) Ipari, (oldódás, ülepedés, lerakódás, szűrővizsgálat, folyadék áramlás, akkumulátor, hidrociklon),
Elektromos impedancia tomográfia, spektroszkópia Az EIT, EIS egy innovatív kiemelkedő technológia, amelyet általánosan, széles körben lehet alkalmazni hasonlóan mint a különböző röntgenes, ultrahangos, nukleáris (MRI, fmri, ) stb. képalkotó technológiákat. Az EIT eljárás nem invaziv, romboló eljárás, nem változtatja meg a vizsgált anyag szerkezetét. Kielégítő eredményekhez megfelelő felbontást kell biztosítani.
Fejlesztésünk I. Mérés elve a szerkezeten belül
Fejlesztésünk I. Főbb műszaki paraméterek: - 8-256 csatornás berendezések, 8/64 bemeneti csatornás modulokból - Mérési tartomány: 1 Ohm-100 MOhm és 0-90 fok - Impedancia kimeneti sávszélesség, maximum: 100Hz (10-90 khz esetén), - Rendszer pontosság minimum: 0.01% és +/-0.01 fok, - Generátor frekvencia tartomány: 0.01 Hz-90 khz -Kimenő áram: 10 μa-20 ma (áramgenerátoros üzemmód) -Kimenő feszültség: 4 mv-4 V (feszültséggenerátoros üzemmód) - Bemeneti dinamika tartomány 1 mv-2000 mv -Impedancia valós és képzetes rész a kimenet: 2x32bit -Többféle üzemmód,
Fejlesztésünk DSP platform I.
Elektromos impedancia tomográfia (ARM folyamatábra 2010.)
Piacon lévő hasonló műszerek összehasonlító táblázata részlet! Gyártó Tipus Channel number Dynamic Range Acqu. time Sensitivity freq. Felbontás Boston electronics Model 410 Model 420 Single, dual phase 60dB 10s max 3μV to 1V (for 1V output) switched in 1, 3, 10 steps 10Hz to 100kHz Edmund Optics Dual phase 60 db 100us to 30s 3μV to 1V 10Hz to 100kHz Stanford Research Systems SR810 SR830 SR830 1ch 4-szer multiplex 2 ch >100 db (without prefilters ) 10 μs to 30 ks (6, 12, 18, 24 db/oct rolloff) 2 nv to 1 V (16-bit ADCs) 1 mhz to 102.4 khz 0.01 0 differential inputs with 6 nv/ Hz at 1 khz input noise Zurich Instrument s HF2IS Impedance Spectroscop e 2 meas. ch 2 gen. ch 1 µs - 500 s ±1 mv to ±1.5 V 0.7 uhz to 50 MHz 5 nv/ Hz Karotázs Kft Digital Lock- In- Amplifier 8meas ch 8X8 multiplex >110 db (without prefilters ) 1ms to 10ks ±1 mv to ±2 V 0.02Hz to 90kHz 0.01 0 differential inputs with 5 nv/ Hz at 1 khz input noise
Fejlesztésünk I. fázis képekben 8/64 csatornás berendezés labor/irodai és terepi változata
Jel/zaj spektrum I. fázis
Elektromos Impedancia mérésére műszercsalád fejlesztés sematikus blokksémája n 1 n EIS, EIT, FFT, DC SENSOR SPEC MUX Measurement Loc-in, DSP, filter,.. Rekonstrukciós algoritmus Képi megjelenítés FFT, EIT, EIS, DC 1D, 2D, 3D, 4D Vizsgált objektum 4 4db. generátor Munkaszervezés
Elektromos impedancia mérésére műszercsalád fejlesztése II. (GOP-1.3.1-09/A-2009-0051) Alapvető mérési módszerek továbbfejlesztése, a következő területeken: 1. Elektromos impedancia spektroszkópia (EIS) 2. Elektromos impedancia tomográfia (EIT) 3. Frekvencia spektrum (FFT) 4. DC mérés (DC) 5. Statikus dinamikus modellek Lock-in technika DSP technika
Továbbfejlesztési irányok második fejlesztési ütem 2011-2012 Feladatkitűzések 1. Mérés pontosságának, felbontásának növelése, 2. Frekvencia spektrum (FFT) funkció fejlesztése, 3. Elektromos Impedancia mérés tovább fejlesztése, 4. Wobler (EIS) funkció fejlesztése, 5. DC mérés és kompenzáció javítása, 6. Szoftverfejlesztések, szoftver vásárlások, 7. Alkalmazásfejlesztések,
