Desarrollo de un frecuencímetro de conteo recíproco con un FPGA para sensores basados en resonador de cuarzo

José Lorenzo Muñoz Mata, Severino Muñoz Aguirre, Juan Jesús Jiménez Arellano, Georgina Beltrán Pérez, Juan Castillo Mixcóatl, Takamichi Nakamoto

Resumen


Los sensores basados en resonadores de cuarzo son ampliamente utilizados en dispositivos de detección de olores conocidos como narices electrónicas (NE). Para medir la respuesta de este tipo de sensores es esencial el uso de un frecuencímetro. Existen diferentes métodos para implementar un frecuencímetro, tal como el método de conteo directo de frecuencia, el cual está restringido en la generación de datos, ya que
si se desea un incremento en el número de muestras por segundo, implicaría una pérdida en la resolución del instrumento debido a su principio de operación. Por otro lado, el método de conteo recíproco de frecuencia es un método que ofrece una alternativa en la medición de respuesta de sensores de gas. Por lo tanto en este trabajo se presenta el desarrollo de un frecuencímetro aplicando el método de conteo recíproco de frecuencia para sensores de gas utilizando un FPGA. Se obtuvieron resultados utilizando como patrón de entrada un generador de funciones. Este frecuencímetro tiene la ventaja de tener una mayor taza de muestreo y resolución que un frecuencímetro comercial. Finalmente se realizaron experimentos utilizando sensores de gas QCM a temperatura ambiente aplicando muestras de etanol para obtener datos reales y comprobar la efectividad del sistema obteniendo resultados satisfactorios, dado que los datos arrojados coinciden con el comportamiento típico de este tipo de sensores.


Palabra(s) Clave(s): frecuencímetro, FPGA, nariz electrónica, sensores de gas QCM.


Texto completo:

2029-2042 PDF

Referencias


H. Troy Nagle & R. Gutérrez-Osuna, S. S. Schiffman, “The How and Why of Electronic Noses”. IEEE Spectrum. Vol. 35 No. 22. September 1998.

J. W. Gardner, P. N. Bartlett, “A brief history of electronic noses”. Sensors and Actuators B. Vol. 18. No. 211. 1994.

J. W. Gardner, P. N. Bartlett, Electronic Noses. 1999. New York: Oxford University Press.

S. Muñoz, T. Nakamoto et al, “Odor Approximation of fruit flavors using a QCM odor sensing system”. Sensor and Actuators B. No. 105. 2005. 144-149 pp.

W. H. King. Jr., “Piezoelectric Sorption Detector”. Analytical Research Division, Esso Research and Engineering Co., Linden N.J. Vol.36. No. 9 Aug 1964.

Piezoelectric Transducers and Applications. Berlin: Springer. 2004.

S. Muñoz-Aguirre, T. Nakamoto, et al. “Study of deposition of gas sensing films of quartz crystal microbalance using an ultrasonic atomizer”. Sensors and Actuators B. No. 105. 2005. 144-149 pp.

SRS Application Notes, QCM- “Quartz Crystal Microbalance Theory and Calibration”. Stanford Research Systems. http://www.thinksrs.com/downloads/PDFs/ ApplicationNotes/QCMTheoryapp.pdf.

G. Sauerbrey, Verwendung von Schwingquarzen zur W¨agung d¨unner Schichten und zur Mikrow¨agung Z. Phys. 1959. 155-206 pp.

J. L. Muñoz M, S. Muñoz, et al., “Development and implementation of a system to measure the response of quartz crystal resonator based gas sensor using an a field programmable gate array”. Meas. Sci. Technol. Vol. 35 No. 5. Marzo 2012.

/40/44 Pin High Performance, Enhanced Flash USB Microcontrollers DS39617A. Microchip. USA. 2003.

Cyclone III USB-FPGA Board EDA-004, Ver 2.0. Humandata LTD. Japon. 2012-

F. Yoshino, T. Nakamoto, “Odor Recognition Using Embedded Learning Vector Quantization Circuit. Sensors and Materials”. Vol. 26. No. 3. 2014. 137-147 pp.


Enlaces refback

  • No hay ningún enlace refback.




URL de la licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/deed.es

Licencia Creative Commons    Esta revista está bajo una Licencia Creative Commons Atribución 3.0 No portada.