1. No category

Konferenca SEMTO 2010 SENZORJI IN AKTUATORJI
Povzetki predavanj
Integrated electronic sensorsfor detection of biological substances
Drago Strle, Gregor Majdič
Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko,
Tržaška 25, Ljubljana
The aim of our study is to develop miniature integrated electronic sensor for detection of biological substances in
various biological samples.In the preliminary study we will optimize and miniaturize sensors based on antibodyantigen reactivity. Specific antibodies will be functionalized onto oxidized silicon wafers, which will be attached to
the low noise signal processing integrated circuit. Upon binding of antigen to the functionalized antibodies the
capacitance of the SiO2-antigen-antibody-puffer will change due to antibody/antigen reaction kinetics, and this
change will be detected by low noise electronic integrated circuit. Preliminary study using SiO2 capacitance will be
followed by creating micro/nano sized depletion mode MOS transistor with enhanced sensitivity to charges and
capacitance changed by reaction kinetics, which will allow the creation of microarray of such biosensors built as
array of gates of MOS transistors and signal processing electronics. Such array would allow detection of several
different biological molecules simultaneously in real time.Primary aim of our study is to develop array of microsensors for detection of neurotransmitters’ release in live brain tissue slices in real time, however, if successful,
similar technology could be used in much wider range of applications in biomedicine.
Microbolometer for cm and mm wavelengths
Janez Trontelj, Aleksander Sešek
Faculty for electrical engineering,
Laboratory for Microelectronics
Tržaška 25, 1000 Ljubljana
Key Words: bolometers, millimeter wave antennas, millimeter wave detectors, millimeter wave imaging
Abstract: An uncooled bolometer with dipole antenna for the focal-plane-array (FPA) imaging at 300GHz is
presented in the paper. The fabricated antenna with a titan (Ti) microbolometer consists of the full -wavelength
parallel-dipole array on a thin nitride membrane, double impedance-transformation sections and a low-pass-filter
readout taps on a silicon substrate. The simulated antenna directivity at 300 GHz is about 11.7 dBi at 85 %
radiation efficiency and corresponds well to the measured radiation pattern. A responsivity of 40 V/W and a
noise-equivalent power of 40pW/√Hz have been measured.
Ključne besede: bolometri, antene za milimetrske valove, detektorji milimetrskih valov
Povzetek: V članku je predstavljen nehlajen sistem antena-mikrobolometer, delujoč na sobni temperaturi. Deluje
v območju mm valov (300GHz). Antena in bolometer sta izdelana iz Titana (Ti). Sistem sestavljaj o : bolometer,
vzporedni dipol na tanki nitridni membrani, dva prilagoditvena člena za prilagoditev impedanc bolometra in
antene ter nizko-pasovni filter. Priključne blazinice omogočajo dovod delovnega toka in odvzem signala.
odčitavanje pip na silicij podlago. Smernost antene po simulacijah na 300 GHz je približno 11,7 dBiin se dobro
ujema z izmerjeno smernostjo. Izmerjena odzivnost je40V/W in ekvivalentna šumna moč pa 40pW / √ Hz.
NAČRTOVANJE OPTIČNIH FILTROV ZA MERJENJE FLUORESCENCE BIOLOŠKIH TELES S
POMOČJO TANKOPLASTNIH AMORFNO-SILICIJEVIH FOTODIOD
B. Lipovšek, J. Krč, M. Topič
Univerza v Ljubljani, Fakulteta za Elektrotehniko,
Tržaška 25, 1000 Ljubljana, Slovenija
A. Jóskowiak1,2, D. M. F. Prazeres2,3, V. Chu1, J. P. Conde1,3
1
INESC Microsistemas e Nanotecnologias and IN- Institute of Nanoscience and Nanotechnology, Rua Alves Redol
9, 1000-029 Lisbon, Portugal
2
Institute for Biotechnology and Bioengineering (IBB), Centre for Biological and Chemical Engineering, Instituto
Superior Técnico, Lisbon, Portugal
3
Department of Chemical and Biological Engineering, Instituto Superior
Técnico, 1000-029 Lisbon, Portugal
Merjenje fluorescenčnega pojava predstavlja eno izmed pomembnejših metod za določevanje množine bioloških
teles v raztopinah. Dodatno težo ji daje pospešena miniaturizacija in razvoj mikrosenzorskih polj na osnovi
amorfno-silicijevih fotodiod, ki omogočajo hitro in ceneno analizo vzorcev. Učinkoviti pasovno-prepustni optični
filtri pri tem igrajo ključno vlogo, saj preprečujejo, da bi poleg emitirane fluorescenčne svetlobe, ki jo želimo meriti,
do detektorja prišla tudi vzbujevalna svetloba, ki v tem primeru predstavlja motilni signal.
