Eredmények ismertetése

Ezek az eredmények bizonyítják a berendezés képességeit és hatékonyságát, valamint az adatgyűjtési módszert is. Az impedancia (Rx) értékének hibája két összetevőből áll: az analóg mérési csatornák állandó hibája és az ellenállás toleranciája. Az impedancia abszolút értékének (Z) és fázisának (φ) relatív hibái a következő képletek szerint adhatók meg:

, (4.1)

ahol eZ és eφ a relatív hibák (%), Zi és φi az i-edik csatornának megfelelő mért értékek (i = 1, ..., 8), míg Z a nagyság és φ az impedancia fázisa ( az (2.1) egyenlet alapján számított elméleti érték, míg α = 1). Az EIS mérés eredményeit a 4.1. Ábra szemlélteti. Az impedancia nagyságának maximális relatív hibája (a mérés teljes frekvenciatartományára kiszámítva) 0,83%. A mért fázisértékeknél a maximális relatív hiba 0,42%.

ref

4.1. ábra: EIS mérési eredmények a próba áramkörben (Fig. 3.3)

A 4.1. Táblázat a MatLab illesztési algoritmus eredményeit mutatja. A kinyert modellparaméterek relatív hibája kisebb, mint a passzív összetevők toleranciája.

Component name

Theoretical value

Extracted value

Relative error (%)

R∞ (Ohm) 1 000 1004 0,4

R0 - R∞(Ohm) 10 000 9 926 0,74

α (-) 1 0,9999 0,01

τ (sec) 0,01 0,01023 2,3

4.1. táblázat: Az extrahált modellparaméterek az elméleti értékekhez viszonyítva

Az illeszkedés jóságát R² érték, 0,9999, és χ² értékének 0,32 között mértük. Ez megmutatja a saját fejlesztésű mérési rendszer, az adat rögzítés és az értékelés kiemelkedő tulajdonságait.

5. Összefoglalás

A cikkben bemutatásra kerül egy, az EIS mérésekhez széles körben alkalmazott matematikai modell.

Mindamellett, hogy nagy igény van az előzőekben említett Cole-Cole modell alkalmazására, számos módszer található a modell paramétereinek értékelésére, illesztésére és kinyerésére. E célból egy saját fejlesztésű, komplex elektromos impedancia spektroszkópiás adatrögzítési és értékelési eljárást vezettünk be. A bemutatott módszer magában foglalja a javasolt mérési eljárás minden szükséges elemét a mért adatok vizsgálatához, megjelenítéséhez, összegyűjtéséhez és kiértékeléséhez. A spektroszkópiás képességek és a javasolt módszerek tulajdonságainak bemutatására egy vizsgálóáramkört készítettünk. Az ezen áramkörökön végzett teszteredmények bizonyítják a rendszer pontosságát és megbízhatóságát. A

tesztmérések esetén mért hiba kisebb volt, mint a beépített ellenállások és kondenzátorok tűrése. A kutatás jövőbeni célja az, hogy lehetővé tegye konkrét alkalmazását e módszer jellemzőinek felhasználásával.

5. Köszönetnyilvánítás

A tanulmány/kutató munka a „Fenntartható Nyersanyag-gazdálkodási Tematikus Hálózat – RING 2017”

című, EFOP-3.6.2-16-2017-00010 jelű projekt részeként a Szechenyi2020 program keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

6 Hivatkozások

A. Ghorbani, C. Camerlynck, N. Florsch, P. Cosenza and A. Revil (2007) “Bayesian inference of the Cole–

Cole parameters from time‐ and frequency‐domain induced polarization”, Geophysical prospecting, 55, 589-605.

A. Peyman, C .Gabriel (2010) “Cole–Cole parameters for the dielectric properties of porcine tissues as a function of age at microwave frequencies”, Institute of Physics and Engineering in Medicine,Physics in Medicine & Biology, 55, 15.

BoFu, T. J. Freeborn (2019) “Residual impedance effect on emulated bioimpedance measurements using Keysight E4990A precision impedance analyzer”, Measurement, 134, 468-479.

B.J. Maundy, A.S. Elwakil, A. Allagui (2015), “Extracting the parameters of the single-dispersion Cole bioimpedance model using a magnitude-only method” , Computers and Electronics in Agriculture, 119, 153-157.

C. Grosse (2014) “A program for the fitting of Debye, Cole–Cole, Cole–Davidson, and Havriliak–Negami dispersions to dielectric data”, Journal of Colloid and Interface Science, 419, 102-106.

C. Vastarouchas, C. Psychalinos, A. S. Elwakil, A. A. Al-Ali (2019) “Novel two-measurements-only Cole-Cole bio-impedance parameters extraction technique”, Measurement, 131, 394-399.

