Elaborarea și integrarea dispozitivelor portabile cu micro-nano senzori de gaz in IoT

Abstract

Scopul lucrării constă în proiectarea și realizarea unui dispozitiv portabil pentru măsurarea proprietăților senzorilor pe bază de un singur nano fir cu posibilitatea integrării acestuia în sisteme IoT. Domeniul de cercetare îl constituie aspectele teoretice şi practice de realizare a surselor de curent controlate digital care debitează un curent de ordinul nano amperilor și integrarea acestora în un dispozitiv portabil care va lucra concomentent cu patru senzori. Originalitate ştiinţifică, sursele de curent sunt proiectate pe baza amplificatoarelor operaționale iar ieșirea de la senzorul de gaz este filtrată utilizând un filtru trece jos de tipul Butterworth, cu patru ordine în topologia Sallen Key care are o frecvență de tăiere de 10Hz și frecvența de stopare completă de 50Hz. Teza cuprinde în sine introducere, trei capitole, concluzii, bibliografie şi o anexă. Capitolul 1 descrie aspecte teoretice despre senzorii de gaz pe bază de nano structuri, metode de măsurare și aspecte cheie a altor dispozitive existente pe piață. Al doilea capitol conţine modul de realizare practic a surselor de curent și a circuitului pentru colectare și transmitere a datelor. Capitolul 3 conţine exemple de testare a funcţionalităţii surselor de curent, filtrelor și dispozitivului. În concluzie se remarcă că scopul principal al proiectului s-a atins, sursele de curent sunt funcționale și se pot prelua datele de la senezori. La fel datele sunt transmise si stocate în baza de date și ulterior sunt afișate întrun mod citabil pentru utilizator.

The purpose of the paper is to describe the development process of portable gas detectors based on single nano rod gas sensor. The research field approached in that work is the theoretical and practical aspects of digitally controlled current sources development wich achieve nano-ampere current and integration of it in a portable device that will work up to four sensors. The scientific innovation of that work is using of digitally controlled nano-ampere current source based on operational amplifiers. The second part of this paper describes the techniques of analogical filtering using an active op-amp based Butterwort low pass filter with four stages and with Sallen Key topology. The thesis contains introduction, four chapters, conclusions, a bibliography list and an annex. The first chapter contains theoretical aspects about nano-structure based gas sensors, methods of measuring sensor parameters and another existing devices on this market. The second chapter contains the practical way of implementing digitally controlled nano-ampere current sources and analogical filtering method. The third chapter contains some examples of functionality testing, obtained results and sensor response when applying gas. Annex 1 presentes the electrical schematics of main device and device used for collecting data over wireless conection. Thus, the thesis contains three chapters, 56 figures, 26 bibliographic sources and one annex. In conclusion, the main purpose of the project was achieved. Digitally controlled nano-ampere current sources were tested and are fully working with gas nanosensors. This device can be used as a measuring tool because it has an analogical part of signal processing and all data are noise free.