V tem prispevku analiziramo dva koncepta optičnih filtrov, primernih za uporabo v mikrosenzorskih poljih za
merjenje fluorescence s pomočjo amorfno-silicijevih fotodiod. Prvi koncept predstavljajo absorpcijski filtri iz
hidrogeniranega amorfno-silicijevega karbida (a-SiC:H), naneseni s pomočjo plazemsko pospešene kemične parne
depozicije (PECVD). Tovrstni filtri omogočajo absorpcijo nizkih valovnih dolžin (vzbujevalna svetloba) in tako
izkazujejo visoko-pasovno prepustnostno karakteristiko za emitirano fluorescenčno svetlobo. S spreminjanjem
koncentracije ogljika med depozicijo je mogoče vplivati na energijsko režo a-SiC:H plasti, s tem pa tudi na položaj
prevoja njene prepustnostne karakteristike. Drug, naprednejši koncept pa predstavljajo interferenčni filtri, sestavljeni
iz zaporedja tankih plasti dveh izmenjujočih se materialov z različnima lomnima količnikoma. Z ustreznimi
debelinami posameznih plasti lahko na podlagi destruktivnega interferenčnega pojava dosežemo učinkovito dušenje
neželene vzbujevalne svetlobe in dobro prepustnost emitirane svetlobe. V prispevku predstavimo načrtovanje
tovrstnih filtrov s pomočjo optičnih simulacij. V primerjavi z absorpcijskimi filtri lahko z interferenčnimi filtri
dosežemo mnogo večje razmerje med prepuščeno emitirano in vzbujevalno svetlobo; tudi za več kot 6 velikostnih
razredov.
Reševanje problematike elektromagnetne združljivosti senzorja električnega toka s programskim
orodjem ANSYS
Tomaž Peterman
Iskraemeco d.d., Savska loka 4, 4000 Kranj
Odpravljanje oz. minimiziranje zunanjih elektromagnetih vplivov na določeno napravo je lahko zamudno opravilo.
Če želimo ta postopek pospešiti, je uporaba računalniških orodij pri tem nepogrešljiva. Primer računalniškega
orodja, ki s pomočjo metode končnih diferenc (FEM-finite element method) izračunava vrednosti želenih fizikalnih
količin, je ANSYS.
Merilni del števca električne energije, ki ga bomo obravnavali v našem delu, zaznava električni tok preko pojava
magnetne indukcije. Za detekcijo magnetnega polja uporabljamo tuljavice. Senzorski del je zaščiten pred zunanjim
magnetnim poljem z oklopom, katerega oblika je pogojena z raznimi dejavniki, zato njegova oblika ni optimalna.
V delu bomo s pomočjo programskega orodja ANSYS simulirali vpliv zunanje nehomogene EM motnje na
pogrešek takšnega števca električne energije. Z prvem delu simulacije bomo določili velikost osnovnega merjenega
magnetnega polja, ki ga povzroča merjeni električni tok in v drugem delu velikost motilnega polja. Simulirali bomo,
kako sprememba oblike in materiala oklopa vpliva na velikost motilnega polja na mestu tokovnih senzorjev.
Pokazali bomo tudi odvisnost velikosti pogreška števca od položaja motnje. Rezultate simulacij bomo primerjali z
meritvami.
Versatile Sensor Node: A Platform for Connecting Sensors with the Internet
Miha Smolnikar1, Uros Platiše2, Mihael Mohorčič1
1
Institut »Jožef Stefan«, Dept. of Communication Systems, Jamova 39, Ljubljana
2
ISOTEL d.o.o., Tržaška 27a, Logatec
A vast variety of sensors and actuators are used around us, either for deliberate monitoring or as a support in
particular control processes. By interconnecting sensors and actuators, sensor networks are playing an integral role
in observing, analyzing and acting on complex events, essentially allowing anytime and anywhere access to
information about the physical world. Moreover, sensor networks are rapidly converging with the Internet under the
concept of the Internet of Things (IoT), where web data is combined with real-time measurements.
This paper presents a Versatile Sensor Node (VSN), which is a platform with high processing capabilities, long-term
autonomy and flexible radio. Broad support for various types of sensors and actuators and the modular approach
allow its adaptation to diverse application requirements. In this respect the platform consists of the core module –
VSC and a set of special feature modules (radio module – VSR, expansion modules – VSE, power module – VSP)
that are used as/if needed. The core module is based on a high performance ARM Cortex-M3 microcontroller and
can be powered by batteries, solar panel or external power supply. Various digital and analog peripherals allow
hosting of different sets of sensors and/or actuators. VSN supports sensors for temperature, humidity, luminance,
color, reflectance, pressure, presence, image (camera), location (GPS), sound, acceleration, gasses, motion, range,
and actuators such as motor, relay, servo, alarm, etc. Wireless interface spans over several industrial, scientific and
medical (ISM) frequency bands between 350 MHz and 2.4 GHz. As a sensor node it supports wireless sensor
networks technologies such as ZigBee and 6LoWPAN, or even proprietary solutions such as Isotropic Sensor
Network Protocol. Furthermore, it can also be used as a fixed or mobile gateway between existing communication
networks based on Ethernet, GSM/GPRS, Wi-Fi, Bluetooth and HSPA. Depending on the needs of application the
platform can run Contiki OS and host a Java Virtual Machine or embedded web server.
