Search

Ovim radom razvijen je mjerni sustav za praćenje koncentracije etanola u tekućem agregatnom stanju uporabom održivih materijala i postojeće tehnologije. Odabrani digitalni konverter karakteriziraju visoka osjetljivost i linearnost što ga čini idealnim za uporabu u sustavima gdje je potrebno detektirati male promjene kapaciteta. Mjerno osjetilo se sastoji od kapacitivno digitalnog konvertera (CDC), planarno postavljenih vodiča (elektroda), polimernog izolatora i mješavine etanola i vode kao dielektrika. Promjenom volumnog udjela etanola mijenja se kapacitet kondenzatora, što je ujedno analitička informacija. Određivanje dimenzija elektroda provedeno je u MatLab-u kako bi kondenzator imao maksimalnu osjetljivost u koncentracijskom području od 0 do 60 vol. % etanola, pritom zadovoljavajući ograničenja komercijalnog integriranog kruga. Kao model kondenzatora korištene su aproksimativne jednadžbe kapacitivnosti planarnih vodiča a vrijednosti dielektričnih konstanti za različite koncentracije etanola preuzete su iz literature. Može se zaključiti da je danom tehnologijom moguće izraditi vrlo precizne senzore koji bi mogli naći primjenu u kemijskoj i biotehnološkoj industriji. Through this study a cost-effective sensor for monitoring the concentration of ethanol in the liquid state has been developed using sustainable materials and existing technology. The selected digital converter is characterized by high sensitivity and linearity, which makes it ideal for use in systems where small changes in capacity need to be detected. The sensor consists of a capacitive digital converter, planarly placed conductors (electrodes), a polymer insulator and a mixture of ethanol and water as a dielectric. Changing the volume fraction of ethanol changes the capacity of the capacitor, which is also analytical information. Electrode sizing was performed in MatLab to give the capacitor maximum sensitivity in the concentration range of 0 to 60 vol. % Ethanol, while meeting the limitations of the commercial integrated circuit. Approximate equations of capacitance of planar conductors were used as a capacitor model and the values of dielectric constants for different ethanol concentrations were taken from the literature. We can conclude that with the given technology it is possible to make very precise sensors that could be used in the chemical and biotechnology industry.

Arduinom generirane frekvencije od 10000 Hz do 500000 Hz (s korakom koji u početku kreće od oko 10000 Hz, povećava se s porastom frekvencija (postaje „grublji“) te se pri visokim frekvencijama korak produljuje i to 30000 Hz) koje su željene na ulazu u sklop moraju se dobiti dijeljenjem frekvencije od 16000000 Hz s potrebnim brojem kako bismo dobili željenu frekvenciju uzimajući u obzir da je Duty Cycle 50%, odnosno da u pravokutnom signalu jednako traju high i low ( logička ‘1’ i ‘0’ ) stanje, stoga moramo frekvenciju još podijeliti s 2. Programobilan mikrokontroler je programiran u “Arduino IDE” programu na način da za zadane frekvencije mjeri napon na sklopu i vrti tu petlju sve dok ne dođe do zadnje frekvencije. U zadnjem dijelu programa odabire se najpovoljnija frekvencija, tj. ona koja najviše utječe na promjenu napona. The Arduin generated frequencies from 10000 Hz to 500000 with a step of 10000 Hz, which are required at the input of the circuit must be obtained by division of frequency of 16000000 Hz with the required number so we can get wanted frequency. We have to pay attention that Duty Cycle is 50%. It means that in the rectangular signal both the high and the low signal state are equal (logical ‘1’ and ‘0’), so we have to divide frequency with 2. The programmable microcontroller is programmed in the “Arduino IDE” program by measuring the voltage in the circuit for the default frequencies and rotetes that loop until the last frequency is reached. The last part of the program selects the most favorable frequncy, actually, the one that most influences the voltage change.

U ovom radu objašnjena je izrada te korištenje kapacitivnih senzora za određivanje vlažnosti tla. Detaljnije su obrazloženi problemi koji se javljaju pri mjerenju te su dani ekperimentalni rezultati. Objašnjena su načela spajanja kapacitivnog senzora s mikrokontrolerom. Na kraju rada praktično je izveden jedan način mjerenja iznosa kapaciteta mikrokontrolerom. Capacitive sensor design and its use to measure soil moisture has been explained in this thesis. Measurement problems have been covered in more details. Also, there are provided experimental results. Data connection principles between sensor and microcontroller has been explained. At the end, there has been provided a practical approach to measure capacitive value using microcontroller.

