Návrh elektrochemických senzorů s integrovaným potenciostatickým systémem

Abstract

Výzkum využitelnosti elektrochemických senzorů v kombinaci s aplikačně definovanými elektronickými obvody je v současnosti velmi rychle se rozvíjející oblastí senzoriky. Snaha o vytvoření parametrově a vlastnostmi jedinečných zařízení je stále běžnější praxí v oblasti návrhu a realizace přístrojů založených na technologickém vývoji oboru mikroelektroniky. Zvyšování možností detekovatelnosti stále nižších koncentrací volných radikálů v roztoku (v našem případě těžkých kovů), rozšiřování efektivního odstupu výstupního signálu od šumu nebo měřících možnosti daného typu zařízení jsou vždy hlavními cíly při realizaci nového typu zařízení. Hlavním cílem diplomové práce je návrh designu senzoru, jeho realizace a provedení experimentálního měření s prototypem senzoru, založeným na technologii tlustých vrstev, pro zjištění, zda bylo dosaženo předpokládaného funkčního spojení senzoru a obvodu, a především zvýšena reprodukovatelnost výsledků měření. Inovace měřícího zařízení spočívá ve zlepšení výstupních vlastností pomocí integrace potenciostatu v obvodu ASIC (IMAM CHIP) a tím odstranění parazitních vlivů, které ovlivňují přesnost měření.The research on electrochemical sensor applications in combination with application-defined electronic circuits is a very fast developing field of modern sensorics. Device designing of unique integrated systems with specific properties and parameters is now becoming the everyday practice for producers of devices based on the latest technology progress in microelectronics. In the process of realization of a new device type, the main objective consists in increasing the possibility of detecting very low concentrations of heavy metals in the given chemical solution, extending the signal-to-noise ratio, and measuring the potential of a sensor. The general aim of this Master’s thesis is to design the topology of a sensor based on the thick film technology, to materialize the sensor, and to make experimental measurement using the sensor prototype. The practical reason for basing the measurement on the application of this thick film sensor is to find out whether the operational integration of the sensor and the circuit has been achieved according to the original hypothesis. Importantly, it is also necessary to determine whether the reproducibility of measured results has been reached. The innovative aspect of the created device consists in the improvement of output characteristics given by the integration of ASIC (IMAM CHIP). The integration of ASIC on the surface of the sensor eliminates the huge parasitic influence that affects the accuracy of measurement.