By supporting semantic technologies and intelligent machine learning algorithms, the platform offers on the fly
adaptation to changing application requirements and environment conditions, all in the support of service oriented
sensor network concept.
Condition monitoring of rotational machines by means of virtual sensors
Pavle Boškoski, Janko Petrovčič, Đani Juričić, Bojan Musizza
Institut »Jožef Stefan«, Jamova 39, Ljubljana
The detection of mechanical faults in rotational machinesfrom vibration patterns can be a difficult task especially
when records from just short operating periods are available. In this paper we focus on the case of end–quality
assessment in the manufacturing of electronically commuatetd electrical motors by means of virtual sensors. Virtual
sensors are needed because direct measurements and detection of faults is not possible without destructing the
machine.
The problem of revealing tiny changes in the vibration patterns, was investigated with several approaches i.e.
cyclostationary analysis, spectral kurtosis and envelope analysis. The adopted methods were evaluated on a set of
test motors. Based on these results a prototype system is designed and experimentally tested on the production line
in Domel.
Nadzor delovanja fizičnih senzorjev z virtualnimi senzorji
Đani Juričič in Juš Kocijan
Odsek za sisteme in vodenje
Institut »Jožef Stefan«, Jamova 39, Ljubljana
Tako kot vsaka naprava so tudi senzorji podložni napakam in, v skrajnem primeru, okvaram. Zato je potrebno
sleherno napako v delovanju senzorja odkriti čim prej, po možnosti, ko je ta še majhna in na ta način preprečiti
motnje v delovanju procesa, upad kakovosti izdelkov ter omogočiti pravočasni vzdrževalski poseg. Klasični princip
nadzora delovanja senzorjev temelji na sprotni primerjavi vrednosti signalov z vrednostmi praga in proženju
alarmov, če signali prekoračijo prag. Ta način je primeren kvečjemu za velike napake in okvare, nikakor pa za
odkrivanje manjših, a še vedno nevarnih, napak kot sta pristranskost in lezenje.
V prispevku predstavljamo pristop k sprotnem nadzorovanju delovanja senzorjev z uporabo dodatnih virtualnih
senzorjev. Za razliko od fizičnih senzorjev so virtualni senzorji zgolj računalniški algoritmi,ki na podlagi meritev
dostopnih iz fizičnih senzorjev v procesu in matematičnega modela procesa lahko ocenijo vrednost neke fizične
spremenljivke, ki ni nujno neposredno merljiva.
Namen prispevka je predstaviti pristop k sintezi virtualnih senzorjev z modeli na podlagi Gaussovih procesov in
razpoložljivimi podatki iz procesa. Problem, do katerega pogosto pride v industrijskih aplikacijah je, da se modelu
dobljenemu pri enih podatkih lahko pri drugih podatkih oziroma drugih obratovalnih pogojih, poslabša sposobnost
napovedovanja. Poglavitna novost prispevka je ravno indeks, ki sproti ocenjuje verodostojnost modela in tako
bistveno prispeva k kakovosti sprotnega nadzora delovanja senzorja in k bolj zanesljivem odkrivanju napak na
senzorjih. Delovanje predlaganega koncepta nadzora bomo ilustrirali na primeru obratovanja kemijskega procesa.
Sensors in the automotive exhaust – technology, status and future trends
(Vabljeno predavanje – Invited speech)
Ralf Moos
University of Bayreuth, Department of Functional Materials, 95440 Bayreuth, Germany
Steadily increasing emission standards for both passenger cars and heavy duty vehicles combined with the need for
fuel efficiency lead to novel powertrain concepts like the leanly operated gasoline direct injection engine, or to novel
exhaust gas aftertreatment concepts like NOx storage catalysts, ammonia SCR NOx reduction (selective catalytic
reduction), or even to a combination of both. Also, soot filters have been serialized.
In order to control the novel powertrain and/or exhaust gas aftertreatment systems and to monitor on-board the
proper operation of these systems (on-board diagnosis, OBD), novel exhaust gas sensors are required or would at
least be very helpful.
This presentation gives an overview on the technology and the status of sensors for automotive exhaust gas
aftertreatment systems and it reviews the latest published results on ammonia sensors and on soot sensors.
Additionally, very novel concepts to detect directly the status of automotive exhaust gas catalysts are discussed.
It will be also shown how development of exhaust gas sensors has always to be considered in interaction with
exhaust gas aftertreatment systems. Hence, novel kinds of sensors have gained in importance just recently, when
stricter emission regulations were announced, meaning that time is ripe for novel exhaust gas aftertreatment
concepts. However, it is clear that all novel sensors do not only have to meet the technical requirements of the
automotive industry but also have to be very inexpensive, reliable, and cost-effective.