U ovom diplomskom radu prikazan je pregled metoda za praćenje disanja ispitanika. Pomoću elektrostatskih simulacija proučen je utjecaj geometrije elektroda kapacitivnog senzora na njegovu karakteristiku te je predložen oblik koji daje zadovoljavajuću osjetljivost i linearnost, uz istodobno postizanje malih dimenzija i jednostavnosti izrade. Karakteristika dobivena simulacijom uspoređena je s karakteristikom izmjerenom na izrađenom prototipu senzora. Opisane su komponente elektroničkog sustava koji omogućuje kontinuirano mjerenje kapaciteta senzora. Za mjerenje kapaciteta koristi se integrirani sklop AD7746 koji se odlikuje visokom razlučivošću mjerenja. Sustav se temelji na mikrokontroleru izrazito niske potrošnje MSP430FR5969, a za pohranjivanje podataka koristi se mikro SD kartica. Korisničko sučelje koje omogućuje konfiguraciju sustava i preuzimanje snimljenih podataka predstavlja Android aplikacija koja se izvodi na pametnom telefonu, a sa sustavom se povezuje putem Bluetooth LE modula RN4020. Posebna pažnja posvećena je niskoj potrošnji i kompaktnosti sustava pa su sve komponente, uključujući naponski regulator s prekidanjem struje i sklop za punjenje litijskih akumulatora, smještene na tiskanoj pločici dimenzija 42 mm x 24 mm. Razvijeni sustav postiže višednevnu autonomiju rada napajanjem iz Li-Po akumulatora kapaciteta 400 mAh. A short overview of respiration monitoring methods has been presented in this master thesis. The influence of geometry of capacitive sensor electrodes on its characteristics was examined by means of electrostatic simulations and the format that achieves sufficient sensitivity and linearity was proposed, with additional benefit of being small and easy to produce. The characteristic obtained by simulation was compared to the characteristic measured on the sensor prototype. Components of the electronic system were chosen to allow continuous measurement of the sensor capacitance. The capacitance is measured by AD7746 integrated circuit, which provides high measurements resolution. The system is based on an ultra low power MSP430FR5969 microcontroller, and a Micro SD card is used for data storage. A user interface that allows system configuration and downloading recorded data is presented through an Android application running on a smartphone, which connects to the system via RN4020 Bluetooth LE module. Particular attention was paid to low power consumption and system compactness so all the components, including switching voltage regulator and integrated circuit for charging lithium batteries, are placed on a printed circuit board as small as 42 mm x 24 mm. The developed system can run continuously for several days powered by a single 400 mAh Li Po battery.

Na početku ovog završnog rada dan je kratki pregled dosadašnjih implementacija mjerne instrumentacije korištene za kapacitivna mjerenja. Nadalje, razvijen je sustav detekcije predmeta i osoba u promatranom prostoru kapacitivnom metodom. Kao senzori za prikupljanje podataka o promjeni kapaciteta odabrane su bakrene elektrode. Kapacitet između postavljenih elektroda mijenja se dolaskom osobe ili predmeta u promatrani prostor. Naboj koji se javlja na elektrodama mjeri se preciznim CDC pretvornikom visoke točnosti. Za potrebe prikupljanja podataka razvijena je programska potpora. Algoritmi spremanja mjerenih podataka u tekstualnu datoteku, te iscrtavanja istih implementirani su u Matlab programskom alatu. Na kraju rada prikazan je rezultat mjerenja uz korištenje jedne elektrode. The short overview of the existing implementations of measuring systems used for capacitive measurements were presented. Furthermore, object and person presence detection system based on the capacitance measurement method was developed. Copper electrodes were used for sensing the capacitance change for detecting a presence. The capacitance between electrodes is changed by a presence of human or some other object. The capacitance change was measured by precise and highly accurate CDC (capacitance-to-digital converter). Dedicated software for data acquisiton for personal compter was developed. Algorithms for storing measurement data, and real time signal visualization were implemented in MATLAB. The experimental results obtained by one electrode were presented.

