SENSOR BARU BERDASARKAN KONSEP INDUKSI ELEKTROMAGNETIK KOIL BERPUTAR

https://www.serdp-estcp.org/content/download/3830/60243/file/MM-1447-FR.pdf

Penelitian ini secara khusus membahas pengembangan sensor baru yang akan memungkinkan pengembangan teknik memilah model baru untuk membedakan bahan logam persenjataan yang tidak meledak (UXO).

Survei geofisika UXO yang modern biasanya dilakukan di bawah kontrol GPS menggunakan pemancar dari magnetometer dan sensor EMI. Pemancar yang digunakan menghasilkan peta kepadatan tinggi dari 200.000 - 2.000.000 poin data per acre ketika menggunakan EMI dan sensor pemancar magnetometer. Analisis Target biasanya menggunakan anomali magnetik. Untuk meningkatkan kemampuan dalam membedakan UXO utuh dan logam lainnya, pendekatan analisis statistik sering diterapkan pada output parameter dari algoritma sasaran berbasis fisika untuk meningkatkan kemampuan klasifikasi. Meskipun dapat mendeteksi mendekati 100%, tetapi masih perlu penyempurnaan dalam mendeteksi UXO secara riil di lapangan antara UXO aktif dan tidak aktif. Baru-baru ini bisa menyimpulkan bahwa, saat ini sensor magnetik dan EMI dapat digunakan sebagai media deteksi. Sedikit kekurangan kinerja tersebut adalah menggunakan parameter berbasis fisika dasar untuk membuat keputusan tentang klasifikasi persenjataan. Frekuensi-domain sensor EMI seperti GEM dari Geophex Ltd dapat beroperasi pada frekuensi rendah 30 Hz. Namun, pengukuran rasio gangguan sinyal pada frekuensi di bawah 100 Hz secara signifikan terdegradasi.

Tujuan dari proyek ini adalah untuk menunjukkan bahwa sensor Extremely Low Frequency (ELF) EMI menggunakan pemancar kumparan berputar dapat digunakan dengan efisien mengukur respon inphase dan quadrature dari target logam didalam tanah di rentang frekuensi antara 1 dan 30 Hz. Kumparan pemancar menggunakan medan magnet arus DC, yang ketika sumbu utamanya diputar, secara efektif menghasilkan medan magnet sinusoidal dengan waktu bervariasi. Pendekatan ini mengatasi beberapa keterbatasan dari domain frekuensi sensor EMI yang tidak efektif pada frekuensi di bawah 100 Hz. Dalam laporan ini menggambarkan sistem desain laboratorium prototipe EMI berputar dengan kumparan pemancar, kumparan penerima, penerima preamplifier dan kunci penguat untuk pengolahan sinyal ouput preamplifier ke inphase dan komponen kuadratur.  Pengukuran data dari berbagai sasaran pada frekuensi individu dan menunjukkan plot data.

Sebuah instrumen elektromagnetik dasar lengkap memanfaatkan rotasi pemancar kumparan dirancang , dikembangkan dan diuji untuk menghasilkan medan magnet (ELF).. Konsep dasar sepenuhnya divalidasi. Sebuah metode baru untuk mengukur rotasi pemancar kumparan dan sinkronisasi ke sinyal kumparan penerima dikembangkan untuk menghasilkan sinyal referensi untuk sistem deteksi. Hal ini menunjukkan bahwa medan primer dapat dibatalkan di bawah -90 db dengan menggunakan dua kumparan penerima terhubung yang berlawanan. Pencapaian ini dapat meningkat secara signifikan dalam prototipe yang lebih tetap. Sistem deteksi terdiri dari kuci penguat  digital signal processor (DSP) yang didahului oleh frekuensi rendah pre-amplifier khusus yang dirancang dan dibangun untuk aplikasi ini.

Parameter kinerja sistem ini dimodelkan menggunakan pemodelan utilitas elektromagnetik perangkat lunak yang canggih, dan diverifikasi dengan membuat pengukuran dengan penerima tunggal. Setelah semua parameter yang diverifikasi dan kumparan penerima kedua dipasang, dua benda uji yang sama (satu berongga dan satu padat) yang digunakan untuk mengevaluasi kinerja sistem. medan magnet sekunder ini diinduksi dalam benda uji diukur dan diproses oleh DSP lock-in amplifier dan ditampilkan sebagai hasil inphase dan Quadrature. Inphase dan Quadrature ini hasil dari sistem EM dicatat sebagai fungsi dari frekuensi antara 0,5 dan 12 Hz. Sebuah instrumen GEM 3 kemudian digunakan untuk mengumpulkan data dari 30 Hz sampai 10 KHz dan data dua sistem bergabung menghasilkan satu fungsi respon terus menerus dari 1 Hz sampai 10 KHz.