Inertial MEMS sensors
(Vabljeno predavanje – Invited speech)
Volker Kempe
Lieboch, Austria
Inertial Microelectromechanical sensors have left behind more than two decades of intense research, development
and commercialization. Sometimes unperceived they went out of the shadow of military and space related utilities
and entered the daily life hidden in products surrounding us. Cars with airbag release sensors and electronic stability
control have become a matter of course. Activity monitoring of pacemaker patients or stabilization of different
platforms such as transport robots or cameras are now improving live quality. Creation of easy-to-use humanmachine interfaces help many people to conquer complicated equipment around us, not only computer games and
portable electronics. The penetration of inertial MEMS - often merged with other sensor systems - into new
application areas is a trend still gaining momentum.
The presentation gives an overview on the basic principles of inertial MEMS. It highlights the main barriers in
building high-precision and reliable devices.
Different physical principles are presented with emphasis on MEMS-friendly constructions. The way towards multicomponent inertial MEMS is sketched, and selected industrial solutions are presented.
Debeloplastni senzorski elementi realizirani v LTCC strukturah
Marko Hrovata,d, Darko Belavičb,d, Marina Santo-Zarnikb,d, Mitja Jerlahc,d, Janez Holca,d, Jena Cilenšeka,d,
Silvo Drnovšeka,d, Marija Koseca,d
a
Institut “Jožef Stefan”, Jamova 39, SI-1000 Ljubljana
b
HIPOT-RR, d.o.o., Šentpeter 18, SI-8222 Otočec
c
HYB, d.o.o., Levičnikova 34, SI-8310 Šentjernej
d
Center odličnosti NAMASTE, Jamova 39, SI-1000 Ljubljana, Slovenija
LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics - keramika z nizko temperaturo žganja) tehnologija je zelo
primerna za izdelavo keramičnih modulov – tako večplastnih elektronskih vezij kot struktur z membranami,
konzolami, mostički, pokopanimi kanali in votlinami. Tipičen primer takega keramičnega mikrosistema so mikro
elektro mehanski sistemi (MEMS – Micro Electro Mechanical Systems).
LTCC material se sintra do visoke gostote pri razmeroma nizkih temperaturah, okrog 850°C. Da se material
lahko zgosti pri teh nizkih temperaturah, je sestavljen iz nizko taljivega kristalizirajočega stekla in keramičnega
polnila, večinoma Al2O3. Pred žganjem je LTCC material (zmes steklenih in keramičnih delcev ter polimernega
materiala) izdelan v mehkih in fleksibilnih folijah debelin od nekaj 10 m do nekaj 100 m.. Na posamezne folije se
z metodo sitotiska lahko izdelajo različne debeloplastne strukture. Z laminacijo (pri temperaturah okrog 70°C in
tlakih nekaj 100 bar) večjega števila tako pripravljenih folij lahko izdelamo 2D ali 3D LTCC strukture. Nato se
laminirane strukture toplotno obdelajo – žgejo – pri višjih temperaturah. Med žganjem polimerni material izgori,
steklo pa se zasintra v gosto in neporozno strukturo.
Za različne MEMS aplikacije, realizirane v LTCC tehnologiji, je potrebna tudi integracija senzorjev
temperature. Kot senzorski elementi za temperaturne senzorje se uporabljajo debeloplastni upori z visokimi
pozitivnimi (PTC) ali negativnimi (NTC) odvisnostmi upornosti od temperature. Večina teh debeloplastnih
materialov je prilagojena za žganje na razmeroma nereaktivnih oz. inertnih Al 2O3 podlagah. Če izdelamo senzorske
elemente na LTCC podlagah, materiali reagirajo s steklasto fazo v podlagah, kar spremeni (in v glavnem poslabša)
njihove električne karakteristike. V prispevku bomo poročali o preiskavah debeloplastnih temperaturnih senzorskih
elementov, realiziranih na LTCC strukturah. Podali bomo njihove karakteristike in ocenili uporabnost za senzorske
aplikacije.
Naprava za vadbo roke na osnovi mehanskega člena z magnetoreološko tekočino
Roman Kamnik, Jernej Perdan, Tadej Bajd, Marko Munih
Laboratorij za Robotiko in biomedicinsko tehniko
Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, Tržaška 25, 1000 Ljubljana, Slovenija
Vadba z gibanjem proti uporu je uveljavljena v rehabilitaciji in športu. Prispevek predstavlja sistem za krepitev
senzomotoričnih sposobnosti gornjih ekstremitet, ki je razvit na osnovi člena za zagotavljanje upora s pomočjo
magnetoreološke tekočine. Sistem je namenjen vadbi fleksorjev in ekstenzorjev prstov z izvanjanjem naloge
sledenja pozicije. Naprava je zgrajena kot prilagodljiva mehanska konstrukcija na katero sta nameščena opora za
podlaht ter člen za zagotavljanje upora z vpetjem za prste in senzorjem sile. Med vadbo je upor gibanju zagotovljen
glede na povratno informaciji o sili s pomočjo rotacijskega aktuatorja, ki vsebuje magnetoreološko tekočino.
