Автогенераторні сенсори на базі RLC-негатронів

Abstract

У багатьох сферах сучасної діяльності людини широке застосування знаходять різні сенсори, які стають основними елементами, що визначають технічні та економічні характеристики інформаційних систем та систем керування. Тому дослідження сенсорів та покращення їх технічних параметрів є акту-альною задачею. Покращити технічні параметри сенсорів можна, використовуючи досягнення сучасного напрямку електроніки — негатроніки. Так, використання RLC-негатронів дає можливість підвищити чутливість та завадозахищеність сенсорів з одночаснимспрощенням їх схемотехнічної реалізації.Розроблено математичні моделі автогенераторних сенсорів на RLC-негатронах. Визначено ос-новні параметри RLC-сенсорів , зокрема резонансну частоту, абсолютну та відносну чутливості,а також визначенінеобхідні умови для збудження автоколивань. Отрим ані аналітичні вирази показали, що значення абсолютної чутливості залежить від значення резонансної частоти, проте як відносна чутливість є частотонезалежною та безрозмірною величиною. Визначено коефіцієнти, якіпоказ у-ють, що включення від’ємної ємності та індуктивності приводить до підвищення чутливостіавт о-генераторних сенсорів. Запропоновані схемиавтогенераторних сенсорів дозволяють збільшити від-носну чутливість сенсорів та покращити точність вимірювання.Для перевірки адекватності отриманих теоретичних положень проведено схемотехнічне моде-лювання запропонованих схем частотних автогенераторних сенсорів. Результати досліджень пок а-зали, що ці схеми дозволяють збільшити відносну чутливість сенсорів до 10 разів.Запропоновано схеми генераторних датчиків температури на статичному та динамічному не-гатронах. Перевагами схем є схемотехнічна простота, висока надійність, малі габарити та вага, мале значення споживаної потужності. Проведене комп’ютерне моделювання показало підвищення чутливості сенсорів в діапазоні температур від –40 °С до 50 °С.

Во многих сферах современной деятельности человека широкое применение находят разные сенсоры, кото-рые становятся основными элементами, определяющими технические и экономические характеристики ин-формационных систем и систем управления. Поэтому, исследования сенсоров и улучшение их технических па-раметров является актуальной задачей. Улучшить технические параметры сенсоров можно, используя дости-жения современного направления электроники — негатроники. Так, использование RLC-негатронов позволяет повысить чувствительность и помехозащищенность сенсоров при одновременном упрощении их схемотехни-ческой реализации. Разработаны математические модели автогенераторных сенсоров на RLC-негатронах. Определены основ-ные параметры RLC-сенсоров, в частности резонансная частота, абсолютная и относительная чувствитель-ности, а также определены необходимые условия для возбуждения автоколебаний. Полученные аналитические выражения показали, что значение абсолютной чувствительности зависит от значения резонансной частоты, однако относительная чувствительность является частотнонезависимой и безразмерной величиной. Опреде-лены коэффициенты, показывающие, что включение отрицательной емкости и индуктивности приводит к повышению чувствительности автогенераторных сенсоров. Предложенные схемы автогенераторных сенсоров позволяют увеличить относительную чувствительность сенсоров и улучшить точность измерения.Для проверки адекватности полученных теоретических положений было проведено схемотехническое моде-лирование предложенных схем частотных автогенераторных сенсоров. Полученные результаты показали, что данные схемы позволяют увеличить относительную чувствительность сенсоров до 10 раз.Предложены схемыгенераторных датчиков температуры на статическом и динамическом негатронах. Преимуществами схем являются схемотехническая простота, высокая надежность, малые габариты и вес, малое значение потребляемой мощности. Проведенное компьютерное моделирование показало повышение чувствительности сенсоров в диапазоне температур от –40 °С до 50 °С

Various sensors are more and more frequently used in all areas of modern human activity. They become the main el-ements that determine the technical and economic characteristics of information and control systems. Therefore, the researching sensors and improving their technical parameters is an actuality task. In many cases, it is possible to im-prove the technical parameters of the sensors, using the achievements of the modern direction of electronics, such as negatronics. Thus, using of RLC-negatrons allows increasing the sensitivity and noise immunity of sensors while simplify-ing their circuit design.The mathematical models of self-oscillation sensors on RLC-negatrons are developed. The basic parameters of RLC sensors, in particular resonant frequency, absolute and relative sensitivity, are determined, and the necessary conditions for excitation of self-oscillations are determined. The obtained analytical expressions have shown that the value of abso-lute sensitivity depends on the value of the resonance frequency; however, the relative sensitivity is frequency independ-ent and dimensionless. There have been determined the coefficients that show that the inclusion of negative capacitance and inductance leads to increased sensitivity of auto-generator sensors. The proposed circuits of auto-generator sensors allow increasing the relative sensitivity of the sensors and improve the accuracy of the measurement.In order to verify the adequacy of the obtained theoretical positions, a schematic design of the proposed circuits of frequency auto-generator sensors was carried out. The obtained results showed that those circuits allow increasing the relative sensitivity of sensors up to 10 times.The circuits of auto-generator temperature sensors on static and dynamic negatrons are proposed. The advantages of the circuits are circuitry simplicity, high reliability, small dimensions and weight, low power consumption. The conduct-ed computer simulation showed sensitivity increase in the temperature range from –40 °С to 50 °С.