УДК 621.317

В.Г. Мельник, канд. техн. наук

РАЗРАБОТКА УНИФИЦИРОВАННЫХ ИМПЕДАНСОМЕТРИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ

        Контроль разнообразных физических величин, определяющих состояние оборудования, протекание технологических процессов, качество сырья и производимых материалов, состояние окружающей среды составляют неотъемлемую часть современного производства. В медицине и биотехнологиях стоит актуальная задача создания простых и удобных средств для быстрого определения химического состава веществ, наличия токсинов, возбудителей заболеваний, различных физиологических, биохимических параметров у человека, животных и растений. Создание современных, недорогих и серийно пригодных измерительных средств для технической и медицинской диагностики, управления производственными комплексами, разработка прототипов биосенсорных систем являются основными целями исследований, выполняемых в отделе электрических и магнитных измерений по нескольким проектам программ фундаментальных и прикладных исследований НАН Украины.
        Анализ многих практических задач показывает, что значительная часть из них успешно может быть решена методами преобразования параметров электрического импеданса. За счет использования различных типов сенсоров в такие параметры могут быть преобразованы также величины физических и химических воздействий неэлектрического характера.
        Выполненные исследования позволили установить оптимизированный набор функций измерительных средств, которые являются общими и достаточными практически для любой системы контроля с электрическими информативными сигналами, обеспечивая реализацию широкого круга методов измерений. Показано, что состав и структура аппаратных и программных средств для реализации такого набора функций могут быть в большой степени унифицированными. В ходе исследований были разработаны структуры базовых измерительных модулей для построения многофункциональных информационно-измерительных систем (ИИС) с уровнем унификации до 80 %.
        Для решения многих задач, особенно в области биосенсорики, перспективны дифференциальные методы измерений. Для этих целей разработан комплекс измерительных цепей, рассчитанных на работу с широким кругом импедансных первичных преобразователей. Исследованы особенности метрологических характеристик таких цепей при комплексном характере выходных параметров датчиков. Предложены способы повышения и стабилизации чувствительности измерительных каналов.
        Важным требованием к универсальной измерительной аппаратуре является возможность регистрации совокупностей как стационарных параметров, так и быстроизменяющихся величин на единой временной оси. В первом случае может применяться последовательная селекция сигналов, поступающих от разных сенсоров с дальнейшим преобразованием одним каналом. Во втором случае структура базового модуля должна включать несколько параллельно работающих субмодулей нижнего уровня, содержащих АЦП, контроллер и оперативную память для формирования согласованных во времени массивов данных. Основной контроллер модуля должен быть освобожден от рутинных функций и может использоваться только для обработки данных и управления измерением. В связи с этим ведется разработка мультипроцессорного базового модуля, в котором функции измерения входных сигналов, ввода/вывода сигналов управления, функции клавиатуры и дисплея, обмена данными с компьютером верхнего уровня осуществляют вспомогательные субмодули с дополнительными контроллерами. Такой модуль позволит производить контроль состояния объектов и процессов по сложным алгоритмам, включая анализ образов, используя как отдельные значения параметров, так и целые их массивы.