Magnetoreološka tekočina (ang. magnetoreological (MR ) fluid) je tekočina, ki ima spremenljive reološke lastnosti
glede na vpliv magnetnega polja. MR tekočino tvori osnovna nemagnetna tekočina v kateri se nahajajo mikronsko
veliki delci, ki se pod vplivom polja polarizirajo. V odsodnosti magnetnega polja se ti delci prosto gibljejo, ko pa je
tekočina izpostavljena magnetnemu polju, se delci začno povezovati v verižne strukture. Verižne strukture
spreminjajo viskozne karakteristike pretoka, hkrati pa je zaradi njih od magnetnega polja odvisna tudi meja tečenja
(ang. yield stress). S pomočjo mehanskega člena, v katerem se nahajajo rotor v obliki diska, MR tekočina in
električna tuljava, je mogoče na osi ustvariti moment upora, ki je voden z električnim signalom. S pomočjo
zaprtozančnega vodenja glede na informacijo o navoru in pomiku pa je lahko tovrstni MR člen uporabljen za
zagotavljanje vadbe v izotoničnih ali izokinetičnih pogojih.
Rezultati vadbe s pomočjo razvite naprave in MR člena kažejo, da je pri zagotavljanju pasivnega upora MR člen
možno uporabiti kot enakovredno zamenjavo električnim, hidravličnim ali pnevmatskim aktuatorjem. Prednosti
uporabe so varnost, majhne dimenzije in teža ter velika energijska učinkovitost. Kompleksnejše je vodenje, saj je
MR člen aktuator z nelinerano karakteristiko.
Senzor električnega obloka v ločilnem stikalu za fotovoltaične instalacije
Mitja Koprivšek, Brane Lebar
ETI Elektroelement d.d., Obrezija 5, Izlake
Prispevek v prvem delu opisuje problem pojava serijskega in paralelnega obloka v foto voltaičnih (PV)
elektroenergetskih sistemih. Problem pojava obloka je še posebno pereč zaradi dveh tehničnih dejstev, in sicer
zaradi relativno visoke enosmerne napetosti, ki je sorazmerna s stopnjo osončenja PV modulov, ter zaradi
značilnosti PV modulov katerih električni tok je konstanten ne glede na stopnjo osončenosti. To dvoje dejstev
bistveno povečuje možnost pojava obloka v PV sistemih.
Drugi del prispevka je namenjen analizi obločnega pojava pri čemer v nadaljevanju nakaže na možne rešitve
problema v smislu prikaza principa zgradbe in delovanja senzorja obloka. Posebej je poudarjeno, da opisani senzor
obloka za svoje delovanje ne potrebuje napajalne napetosti, za razliko od do sedaj znanih senzorjev obloka, ki so
elektronske izvedbe in torej potrebujejo napajalno napetost.
Mikrodozirni sistem za metanol –vodik mikroprocesor goriva
B. Pečar, M. Možek, D. Resnik, D. Vrtačnik, U. Aljančič, S. Penič and S. Amon
Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko
Tržaška 25, SI-1000 Ljubljana, Slovenija
V članku predstavljamo energetsko učinkovit mikrodozirni sistem, namenjen doziranju goriva v mikroprocesor za
pretvorbo metanola v vodik. Slednji se kot gorivo uporablja v gorivnih celicah. Poudarek je na na črtovanju,
izdelavi in testiranju prototipa predlagane MPC metode v makro izvedbi. Sledi testiranje in karakterizacija.
Izkaže se, da je časovna stabilnost mikročrpalke ključnega pomena za stabilno delovanje celotnega dozirnega
MPC sistema. Pristop se je izkazal kot energetsko učinkovit. Za doziranje vode s pretokom 1ml/min skozi merilni
ventil pri 0,0025 nastavitvi Cv faktorja smo potrebovali le 8,7mW električne moči.
Miniaturne hidravlične merilne celice za kompakten kuhinjski aparat
Roman Pačnik1, Darko Belavič2, Marko Hrovat3, Marija Kosec3, Franc Novak3
1
BSH hišni aparati d.o.o., Nazarje, Slovenija
2
HIPOT-RR, d.o.o., Otočec, Slovenija
3
Istitut »Jožef Stefan«, Jamova 39, Ljubljana, Slovenija
V današnjem času so najbolj razširjene merilne celice, ki izkoriščajo princip merjenje mehanskih deformacij v
elastičnem kovinskem nosilcu. V specifičnih okoljih se uporabljajo elektromagnetne kompenzacijske merilne celice
kot tudi princip pretvorbe sile v tlak tekočine – hidravlična merilna celica.