Frekvencia spektrum (FFT) funkció fejlesztése A bekapcsolt szűrők hatásának, hatásfokának az ellenőrzése, megjelenítése a frekvencia spektrumban, Több 8/64 készüléknél párhuzamos FFT mérések, négynél több frekvencia megjelenítése, két csatornán (pl. U és I) egyidejű FFT mérés, Dekádválasztás méréstechnikailag jelenleg 3 részre van osztva a spektrum kiszámolása, ábrázolása. A három dekádba tartozó spektrumok időbeli megjelenítése nagyságrendekkel eltér egymástól, dekádválasztás programból, A beállított szűrők hatásfokának ellenőrzése, megjelenítése az FFT spektrumban, 14
Elektromos Impedancia mérés műszercsalád fejlesztése II. Bemeneti érzékenység növelése, minimum 2 nagyságrenddel Mintaátlagolás, feladat specifikus mérésoptimalizálás, Gerjesztő elektródák léptetése, (4 db. 8/64 csatornás egység összefogásával) Impedancia kiszámolásánál a geometriai tényezők figyelembevétele, Műszerkalibrálás, és a kalibráló eszközök fejlesztése, automatizálása, Elektródakonfigurációk mozgatása, léptetése, DC mérés optimalizálása, mérés 1 mv, 1 sec felbontással, Gerjesztő jelek csökkentése és növelése 2 nagyságrenddel,
Wobler (EIS) funkció fejlesztése II. Impeadancia spektrummérés mérés egyszerre több csatornán, Felbontás növelése, finomabb frekvencia léptetésekkel Megjelenítési koordináták beállíthatósága (X-Y), Master-slave funkció továbbfejlesztése és külső mérésszinkronizálási lehetőségek (EIS-EIT), Több egység összekapcsolásával, mérés egyszerre 4-8-12 frekvencián, Riport nyomtatás, Wobler funkció kiterjesztése, xis, xit mérési tervek készítése (x= akusztikus, mágneses, optikai, )
Szoftverfejlesztések II. Firmware update SD kártyáról, - telepítő lemez, - több verzió használata, Optimalizálások, mérési, tesztelési munka könnyítése, hibajelzések, Mérő, mérést konfiguráló, elsődleges megjelenítő, Feldolgozó, modellező szoftverek fejlesztése, Szoftvervásárlások, ehhez a kompatibilitás megteremtése, Modularitás, továbbfejlesztéseknél csoportos munka lehetővé tétele! Speciális alkalmazásfejlesztések szoftveri hátterének megteremtése
Szofverfejlesztések II. Rekonstrukciós algoritmusok (virtuális RLC hálózatok modellezése) 2D-3D tomogram, pixel cross correllation, vizualizáció,
Validálás, kalibrálási funkciók továbbfejlesztése Automatikus ellenőrzési, kalibrációs, validálási (hardver, szoftver, módszer) kidolgozása, funkciók Hagyományos RLC hálózatokkal, mintaedényekkel, Elektronikus tesztelő/kalibráló berendezéssel, Eltolás, bemenő cos értékek elektronikus eltolása a kimenethez képest, Csillapítás: A generátorból kimenő jel amplitúdójának csökkentése (csillapítása), a 2 hatványai szerint (80 db), DC eltolás, DC mérés, kompenzáció ellenőrzése, a leképezett számsorokat (hullámképeket) egy állandóérték hozzá adásával (+-) eltoljuk, +- 2 V tartományban.
II. Fázis főbb szerkezeti felépítése
Digitális mérőlap blokk vázlata II.
Fejlesztésünk II. Fázisa Digitális mérőlap és generátorlap, első működő példányok (2012. január)
II. Fázis első teszteredményei (0.1Hz mért szinusz jel- digitális platform) (0.1Hz mért szinusz jel- digitális platform)
Köszönöm a figyelmet! www.karotazs.hu További fejlesztéseinkhez alkalmazásfejlesztőket, fiatal kutatókat keresünk!