Реєстраційний номер
0826U002412, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
23-07-2026
Статус
Наказ про видачу диплома
Назва роботи
ЕЛЕКТРОННИЙ ПРИСТРІЙ З ПОЛІПШЕНИМИ МЕТРОЛОГІЧНИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ФУНКЦІЇ ЗОВНІШНЬОГО ДИХАННЯ НА ОСНОВІ П'ЄЗОРЕЗОНАНСНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ
Здобувач
Васильчук Дмитро Петрович,
Керівник Сокол Євген Іванович
Опонент Підченко Сергій Костянтинович
Опонент Павлов Сергій Володимирович
Опонент Аврунін Олег Григорович
Рецензент Зуєв Андрій Олександрович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
Опис
Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної задачі удосконалення портативних електронних засобів спірометричного контролю шляхом обґрунтування принципів побудови вимірювального тракту, здатного забезпечити точну реєстрацію параметрів функції зовнішнього дихання за високодинамічних потоків і підвищених вимог до інфекційної безпеки.
Об’єкт дослідження – процеси формування, перетворення та цифрової обробки інформаційних сигналів у вимірювальних електронних спірометричних системах біомедичного призначення при визначенні параметрів функції зовнішнього дихання.
Предмет дослідження – електронна вимірювальна система змінного перепаду тиску на основі симетричної трубки Вентурі, п’єзорезонансного перетворювача з модульованим міжелектродним зазором та алгоритмів калібрування і цифрової обробки сигналу респіраторного потоку.
Мета дослідження – покращення метрологічних характеристик електронних систем портативної спірометрії за умови забезпечення інфекційної безпеки шляхом розробки й дослідження електронної вимірювальної системи змінного перепаду тиску з симетричною трубкою Вентурі та п’єзорезонансним перетворювачем із частотним вихідним сигналом, призначеної для вимірювання високодинамічних респіраторних потоків.
За результатами дослідження отримано наступні наукові результати:
- вперше отримано математичну модель перетворення перепаду тиску в об’ємну витрату у спірометричному каналі на основі трубки Вентурі, яка враховує нелінійну залежність коефіцієнта витрати від числа Рейнольдса, термодинамічні параметри мікроклімату та конструктивно-механічні особливості вимірювальної системи, що дозволило реалізувати алгоритм термодинамічної корекції та нелінійного калібрування за еталонним об’ємом на основі апроксимації One-Phase Association;
- вперше отримано математичну модель товщинно-зсувних коливань п’єзорезонансного датчика на основі матрично-операторного методу розв’язання крайових задач лінійної теорії п’єзоелектрики, яка враховує геометричні розміри пластини за координатами товщини та довжини п’єзокристалу, що дозволяє визначати вплив граничних умов, масонавантаження та повітряного зазору між п’єзоелементом і електродом збудження, на резонансну частоту коливань;
- отримала подальший розвиток модель Butterworth–Van Dyke для визначення параметрів еквівалентної електричної схеми п’єзорезонансного датчика за рахунок модифікації традиційної методики розрахунку параметрів ЕЕС, що враховує залежність динамічної індуктивності та статичної ємності від номера гармоніки, дозволяє усунути відносну похибку визначення частоти послідовного резонансу та підвищити точність опису п’єзорезонаторів з граничними умовами;
- вперше отримана математична модель коливань п’єзорезонансного датчика з рухомим електродом та нерівномірним повітряним зазором у двовимірній постановці задачі, яка враховує геометричну форму рухомого електрода, що дозволяє визначати вплив величини та геометрії міжелектродного зазору на резонансну частоту і градуювальні характеристики вимірювальних перетворювачів тиску.
Практичне значення результатів для галузі електроніки та біомедичних вимірювальних систем полягає в наступному:
- обґрунтовано принцип побудови спірометричної системи змінного перепаду тиску за рахунок поєднання симетричної трубки Вентурі як первинного перетворювача та п’єзорезонансного датчика із зазором як вторинного перетворювача, що дозволило забезпечити низький аеродинамічний опір, відсутність рухомих елементів, санітарну придатність вимірювального каналу та можливість реєстрації високошвидкісних дихальних потоків;
- розроблено та реалізовано експериментальний вимірювальний стенд для калібрування, верифікації та дослідження первинних перетворювачів повітряного потоку, який відрізняється використанням єдиного аеродинамічного тракту з трьома незалежними вимірювальними каналами: референтним, контрольним та досліджуваним, що забезпечує порівняння метрологічних характеристик перетворювачів за однакових умов формування повітряного потоку;
- запропоновано конструкцію та виготовлено методом 3D-друку первинний перетворювач повітряного потоку на базі модифікованої двобічносиметричної трубки Вентурі, який відрізняється кутами конусності та симетричним виконанням конфузора і дифузора, що дозволило стабілізувати його характеристики у розширеному діапазоні зміни числа Рейнольдса та забезпечити придатність до реєстрації динамічних потоків при вдиху і видиху;
- розроблено спосіб визначення параметрів електричної еквівалентної схеми п’єзорезонансного вимірювального перетворювача у Π-подібному вимірювальному чотириполюснику за частотами нульової фази, який відрізняється використанням фазочастотної характеристики та точних аналітичних виразів для розрахунку параметрів , що дозволяє зменшити кількість вимірювань і підвищити точність визначення параметрів ЕЕС із використанням доступного лабораторного обладнання.
Дата реєстрації
2026-06-10
Додано/оновлено в НРАТ
2026-06-10 / 2026-08-18