Ideja o integraciji funkcije tehtanja v male gospodinjske aparate je prisotna že dalj časa. Z primerno vgradnjo
merilnih celic lahko realiziramo funkcijo tehtanja kot tudi napredne funkcije nadzora gospodinjskega aparata med
delovanjem. Merilna celica, ki je srce vsake tehtnice, je precizen merilni pretvornik in hkrati tudi njen najbolj
občutljiv element. Na kratko bomo predstavili aktualno stanje na tem področju, specifične zahteve za neavtomatske
tehtnice za osebno uporabo in vzroke najpogostejših napak. Podali bomo primerjavo štirih alternativnih izvedb,
nizko-cenovnih merilnih celic. Podrobneje pa bomo predstavili poenostavljeno izvedbo miniaturne hidravlične
merilne celice za merjenje majhnih mas. Uporabljene so standardne komponente, enostavni postopki sestave in
uporabljene tehnologije, ki ne obremenjujejo okolja. Tako izvedena hidravlična merilna celica ni večja od trenutno
uporabljenih gumijastih nogic vgrajenih v dno aparata. Realizirani vzorci hidravličnih merilnih celic izkazujejo
dobre rezultate glede občutljivost, majhno napako nelinearnosti kot tudi histereze. Vpliv temperature predstavlja
napako do 7,5 %, kar pa pričakujemo, da bomo lahko zmanjšali z uporabo tekočine z manjšim volumskim
koeficientom temperaturnega raztezka. Prav tako je mogoče, do določene mere, vpliv temperature programsko
kompenzirati.
Sensor Instrumentation Bus for interconnection of Power and Energy Control modules
Uros Platiše1, Mihael Mohorcic2
1
2
ISOTEL d.o.o., Tržaška 27a, Logatec
Istitut »Jožef Stefan«, Jamova 39, Ljubljana, Slovenija
World trends of power consumption are continuously increasing, causing high or even excessive power demands in
distribution grids as well as in energy generation. Thus, power and energy management in buildings, be in
households, offices or in industry, is becoming increasingly important for cost as well as for carbon footprint
reduction. However, in addition to power and energy management algorithms, high availability and redundancy
remain key system requirements along with their scalability and upgradeability. This is calling for a modular
approach in power and energy management systems with simple, light-weight yet reliable communication between
modules.
In this paper we present a low cost instrumentation bus, termed Sensor Instrumentation Bus (SIB), suitable for
modular system architectures, considering sensors and actuators as distributed modular units. In order to prove the
concept we implemented the proposed instrumentation bus for interconnection of Power and Energy Control (PEC)
modules, designed to limit and reduce maximum power demand requirements within households and industry, and
to provide energy saving functions. Besides a low-cost microcontroller for running the SIB protocol stack such PEC
module consists of isolated current sensor and a switch power interface. PECs follow modular approach and contain
distributed protocol stack with the aim to offer general connectivity, high-availability, redundancy, scalability,
future upgradeability and installation simplicity. Drawing analogy with sensor and actuator networks the proposed
instrumentation bus also guarantees very low protocol overhead and thus maximizes the throughput of the bus.
While in this paper demonstrated on PEC modules, the proposed SIB specification can be used for general purpose
instrumentation, such as I/O units, power supplies, current and voltage meters, etc. On the other hand, PEC modules
can also be integrated in a telemetry and telecontrol system for efficient and reliable remote management of an
electric power distribution system.
Sprotna detekcija zvočnih valov v zraku med lasersko ablacijo bioloških tkiv
T Perhavec1,2, M Marinček2,3, J Diaci1
1
Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo, Aškerčeva 6, p.p. 394, 1000 LJUBLJANA
2
Fotona d.d., Stegne 7, 1210 LJUBLJANA
3
Inštitut "Jožef Štefan", Jamova 39, 1000 LJUBLJANA
Prispevek obravnava razvoj novih metod za karakterizacijo in nadzor odstranjevanja bioloških tkiv z laserjem
Er:YAG, ki se vse bolj uveljavlja pri stomatoloških posegih. Eden od ključnih problemov pri laserskem
odstranjevanju tkiv je nadzor gabaritov (predvsem globine) nastale izvrtine, kajti pri posegu ne sme priti do poškodb
okoliškega živega tkiva. Temeljna hipoteza predstavljene raziskave je, da je mogoče realizirati sprotni nadzor
procesov laserskega odstranjevanja tkiv na osnovi detekcije zvočnih in udarnih valov, ki nastanejo med procesom v
zraku nad obsevanim tkivom. Področje raziskav, ki obravnava te in sorodne pojave imenujemo optodinamika.
Prispevek opisuje razvoj eksperimentalnega sistema, ki omogoča sprotno optodinamsko (OD) detekcijo med »invitro« eksperimentalnim odstranjevanjem trdih zobnih in kostnih tkiv. Predstavljeni so rezultati eksperimentov, s
katerimi so preverjeni fizikalni temelji izvedljivosti ideje sprotnega nadzora procesa na osnovi OD detekcije.
Postavljena so tudi ključna izhodišča za tehnično realizacijo prvega takega nadzornega sistema v svetovnem merilu.
