Preview

Приборы и методы измерений

Расширенный поиск

Математическая модель сенсора с открытой областью пространства

https://doi.org/10.21122/2220-9506-2020-11-1-22-32

Полный текст:

Аннотация

Для эффективного применения диэлектрометрических сенсоров большое значение имеет оптимизация конструктивных параметров сенсоров, таких как глубина проникновения электромагнитного поля, величина сигнала сенсора. Цель работы заключалась в построении математической модели сенсора с открытой областью пространства и расчёте его параметров.

Представлены результаты расчёта основных параметров сенсора открытого пространства. Для численного 2моделирования использованы методы интегральных уравнений и зеркальных отображений. Поверхность каждого электрода рассматривалась в виде двух параллельных ламелей. Такой подход упростил процедуру численного решения двухмерной задачи. Он позволяет выполнять расчёт электрических полей плоских слоистых сред с меньшими временными затратами, с использованием менее мощных компьютеров. Программа численных расчётов реализована в MAPLE.

Проверка адекватности программы осуществлялась для сенсора, выполненного на одностороннем фольгированном тефлоне (ε1 = 2,3) толщиной = 1,0 мм. Для сенсора выполнен расчёт электрического поля в трёхслойной среде. Расчётная картина поля показала неоднородность распределения силовых линий. Установлено, что глубина зоны контроля не зависит от металлизации поверхности сенсоров. Глубина зоны контроля для сенсора открытого типа лежит в том же диапазоне, что и глубина зоны контроля для плоских накладных измерительных конденсаторов – аналог fringing electric field (FEFsensors (сенсоров окаймляющего электрического поля).

Созданная модель позволяет проводить обоснованный выбор конструкции и параметров электроёмкостного сенсора открытого типа, определять метрологические характеристики измерительного устройства, решать вопрос технической осуществимости поставленной задачи.

Об авторах

А. А. Джежора
Витебский государственный технологический университет
Беларусь

Адрес для переписки:  А.А. Джежора – Витебский государственный технологический университет, Московский пр-т, 72, г. Витебск 210038, Беларусь.     e-mail: jezhora@mail.ru



Ю. А. Завацкий
Витебский государственный технологический университет
Беларусь
Московский пр-т, 72, г. Витебск 210038


А. В. Коваленко
Витебский государственный технологический университет
Беларусь
Московский пр-т, 72, г. Витебск 210038


А. М. Науменко
Витебский государственный технологический университет
Беларусь
Московский пр-т, 72, г. Витебск 210038


Список литературы

1. Hu, X. Planar capacitive sensors–designs and applications / X. Hu, W. Yang // Sensor Review. – 2010. – Vol. 30, no. 1. – P. 24–39. DOI: 10.1108/02602281011010772

2. Mamishev, A.V. Interdigital sensors and transducers / A.V. Mamishev, K. Sundara-Rajan, F. Yang, Y. Du, M. Zahn // Proceedings of the IEEE. – 2004. – Vol. 92, iss. 5. – P. 808–845. DOI: 10.1109/JPROC.2004.826603

3. Diamond, G.G. Single-sided capacitive imaging for NDT / G.G. Diamond [et al.] // Insight-Non-Destructive Testing and Condition Monitoring. – 2006. – Vol. 48, no. 12. – P. 724–730. DOI: 10.1784/insi.2006.48.12.724

4. Chen, T. Analysis of a concentric coplanar capacitive sensor for nondestructive evaluation of multilayered dielectric structures / T. Chen, N. Bowler // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. – 2010. – Vol. 17, iss. 4. – P. 1307–1318. DOI: 10.1109/TDEI.2010.5539703

5. Li, X.B. Design principles for multichannel fringing electric field sensors / X.B. Li, S.D. Larson, A.S. Zyuzin, A.V. Mamishev // IEEE Sensors Journal. – 2006. – Vol. 6, iss. 2. – P. 434–404. DOI: 10.1109/JSEN.2006.870161

6. Sheiretov, Y. Modeling of Spatially Periodic Dielectric Sensors in the Presence of a Top Ground Plane Bounding the Test Dielectric / Y. Sheiretov, M. Zahn // IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. – 2005. – V. 12, no. 5. – P. 993–100. DOI: 10.1109/TDEI.2005.1522192

7. Джежора, А.А. Принципы проектирования накладных измерительных конденсаторов в присутствии заземленной плоскости / А.А. Джежора [и др.] // Приборы и методы измерений. – 2011. – № 2(3). – С. 109–115.

8. Han, T. Multifunctional Flexible Sensor Based on Laser-Induced Graphene / T. Han [et al.] // Sensors. – 2019. – Vol. 19, no. 16. – P. 3477–3492. DOI: 10.3390/s19163477

9. Zuk, S. Capacitive sensors realized on flexible substrates / S. Zuk, A. Pietrikova // Electroscope. – 2017. – Vol. 17, no. 2. – P. 1–5.

10. Khan, S. Technologies for printing sensors and electronics over large flexible substrates / S. Khan, L. Lorenzelli, R.S. Dahiya // IEEE Sensors Journal. – 2015. – Vol. 15, iss. 6. – P. 3164–3185. DOI: 10.1109/JSEN.2014.2375203

11. Starzyk, F. Parametrisation of interdigit comb capacitor for dielectric impedance spectroscopy / F. Starzyk // Archives of Materials Science and Engineering. – 2008. – Vol. 34, iss. 1. – P. 31–34.

12. Thibault, P. On the design of capacitive sensors using flexible electrodes for multipurpose measurements / P. Thibault [et al.] // Review of scientific instruments. – 2007. – Vol. 78, iss. 4. – P. 043903. DOI: 10.1063/1.2721406

13. Джежора, А.А. Электроемкостные преобразователи и методы их расчета. – Минск: «Издательский дом «Белорусская наука», 2007. – 305 с.

14. Тихонов, А.Н., Самарский, А.А. Уравнения математической физики: 7-е изд. М.: Изд-во МГУ; Издво «Наука», 2004.

15. Kim, C. Numerical analysis on effective electric field penetration depth for interdigital impedance sensor / Kim [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. – 2013. – Vol. 418, no. 1. – P. 012020. DOI: 10.1088/1742-6596/418/1/012020


Для цитирования:


Джежора А.А., Завацкий Ю.А., Коваленко А.В., Науменко А.М. Математическая модель сенсора с открытой областью пространства. Приборы и методы измерений. 2020;11(1):22-32. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2020-11-1-22-32

For citation:


Jezhora A.A., Zavatski Y.A., Kovalenko A.V., Naumenko A.M. Mathematical Model of an Open Area of Space Sensor. Devices and Methods of Measurements. 2020;11(1):22-32. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/2220-9506-2020-11-1-22-32

Просмотров: 38


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2220-9506 (Print)
ISSN 2414-0473 (Online)