Woltomierz wektorowy z wykorzystaniem DFT na bazie układu FPGA dla analizatora spektroskopii impedancyjnej

• Autorzy: Lentka G. , Kościński P. A. , Smużyński K. D.

Warianty tytułu

EN

A vector voltmeter using DFT based on the FPGA chip for the impedance spectroscopy analyzer

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zaproponowano i przetestowano nową koncepcję woltomierza wektorowego z wykorzystaniem cyfrowego przetwarzania sygnałów. Obliczenia prowadzone są sukcesywnie z akwizycją próbek sygnałów pomiarowych, bez gromadzenia ich w pamięci, przy zachowaniu wysokiej częstotliwości próbkowania. Wymaganej mocy obliczeniowej dostarcza układ FPGA. Do obliczania transformaty użyto pamięci wzorca sinusa umieszczonej w układzie FPGA oraz 4 identycznych bloków pracujących równolegle: mnożnika i akumulatora.

EN

In the paper, a new concept of a vector voltmeter for the impedance spectroscopy analyzer is proposed. The voltmeter uses the digital signals processing method for determination of orthogonal parts of measurement signals. The Discrete Fourier Transform calculations are performed “on-the-fly”, successively with acquisition of measurement signals samples, without the need of storing samples in a memory, while assuring the high sampling frequency. The required processing power was supplied by a Spartan 3 FPGA chip. For Fourier transform calculation, the sine pattern stored in the FPGA and 4 identical block sets, a multiplier and an accumulator, were created by Core Generator and used. The previously used vector voltmeter solution was based on a DSP processor with additional circuits (CPLD chip, memories, buffers) and was replaced by a single FPGA chip solution. The selected FPGA offers enough resources and allows reducing the number of additional external components. The prototype of the proposed solution was realized using the FPGA evaluation board with an added module of A/D and D/A converters (Fig. 3). The analyzer was realized in a form of a virtual instrument, the control panel was created by software. The tests were performed on the reference resistors (Figs. 8 and 9). The prototype proved the concept. However, it requires further works. It is necessary to look for a more energy-efficient FPGA chip as well as to optimize the project in terms of powerconsumption minimization.

Słowa kluczowe

PL

spektroskopia impedancyjna; pomiary impedancji

EN

impedance spectroscopy; impedance measurement

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 60, nr 9
• Strony: 694--697
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Lentka G.

• Politechnika Gdańska, ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk

autor

Kościński P. A.

• Politechnika Gdańska, ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk

autor

Smużyński K. D.

• Politechnika Gdańska, ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk

Bibliografia

• [1] Santos J., Janeiro F. M., Ramos P. M.: Impedance frequency charac-terization of a vibrating wire viscosity sensor with multiharmonic signals. Measurement, Vol. 55, s. 276-287, 2014.
• [2] Moghaddam R. B., Pickup P. G.: An electrochemical impedance study of thin polycarbazole films. Electrochimica Acta, Vol. 130, s. 577-582, 2014.
• [3] Ślepski P., Darowicki K., Janicka E., Lentka G.: A complete impedance analysis of electrochemical cells used as energy sources, Journal of Solid State Electrochemistry, Vol. 16., No. 11, s. 3539-3549, 2012.
• [4] Miszczyk A., Darowicki K.: Multivariate analysis of impedance data obtained for coating systems of varying thickness applied on steel. Progress in Organic Coatings, DOI: 10.1016/j.porgcoat.2014.04.018.
• [5] Hoja J., Lentka G.: Analizator do spektroskopii wysokoimpedancyjnej wykorzystujący DFT w detekcji fazoczułej. PAK, Vol. 52, Nr 6 s. 45-47, 2006.
• [6] Xilinx: „Spartan-3 Generation FPGA User Guide”, v.1.6, 2009.
• [7] Hoja J., Lentka G.: Analizator do spektroskopii wysokoimpedancyjnej z wykorzystaniem CPS. PAK, Vol. 54, Nr 3, s. 102-105, 2008.
• [8] Altium: Live Design Evaluation Board Technical Reference Manual, ver. 1.0, 2004.
• [9] Hoja J., Lentka G.: Analyzer for spectroscopy of low-impedance objects, Metrology and Measurement Systems, Vol. 15, No. 1, s. 19-31, 2009.