Kompenzacija in obdelava signalov kapacitivnih senzorjev tlaka
Matej Možek, Danilo Vrtačnik, Drago Resnik, Borut Pečar, Slavko Amon
Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko
Tržaška 25, SI-1000 Ljubljana, Slovenija
V prispevku je predstavljene aplikacija metod digitalnih temperaturnih kompenzacij s področja piezorezistivnih
senzorjev tlaka na področje kapacitivnih senzorjev tlaka. Analizirane so možnosti kompenzacije senzorskih
parametrov kot sta nelinearnost in temperaturna občutljivost. Opisani so različni pristopi k digitalnemu opisu
senzorske karakteristike, dvodimenzionalna polinomska aproksimacija in Chisholmovi aproksimanti. Rezultati
kompenziranega senzorskega odziva so primerjani z referenčnimi meritvami tlaka. Na osnovi izmerjenih rezultatov
je predlagana najbolj učinkovita metoda digitalne temperaturne kompenzacije kapacitivnih senzorjev tlaka.
Sensor and actuator concepts based on thin-film piezoelectric microsystems
(Vabljeno predavanje – Invited speech)
Henrik Ræder
SINTEF Materials and Chemistry
P.O.Box 124 Blindern - NO-0314 Oslo, Norway
MEMS (Micro-Electro Mechanical Systems) with a piezoelectric thin film as active element (piezoMEMS) can
fulfil many of the requirements of sensors and actuators in tomorrow’s smart systems. Compared to pure silicon
MEMS, large displacements, high sensing functionality and high energy densities can be obtained. This presentation
will give an introduction to SINTEF’s competence centre for piezoMEMS and some of the current developments.
The competence centre acts as a meeting point for interested parties and cover the whole production process for
piezoelectric microsystems. Enterprises can be providers of piezoMEMS device concepts. It is natural that there is a
barrier for considering piezoMEMS technology since the technology is quite new and there are no open facilities for
volume production. The aim is to lower this barrier by offering assistance in areas specific to piezoMEMS such as
design, modelling, PZT deposition and small scale prototyping.
The presentation will discuss the opportunities and possibilities of sensor and actuator development in European
collaborative research. Europe’s research groups and companies within this area are small, scattered and specialized.
The research programmes of EU are increasingly becoming directed towards the “grand challenges”, requiring large
and multidisciplinary approaches. How can the sensors and actuators community best promote their services and
obtain their rightful position in such a research environment?
Optični kemijski senzorji in njihova uporaba
Aleksandra Lobnik, Špela Korent Urek, Nina Frančič
Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo
Smetanova 17, 2000 Maribor, Slovenija
Na področju analizne in klinične kemije predstavljajo optični kemijski senzorji pomembno področje že vrsto let.
Klasični analizni postopki se običajno izvajajo z uporabo sofisticiranih metod, ki so nepraktične z vidika, da je
potrebno preiskovani vzorec transportirati v laboratorij. Poleg tega so analize drage in zahtevajo za njihovo
rokovanje izkušenega strokovnjaka. V nasprotju s tem, omogočajo optični kemijski senzorji izvedbo meritev na licu
mesta in kontinuirano. V idealnem primeru je senzor samo vstavljen direktno v vzorec in rezultat se pokaže že v
nekaj sekundah. Čeprav predstavljajo senzorji, ki temeljijo na meritvah emisije svetlobe vzorcev prednosti predvsem
kar se tiče občutljivosti in nizke detekcijske meje, pa kažejo senzorji, ki temeljijo na merjenju absorpcije svetlobe,
prednost predvsem v tem, da lahko že vizualno odčitamo spremembo reakcije zaradi prisotnosti analita. Te metode
so lahko tudi ireverzibilne narave (indikatorski lističi), ampak ne zahtevajo uporabe detekcijskega sistema, tako kot
optični kemijski senzorji, ki temeljijo na merjenju emisije svetlobe, pri čemer je že potrebna dodatna oprema (kot
npr. svetlobni izvor, detektor), vendar lahko dosegamo bistveno nižje meje detekcije analita.
Fabry-Perotovi optični vlakenski senzorji in njihova uporaba
(Vabljeno predavanje – Invited speech)
Denis Đonlagić
Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko
Smetanova 17, 2000 Maribor, Slovenija
Optični vlakenski senzorji so se v zadnjem desetletju uspešen uveljavili v mnogih veja industrije, bio-medicine,
okolje-varstva, energetike, itd. Uspešen prehod iz faze znanstvenih konceptov v praktične industrijske izdelek
izdelke gre pripisati tako splošnemu in izjemnemu napredku na področju fotonskih tehnologij, kakor tudi posebnim
lastnostim vlakenskih senzorjev, ki jih ne srečamo npr pri klasičnih električnih senzorjih. Med te lastnosti sodijo na
primer popolna dielektrična zgradba, imunost na elektro-magneten motnje, kemijska inertnost, širok temperaturni
razpon, majhne dimenzije in masa, zmožnost za doseganje visoke občutljivosti, zmožnost porazdeljenega
zaznavanja, itd.