Na RGN fakultetu u Zagrebu prvi je put u našoj zemlji uspješno puštena u pogon stanica za praćenje disanja Zemljine kore. U pogon stanice uključeni su različiti mjerni instrumenti: Permanentna Trimble GNSS-stanica, vertikalni ekstenzometar, dvokomponentni tiltmetar, jednokomponentni tiltmetar i stacionarni gravimetar LaCoste & Romberg ET 16. GNSS-antena postavljena je na stup na terasi iznad rudarskog okna i antenskim kabelom spojena na prijamnik koji je uz pomoć LAN-mreže povezan s centralnim računalom. Svi ostali mjerni uređaji spojeni su na data-logger koji je također pomoću LAN-mreže povezan s centralnim računalom. U istom prostoru gdje je postavljen data-logger smješteni su svi kontrolni uređaji potrebni za rad tih instrumenata. Kod gravimetra, tiltmetra i vertikalnog ekstenzometra primijenjeni su kapacitivni senzori, a kod gravimetra je na iste ploče kondenzatora priključena i elektrostatička povratna veza. Svi ti elektronički uređaji vlastite su konstrukcije. Signali s mjernih instrumenata direktno se ili preko niskopropusnih Butterworthovih filtara (strmine 18 dB/oktavi i vremenske konstante 100 s) dovode na data-logger. Uz signale sa spomenutih mjernih uređaja prikupljaju se također i podaci sa senzora tlaka zraka (digitalni barometar) te registrira temperatura u gravimetru, kućištu elektronike kapacitivnog senzora tiltmetara, a također temperatura prostora mjernih uređaja i rudarskog okna. Na displeju računala moguće je praćenje registracija, koje se uzorkuju svake sekunde, uz Flukeov grafički program Trend-link, a za obradu drugim standardnim statističkim programima podaci mjerenja pohranjuju se u CSV ASCII kodu. Predviđeno je da se mjerni podaci registrirani kao vremenski nizovi statistički obrade i primijeni Fourierova spektralna analiza sadržaja registracije te korelacijska i križna kovarijantna analiza. Posebno je značenje tih istraživanja u tome što će se na temelju mjerenja i registracija vremenskih nizova prvi put u našoj zemlji preciznim stacionarnim gravimetrom odrediti realni parametri elastičnosti Zemlje i njihova odstupanja od teorijskih parametara, a ujedno i maksimalne amplitude plimnih valova za tu lokaciju. Isto je tako posebno važan egzaktni postupak određivanja vlastite frekvencije zgrade, što će u budućem sustavu zaštite od potresa morati postati jedan od standardnih postupaka pri zoniranju hazarda zgrada u gradovima., At the Faculty of Mining Geology and Petroleum engineering of the University Zagreb for the first time in our country a station for Earth-breathing monitoring was successfully established. Different instruments are included in the station operation such as a permanent Trimble GNSS station, a vertical extensometer, a two-component tilt-meter, an one-component tilt-meter and a LaCoste & Romberg Earth-tide gravity-meter (model ET 16). The GNSS antenna is fixed on the terrace over the mining shaft and with a cable connected to the receiver which is via LAN connected to the host computer. All other measuring instruments are connected to a data logger which is also connected to the host computer. In the same room with the data logger all control equipments for the installed instruments are placed. The gravity-meter, tilt-meter and the vertical extensometer are equipped with a capacitive sensor and the same condenser plates of the gravity-meter are used for the electrostatic feedback. All these electronics was developed by the author. Signals from the measuring instruments are directly or over a Butterworth low-pass filter (18 dB/octave and T=100 s) connected to the data logger. Besides signals from the mentioned instruments several other sensors for barometric pressure and temperature inside the instruments and the surrounding space are registered. The registration could be followed on the computer display by means of the FLUKE graphic program Trend-link. For calculation purposes with other standard statistic programs the Data are saved in ASCII format as CSV (Comma Separated Values). It is foreseen that the registered time series will be processed with Fourier spectral analyses programs so as correlation and covariance analyses. A special meaning of this research is that for the first time in our country using a precise gravity-meter elastic parameters of the Earth and a comparison to the theoretically parameters will be determined so as maximally Earth-tide amplitudes for this location. Also the exact determination of building resonance frequencies is of big importance especially for the future earthquake risk system which must become a standard process in building hazard zoning in cities.