D. A. Yousri, A. M. Abdel, A. Lobna, A. Said, A. A. Bakr, A. G. Radwan (2017) “Biological inspired optimization algorithms for cole-impedance parameters identification”, AEU - International Journal of Electronics and Communications, 78, 79-89.

D. N. Huu, D. Kikuchi, O. Maruyama, A. Sapkota, M. Takei (2017) “Cole-Cole analysis of thrombus formation in an extracorporeal blood flow circulation using electrical measurement”, Flow Measurement and Instrumentation, 53, Part A, 172-179.

García-Fiscal S., Flores C. (2018), “Sensitivity of galvanic and inductive Induced Polarization methods to the Cole-Cole parameters”, Journal of Applied Geophysics, 158, 1-10.

H. Song, H. Sato, T. Koide, K. Arihiro, M. Okada, T. Kadoya, T. Kikkawa (2018) Breast Tumor Tissues Classification using the Modified Cole-Cole Parameters with Machine Learning Technique, Res. Inst. for Nanodevice & Bio Syst., Hiroshima Univ., Higashihiroshima, Japan

J. Chen, A. Kemna, S. S Hubbard (2008) “A comparison between Gauss-Newton and Markov-chain Monte Carlo–based methods for inverting spectral induced-polarization data for Cole-Cole parameters”, GEOPHYSICS, 73, 6.

K. Sasaki, K. Wake, S. Watanabe (2014) “Development of best fit Cole-Cole parameters for measurement data from biological tissues and organs between 1 MHz and 20 GHz”, Radio Science, 49, 7.

M. E. Fouda, A. E. Khorshid, I. Alquaydheb, A. Eltawil, F. Kurdahi (2018) Extracting the Cole-Cole Model Parameters of Tissue-mimicking Materials, IEEE, 2018 IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS)

Metallized polyester film capacitor d.c. multipurpose applications, Kemet (Formerly Arcotronics) Distributor, R82 Series, 2016.

Pollack Periodica cikk

Patent P1500616, K. Borbás ,T. Kiss, M. Klincsik, Z. Kvasznicza, K. Máthé, Cs. Vér., Z. Vizvári, P. Odry (2015) Process and measuring system for data acquisition and processing in soft-tomography studies (in Hungarian)

Richard C. Aster Brian Borchers Clifford H. Thurber (2018) Parameter Estimation and Inverse Problems, 3rd Edition, Elsevier (ISBN: 9780128046517)

R.G.Ramírez-Chavarría, C.Sánchez-Pérez, D.Matatagui, N.Qureshi, A.Pérez-García, J.Hernández-Ruíz (2018), “Ex-vivo biological tissue differentiation by the Distribution of Relaxation Times method applied to Electrical Impedance Spectroscopy”, Electrochimica Acta, 276, 214-222.

S. Kapoulea, A. M. AbdelAty, A. S. Elwakil, C. Psychalinos, A. G. Radwan (2019) “Cole-Cole Bio-Impedance Parameters Extraction From a Single Time-Domain Measurement”, IEEE 2019 8th International Conference on Modern Circuits and Systems Technologies (MOCAST)

T. J. Freeborn, A. S. Elwakil, B. Maundy (2016) Variability of Cole-model bioimpedance parameters using magnitude-only measurements of apples from a two-electrode configuration, S507-S519.

T. J. Freeborn, BoFu (2019) “Time-course bicep tissue bio-impedance changes throughout a fatiguing exercise protocol”, Medical Engineering & Physics, 69, 109-115.

T. J. Freeborn (2018) Chapter 7 – Bioimpedance: Analysis Using Fractional-Order Equivalent Electrical Circuits, Fractional Order Systems, Optimization, Control, Circuit Realizations and Applications, Advances in Nonlinear Dynamics and Chaos (ANDC), 205-237.

T. Rydholm, A. Fhager, M. Persson, P. M. Meaney (2017) 11th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP), Microwave tomographic image improvement by fitting to a Cole-Cole relaxation model, IEEE

Z-X. Li, S-W. Rao (2019), “Estimation of frequency domain soil parameters of horizontally multilayered earth by using Cole–Cole model based on the parallel genetic algorithm” IET, 13, 1746-1754.

UPR resistors Token Passive Components Ltd. http://www.4-direct.com/pdf/resistor-ppm/ultra-precision-resistor-upr.pdf, (last visited 20 August 2016).

Z. Vizvari, T. Kiss, Cs. Ver, M. Klincsik, Z. Sari, K. Mathe, B. Kuljic, F. Henezi, P. Odry: “A multi-channel electrical impedance meter based on digital lock-in technology“; Pollack Periodica; (accepted) 2019.

S04 Szekció 4

A BIOLÚGZÁS LEHETŐSÉGEI ÉS KORLÁTAI AZ ELEKTRONIKAI HULLADÉKOK