Posebej zanimiva in komercialno uspešna skupina optičnih senzorjev so Fabry-Perotovi interferometri. Optični
vlakenski Fabry-Perotovi interferometri omogočajo merjenje različnih parametrov kot so na primer raztezek, tlak,
temperatura, lomni količnik ter mnogi drugi parametri, ki jih je mogoče izraziti ali povezati z prej naštetimi.
Uspešnost Fabry-Perotovih senzorjev izvira iz množice možnosti za njihovo realizacijo ter sorazmerno velikega
nabora postopkov s katerimi jih je mogoče demodulirati. Prav demodulacijski postopki so ključ do komercialne
uspešnosti, saj je kvalitetno in robustno opto-elektronsko signalno procesiranje v mnogih primerih zavoljo svoje
kompleksnosti drago in zato ovira za smotrno uvajanje in uporabo optičnih senzorjev v mnogih praktičnih
aplikacijah.
V predstavitvi bo podan pregled in stanje tehnologije na področju Fabry-Perotvih senzorjev ter pripadajočih
signalnih procesorjev. Prikazane bodo osnove delovanja, osnovne izvedbe senzorjev, lastnosti ter osnovne
razpoložljive tehnike za njihov demodulacijo. V nadaljevanju bodo prikazane nekatere praktične aplikacije in delo
na tem področju v Sloveniji.
Brezžično spremljanja vitalnih funkcij pacienta
Marko Pavlin
HYB d.o.o., Levičnikova 34, 8310 Šentjernej
Spremljanje vitalnih funkcij pacienta pomeni ključni element vsake klinične obravnave. Razvoj in raziskave na
področju monitoringa vitalnih funkcij so privedli do vedno novih izboljšav tehnologije, uvajanja novih metod in
postopkov in z leti lahko govorimo o zrelosti tehnologije spremljanja osnovnih vitalnih funkcij pacienta. Sodoben
razvoj medicinskih monitorjev gre vse bolj v smeri posebnih metod diagnostike, ki s pomočjo uveljavljenih
senzorjev in ostale diagnostične opreme omogočajo izvajanje manj invazivnih, hitrejših diagnostičnih postopkov,
ki so prijaznejši do pacienta.
Poleg opisanega se v zadnjem času pojavlja potreba po zmanjšanju števila kabelskih povezav, s katerimi so
senzorji na pacientu ali v njegovi bližini povezani z merilnimi instrumenti. Nadomešč anje kablov z brezžičnimi
povezavami pomeni manj manipulacije, hitrejše postopke, manj možnosti napak, kar na koncu pomeni večje
udobje za pacienta, manjše stroške za delo, enostavnejšo uporabo, nove učinkovitejše metode dela in ne nazadnje
večji učinek na pacienta, ki je eden od merljivih parametrov pri določanju uporabne vrednosti novih tehnologij.
Večina trenutno znanih rešitev spremljanja pacienta zahteva ožičenje med senzorji, ki so v stiku s pacientom ter
napravami za merjenje, prikaz in beleženje teh senzorskih signalov. Da nadomestimo nek kabel med pacientom in
medicinskim monitorjem imamo dve možnosti. Lahko razvijemo povsem nov monitor, ki se bo lahko s pomočjo
ene od brezžičnih tehnologij znal povezati direktno z našim senzorjem. V tem primeru se soočamo z velikimi
ovirami, ne samo na tehnološkem področju, ki ga predstavlja razvoj povsem novega monitorja, temveč tudi z
marketinško-logističnimi težavami, saj moramo izpodriniti obstoječo, večinoma relativno drago infrastrukturo v
medicinskih ustanovah. Druga, veliko elegantnejša možnost je izdelava brezžičnega vmesnika, ki nadomesti
obstoječe kabelske povezave in je kompatibilen z obstoječo infrastrukturo. Pri tem smo soočeni zgolj s
»konkurenco« obstoječih kabelskih povezav, vendar se pričakuje dovolj velika motivacija ukinjanja kablov, ki
upraviči nov pristop.
Sistem na osnovi brezžične tehnologije za povezavo tipal pri spremljanju vitalnih funkcij pacienta z instrumenti za
nadzor (medicinskimi monitorji, ki v celoti nadomestiti obstoječe povezovalne kable poleg tega omogoča
nadgradnjo obstoječih povezav in sistema dela, npr. neprekinjen nadzor pacienta tudi med prevozom ali
premeščanjem. To z uporabo obstoječih kabelskih povezav ni možno zaradi prekinitve ob izklopu kabla. Brezžična
tehnologija tudi omogoča prikaz stanja pacienta na več monitorjih hkrati, kar predstavlja dodatno varnost in
prednost pred obstoječimi kabelskimi rešitvami, ki bistveno pripomorejo k večji varnosti in pravilnosti obravnave
pacienta.