Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Mingesz Róbert, Gingl Zoltán Makan Gergely és Vadai Gergely Vezetéknélküli FES mérőrendszer fejlesztése

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Bevezetés: zajjal segített gázérzékelés

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Fémoxid gázszenzorok gáz → megváltozik a szenzor ellenállása

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Zajjal segített gázérzékelés Korlátozott érzékenység és szelektivitás Szelektivitás növelése: – Megfelelő bevonatok (funkcionalizálás) – Több szenzor alkalmazása

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Zajjal segített gázérzékelés Ellenállás fluktuációja: információ forrása Függ: – szenzor anyaga – hőmérséklet – gáz típusa és koncentrációja Kérdés: elegendő-e egyetlen szenzor a gáz típusának és koncentrációjának méréséhez?

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Zajjal segített gázérzékelés L.B. Kish et al: "Detecting Harmful Gases Using Fluctuation-Enhanced Sensing With Taguchi Sensors", IEEE SENSORS JOURNAL, vol. 5, no. 4, august 2005

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Tipikus mérőrendszer diagramja

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Az általunk tervezett mérőrendszer diagramja

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Jel kondicionálás és adatgyűjtés

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Előerősítő elektronika

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Tervezési szempontok Ellenállás-feszültség konverzió: áramgenerátor Alacsony zajú referencia Alacsony zajú erősítők – Feszültség-zaj – Áram-zaj (nagy ellenállású szenzorok esetén) Árnyékolás – Belső (nagy erősítés) – Külső (50/60 Hz)

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Korai prototípus

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Mérőelrendezés

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ FES 24

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Aktuális mérőrendszer

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Mérő és vezérlőprogram

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Minta spektrumok

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Analízis menete Spektrum számolása Spektrum megtisztítása zavarjelek, nagyfrekvenciás komponensek Spektrum átlagolása PCA számolás a számolt spektrumok alapján

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Minta eredmények különböző gázok

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Különböző koncentrációk

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Bináris ujjlenyomat módszer

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Alacsony energiaigényű megoldások keresése Korábbi módszer: nagy mennyiségű adatelemzés (PC) Szükség lenne: – Kisméretű, hordozható – Alacsony teljesítményfelvétel – Kis feszültség, akkumulátoros – Vezeték nélküli szenzorhálózatokba integrálható

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Példa: baktériumok szagának érzékelése (nyers spektrum) Chang H-C, Kish LB, King MD, Kwan C, Fluctuation-enhanced sensing of bacterium odors. SENSORS AND ACTUATORS, B: CHEMICAL 142:(2), pp (2009)

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Példa: baktériumok szagának érzékelése (nyers spektrum) Chang H-C, Kish LB, King MD, Kwan C, Fluctuation-enhanced sensing of bacterium odors. SENSORS AND ACTUATORS, B: CHEMICAL 142:(2), pp (2009)

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ „binary fingerprints” módszer Chang H-C, Kish LB, King MD, Kwan C, Binary fingerprints at fluctuation- enhanced sensing. SENSORS 10:(1), pp (2010) LNA DACMPDACMP AVERAGER SENSOR

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Példa: baktériumok szagának érzékelése (bináris ujjlenyomat)

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Integrált aluláteresztő szűrők 1,1mW-4,2mW Analóg elektronika TIA S. Sonkusale, Y. Kim and A. Agarwal, A CMOS front-end IC for fluctuation enhanced sensing, IEEE Sensors, 2005, pp SENSOR

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Saját prototípus Vezeték nélküli FES modul

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Alacsony fogyasztású FES modul

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Tulajdonságok Egyetlen, 3V-os tápfeszültség Programozható erősítés 300  A – 600  A tápfeszültségfelvétel 8 szűrőből álló aluláteresztő szűrőlánc Határfrekvenciák: 10, 27, 72, 193, 518, 1389, 3728, Hz 12 bit felbontás

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Energiafogyasztás Áramkör Áram [  A] Teljesítmény [mW] Szenzor meghajtása 2200,66 Előerősítő 3701,11 Szűrőkörök 300,09 Mikrovezérlő 7102,13 Összesen 13303,99 Mintavételi frekvencia: 7,4 kHz 8 csatorna

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Spektrális rekonstrukció

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Mérés menete Mért mennyiségek: egyes szűrők kimenete – 1 kHz / csatorna – 12 bit felbontás Mérési idő: 10 s Szórás számolása Adatok feldolgozása

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ ADC felbontásának hatása

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ ADC felbontásának hatása

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Spektrális rekonstrukció Csak a szűrők által szolgáltatott adatok alapján lehet-e következtetni a spektrum alakjára? Vizsgált spektrumok: 1/f α típusú 2 módszer – Direkt – Normalizált

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Direkt módszer

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Normalizált módszer

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Normalizált módszer

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Két módszer összehasonlítása

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Két módszer összehasonlítása

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Eredmény 1/f 1,2 zaj esetén

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Eredmény 1/f 0,8 zaj esetén

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Eltérés követése Tesztfüggvény:

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ szűrő esetén

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ szűrő esetén

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ „Valódi” spektrumok feldolgozása

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Rekonstruált spektrum PCA analízise

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Analízis módszerek összehasonlítása Nyers jel mérése + PSD számolás majd PCA Szűrőkimenetek + rekonstrukció majd PCA

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Analízis módszerek összehasonlítása Nagyobb spektrális felbontás Műveletigény: x Memóriaigény: x Alacsony erőforrásigény Műveletigény: x / 50 Memóriaigény: x / 20 Nyers jel mérése + PSD számolás majd PCA Szűrőkimenetek + rekonstrukció majd PCA

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Összefoglalás

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Alacsony fogyasztású FES prototípus 1,3 mA, 3 V tápfeszültség akár 390 nap üzemidő CR2032 elemekkel Kis méret Alacsony ár (<6000 Ft)

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Spektrális rekonstrukciós módszer Mindössze 8 elsőfokú szűrő felhasználása Alacsony műveletigény FES-ben előforduló zajtípusok jól megkülönböztethetők Alacsony dimenziószám mintázatfelismeréshez

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Alkalmazások FES alapú gázérzékelés – Gázok detektálása – Baktériumok észlelése – Kis költségű, vezetéknélküli megoldások Zaj mint diagnosztikus eszköz – Eszközök degradációjának érzékelése Általános PSD becslő módszer

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ További tervek Új, vezetéknélküli FES modul tervezése – Zaj tulajdonságok optimalizálása – Wireless modul Hatékony mintázatfelismerési algoritmusok

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Köszönetnyilvánítás A kutatás a TÁMOP A/2-11/ azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program – Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése konvergencia program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. A kutatási program címe: Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása.