Titelaufnahme

Titel
Evaluation of admittance spectra of resonant piezoelectric crystals / Thomas Kliche
VerfasserKliche, Thomas
Begutachter / BegutachterinSchnitzer, Reinhard ; Gröschl, Martin
Erschienen2008
UmfangIII, 132 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2008
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)RPC / QxSens / Viskosität / Temperatur / Sensor
Schlagwörter (EN)RPC / QxSens / viscosity / temperature / sensor
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-28573 Persistent Identifier (URN)
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Evaluation of admittance spectra of resonant piezoelectric crystals [2.85 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Das Ziel dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung von Auswertungsmethoden für das QxSens Messsystem. Dieses Messsystem wurde im QxSens Projekt (Nr. GRD1-2001-41816) im Rahmen des GROWTH shared cost RTD funding scheme der EU entwickelt. Es ist ein Mehrzweck- und Mehrkanalmesssystem für Ultraschall-Quarz-Sensoren.

Im zweiten Kapitel werden die Admittanz des Sensors und die Auswertung der Admittanzspektren theoretisch beschrieben. Die Auswertung der Ortskurve der Admittanz liefert die Serienresonanzfrequenz und den Gütefaktor. Aus diesen beiden Werten werden im Weiteren die gewünschten Messwerte berechnet.

Kapitel drei dokumentiert die Hardware-Komponenten des QxSens Messsystems. Es gibt drei unterschiedliche Versionen, die Standard PC Version, die PXI Version und die externe USB Version. Alle drei Versionen bestehen aus einer externen Kernel Elektronik, an die der Quarz-Sensor angeschlossen wird. Zwei in den Computer eingebaute Karten, die Interface Elektronik und der Analog-Digital-Wandler, bereiten die Messsignale für die softwaremäßige Verarbeitung auf. Am Ende des dritten Kapitels wird der gesamte Signaltransfer im Messsystem dargestellt.

Der Ablauf der Resonanzmessung wird im 4. Kapitel beschrieben. Die Resonanzmessung ist die Grundlage für jede QxSens Messanwendung. Das Admittanz-spektrum wird aus den gemessenen, digitalisierten Spannungssignalen berechnet. Die Auswertung des Admittanzkreises liefert dann die Serienresonanzfrequenz und den Gütefaktor. Im zweiten Teil des Kapitels werden jene Parameter diskutiert, die die Messqualität beeinflussen. Zu jedem Parameter wird erklärt, wie dieser einzustellen ist um die Messqualität zu optimieren. Die folgenden Teile beinhalten eine Beschreibung des Messprozesses sowie des Software Interface. Am Schluss des Kapitels werden Messergebnisse des QxSens Messsystems mit Messergebnissen des kommerziellen Netzwerk-/Spektrum-/Impedanz-Analysators 4395A von Agilent Technologies verglichen.

Im 5. Kapitel werden die Temperaturmessung und die Viskositätsmessung beschrieben. In beiden Messanwendungen wird der gewünschte Messwert aus der gemessenen Serienresonanzfrequenz berechnet. Um kontinuierliche Messungen zu ermöglichen wurde eine Methode zur gleitenden Verfolgung eines Resonanzpeaks entwickelt. Das automatische Konfigurationssystem des QxSens Messsystems ermöglicht die einfache Anwendung dieses Messsystems im Labor sowie in Industrieprozessen. Die Beschreibung der Messprozesse, des Software Interface sowie beispielhafte Messergebnisse vervollständigen das Kapitel.

Zusammenfassung (Englisch)

The aim of this diploma thesis is the development of evaluation processes for the QxSens measurement system developed within the GROWTH shared cost RTD funding scheme of the European Commission, project QxSens No. GRD1-2001-41816. The QxSens measurement system is a multi-purpose, multi-channel measurement system for RPC (Resonant Piezoelectric Crystals) based sensors.

In the second chapter a theoretical explanation of the admittance and its evaluation is given. The evaluation of the locus of admittance of RPC leads to the series resonance frequency and the quality factor.

These values are used in further steps to calculate the desired measurement value.

There are three versions of the QxSens measurement system, the standard PC, the PXI and the external USB version. All versions contain kernel electronics, interface electronics and a DAQ device. The RPC based sensor is connected to the kernel electronics. The QxSens measurement system hardware is described in chapter three. At the end of chapter three a detailed description of the signal processing from the sensor to the digital value in the computer system is given.

In chapter 4 the resonance measurement process is described. Any QxSens measurement application is based on this resonance measurement. The admittance spectrum is calculated out of the digitized measured voltage signals. Accordingly, the series resonance frequency and the quality factor result from the evaluation of the locus of admittance. The second part of this chapter explains which parameters influence the measurement quality and how these parameters have to be set to improve measurement quality. Then the measurement process and the software interface, that implements this process, are shown. At the end of chapter 4 the measurement results obtained with the QxSens system are compared to the measurement results achieved with a commercial network/spectrum/impedance analyzer from Agilent Technologies (Agilent 4395A).

The temperature measurement and the viscosity measurement are documented in chapter 5. In both cases the desired measurement value is calculated out of the measured series resonance frequency. In order to enable continues measurement it is necessary to be able to track a resonance peak. Therefore the Peak Tracking Algorithm has been developed. The automatic QxSens system configuration enables the simple usage of the QxSens measurement system in experimental and industrial processes. The measurement process, the software interface and exemplary measurement results are given for both measurement applications.