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研究生: 許彧祥
Hsu, Yu-Hsiang
論文名稱: 流體介面式阻抗量測系統之開發
A fluid-interconnected impedance measurement system for structure monitoring
指導教授: 蘇育全
Su, Yu-Chuan
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 原子科學院 - 工程與系統科學系
Department of Engineering and System Science
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 72
中文關鍵詞: 摺疊疊接放大器阻抗量測鎖相放大器
外文關鍵詞: folded cascode operation amplifier, impedance measurement, lock-in amplifier
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  • 本研究主要目的在設計與實現電阻抗量測電路系統,期望可應用於齲齒檢測探針以及液滴位置感測器等內含流體介面的系統。本系統使用台灣積體電路製造公司所提供0.35μm Mixed-Signal 2P4M技術進行製作。系統包含訊號產生電路、放大電路、與脈波調變電路。訊號產生電路使用振盪器與單穩態多諧振盪器產生控制訊號到電流源電路,利用開關控制電容充放電產生交流電流,接著將電流導入待測阻抗,其中控制震盪器頻率的電阻與電容採用外接,以方便多重頻率下的量測。另外放大器電路則由摺疊疊接放大器與整流器所組成,利用回授電阻控制放大器的倍率,以放大器與二極體組成整流器,將量測到的交流電壓轉成直流電壓,最後由鋸齒波產生器與比較器解調訊號,輸出為不同寬度的方波,表示待測電阻抗的大小。
    除了積體電路的設計與實現之外,本研究也直接使用電子元件建構內含鎖相放大電路的小型電阻抗量測系統,其量測範圍為10KΩ至1MΩ,頻率在100Hz至10KHz區間。系統中包含弦波電壓與固定交流電流的訊號產生器,以及偵測微小訊號的鎖相放大器。最後系統輸出為兩直流訊號,分別代表電阻抗的大小與相位值,依此可得到所需的電阻抗資訊。


    摘要…………………………………………………………………………………………I Abstract……………………………………………………………………………………II 誌謝…………………………………………………………………………………………III 目錄…………………………………………………………………………………………IV 表目錄………………………………………………………………………………………VII 圖目錄………………………………………………………………………………………VIII 第一章 緒論 1.1.研究背景…………………………………………………………………………1 1.2.研究動機與目的…………………………………………………………………1 1.3.齲齒檢測之流體探針原理與設計………………………………………………3 1.4.論文架構與設計流程……………………………………………………………9 第二章 阻抗量測理論基礎 2.1.阻抗的定義………………………………………………………………………10 2.2.阻抗量測方法簡述………………………………………………………………10 2.3.生物阻抗量測方法與應用………………………………………………………13 第三章 電路系統架構設計與應用 3.1.系統架構簡介……………………………………………………………………18 3.2.訊號產生電路……………………………………………………………………19 3.2.1.CMOS震盪器…………………………………………………………………19 3.2.2.單穩態多諧震盪電路………………………………………………………23 3.2.3.電流源電路…………………………………………………………………31 3.3.放大器電路………………………………………………………………………33 3.3.1.放大器………………………………………………………………………33 3.3.2.精密二極體整流電路………………………………………………………36 3.4.脈波調變電路……………………………………………………………………40 第四章 電路模擬結果 4.1.震盪器……………………………………………………………………………42 4.2.運算放大器………………………………………………………………………43 4.3.比較器……………………………………………………………………………49 4.4.全系統電路模擬結果……………………………………………………………50 4.5.佈局平面圖………………………………………………………………………53 第五章 鎖相放大器系統之研製 5.1系統架構說明………………………………………………………………………56 5.2波形產生器…………………………………………………………………………56 5.3定電流源電路………………………………………………………………………60 5.4鎖相放大器…………………………………………………………………………64 5.5系統測試……………………………………………………………………………68 第六章 結論與未來展望…………………………………………………………………71 參考文獻……………………………………………………

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