Badania dokładności różnicowego wzmacniacza z cyklicznie przełączanymi rezystorami sprzężenia zwrotnego w tomografii elektrycznej

• Autorzy: Dorozhovets M. , Prygrodsky A. , Brydak K.

Warianty tytułu

EN

Investigations of the accuracy of a differential amplifier with cyclically switched parallel feed-back resistors used in electrical tomog-raphy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono metodę zwiększania dokładności współczynnika wzmocnienia wzmacniacza różnicowego stosowanego w tomografii impedancyjnej, w której występuje duża dynamika zmian sygnałów pomiarowych oraz obserwuje się stosunkowo niski poziom wrażliwości wyników pomiaru na zmiany przewodności. Zaproponowano dwa układy pomiarowe wzmacniacza różnicowego realizujące metodę dynamicznego wzmocnienia poprzez zastosowanie w sprzężeniu zwrotnym układu szeregowego cyklicznie przełączanych rezystorów (rys. 2) oraz układu z gałęziami równolegle połączonych rezystorów sprzężenia zwrotnego (rys. 3). Przedstawiono analizę charakterystyki błędu współczynnika wzmocnienia dla proponowanych układów pracy wzmacniacza metodą symulacyjną Monte Carlo. W pracy wykazano, że przy wykorzystaniu rezystorów o stosunkowo niskiej dokładności można uzyskać niski poziom względnego błędu współczynnika wzmocnienia.

EN

This paper presents a method for increasing the gain accuracy of a differential amplifier used in electrical tomography in which there occurs large dynamics of measurement signal changes and there is observed a relatively low sensitivity level of measurement results to electrical conductivity (Fig.1). The differential amplifier with switched parallel resistors in a feedback circuit is proposed. It uses the dynamic element matching method. The resistive feedback circuit consists of two symmetrical parts with m and k - m connected in parallel resistor branches (Fig. 3). The nominal resistances of all resistors are the same. The resistors of both parts (R11 -R1k and R21 - R2k (Fig. 3)) are cyclically switched to one position and during a full cycle the feedback has k states. Hence, the mean value and standard deviation of the relative error of this amplifier average gain are proportional to the square of the resistor standard deviation (formulas (3)). The simulation results (using the Monte Carlo method) show that even use of relatively inaccurate resistors of σR = š 0,1% provides the amplifying of a differential signal with the mean error of 0,3 - 3 ppm (Fig. 4). As was mentioned above, there cannot be noted any significant impact on the switched resistance gain accuracy, especially for higher gains. Use of parallel resistor connections in feedback circuits of an amplifier decreases significantly the number of switches needed for resistor rotation. Obviously, the dynamic element matching method has another disadvantage: there is needed more time (multiplied by factor Knom) to obtain the accurate input signal gain, which limits the input signal bandwidth.

Słowa kluczowe

PL

tomografia impedancyjna; współczynnik wzmocnienia; wzmacniacz różnicowy; sprzężenie zwrotne

EN

electrical tomography; gain; differential amplifier; feedback

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 58, nr 11
• Strony: 1003--1005
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., wykr., wzor

Twórcy

autor

Dorozhovets M.

autor

Prygrodsky A.

autor

Brydak K.

• Politechnika Rzeszowska, Katedra Metrologii i Sytemów Diagnostycznych, ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów,

Bibliografia

• [1] Dorozhovets M., Kowalczyk A.: Badania schematów dualnych pomiaru sygnałów czujników wieloelektrodowych w tomografii impedancyjnej. XI sympozjum Modelowanie i symulacja systemów pomiarowych. Krynica, 17-21 września, 2001, s. 113-120.
• [2] Dorozhovets M., Brydak K., Prygrodsky A.: Analiza wpływu oddziaływań addytywnych i multiplikatywnych na niepewność rekonstruowanego obrazu przewodności w tomografii elektrycznej. VIII konferencja naukowo-techniczna: Podstawowe Problemy Metrologii`2011. Krynica, 12-15 czerwca 2011 r.
• [3] Smart sensor systems. Edited by Gerard C. M. Mejer. John Wiley and Sons Ltd. 2008. 385 p.
• [4] De Jong P. C., Mejer G. C. M., van Roermund A. H. M.: A dynamic-feedback instrumentation amplifier. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 33. 1999.
• [5] Wang G., Mejer G. C. M.: Accurate DEM SC amplification of small differential-voltage signal with CM level from ground to VDD. In SPIE 2000, Newport Beach USA. 2000.
• [6] Dorozhovets M.: Analiza dokładności wzmacniaczy z rezystancyjnym dynamicznym sprężeniem zwrotnym. VIII konferencja naukowo-techniczna: Podstawowe Problemy Metrologii 2012. Krynica, 4-7 czerwca 2012 r.