APLIKASI ENERGI MEDAN ELEKTROMAGNETIK FREKUENSI TINGGI UNTUK PENGOLAHAN BAHAN DAN TEKNOLOGI HIJAU

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01335056/document

Penerapan medan elektromagnetik di frekuensi 104Hz pada logam menghasilkan arus induksi, yang berkaitan dengan gaya Joule dan gaya Lorentz. Besarnya medan magnet dalam lapisan permukaan logam jauh lebih besar dari medan listrik  saat induksi magnet dihasilkan oleh medan magnet oleh arus listrik bolak-balik. pemanas induksi digunakan untuk mencairkan dan pengadukan logam cair pada produksi daur ulang logam. Di frekuensi 105Hz atau lebih, pemanasan induksi dilakukan dan diterapkan untuk pemadatan limbah berbahaya. Diskusi ini dibuat untuk pemilihan frekuensi yang digunakan pada induksi pemanasan non-logam, yang memiliki konduktivitas yang cukup (tetapi kurang dari logam). Pemanasan bahan non-konduktif juga mungkin terjadi apabila menggunakan dielectric loss mekanisme, seperti pengeringan kayu dan pemanasan keramik konduktor. gelombang di atas 109Hz juga digunakan mekanisme dielectric loss untuk memanaskan (microwave dan gelombang milimeter), organik non-konduktif, bahan anorganik dan bahan biologis (mengandung air), medan listrik menjadi sangat penting dalam mekanisme ini. Baru-baru ini, dilakukan penelitian pada pemanasan bahan konduktif logam yang dilakukan dengan menggunakan modus rongga tunggal. Untuk memilih penggunaan medan listrik atau magnet Tergantung pada zat yang akan digunakan. saat ini, aplikasi khusus  sedang dieksplorasi, di atas Kisaran 1012Hz , gelombang elektromagnetik memiliki properti cahaya, dan kontribusi medan listrik lebih signifikan daripada medan magnet. Baru-baru ini, interaksi antara medan listrik dari partikel logam ringan dan berukuran nano menjadi bahan penelitian panas untuk berbagai aplikasi.

aplikasi energi lapangan EM untuk pengolahan bahan dan teknologi hijau

1. kisaran frekuensi kurang dari105hz

arus searah (DC: 0 Hz) diterapkan untuk memanaskan beberapa bahan konduktor. saat ini alternatif (AC) pada frekuensi komersial (50 atau 60 Hz) juga digunakan untuk pemanasan. konsumsi energi pada proses pemanasan tersebut adalah melalui pemanasan menggunakan hukum Joule. Namun, jika mereka diterapkan untuk memanaskan bahan logam dalam skala besar, arus besar, hasilnya akan terlalu banyak mengkonsumsi energi. Di sisi lain, frekuensi induksi pada ~ 104Hz biasanya digunakan untuk pemanasan logam. Frekuensi ini digunakan mengingat antara peningkatan induksi saat ini dengan frekuensi dan ketebalan kedalaman kulit menurun dengan meningkatnya frekuensi.  

2. Rentang frekuensi di 105 ~ 109 hz
Dalam rentang frekuensi ini, medan energi EM biasanya tidak digunakan untuk pemanasan logam massal karena menggunakan penetrasi kecil. biasanya hanya digunakan dalam pemanasan permukaan logam ,sehingga tidak bisa menaikkan suhu yang cukup. Di sisi lain, pemanasan non-logam (memiliki konduktivitas lebih rendah dari logam) sedang dicoba pada rentang frekuensi ini. Beberapa keramik melakukan seperti partikel ferit dipanaskan dan digunakan untuk aplikasi medis. Liquid Si memiliki konduktivitas yang tinggi memiliki urutan yang sama seperti yang dari logam (konduktivitas logam). Namun demikian, pemanasan silikon cair dilakukan pada frekuensi sekitar 3MHz . Menurut pengetahuan penulis, ada beberapa deskripsi dalam literatur membahas pemilihan frekuensi ini untuk Si. Ada jauh lebih sedikit argumen pada frekuensi optimum pemanasan induksi non-logam, seperti kaca dan cairan non-logam lainnya. Salah satu alasan adalah karena fakta bahwa variasi yang sangat besar dari konduktivitas listrik dengan suhu dan frekuensi, sedangkan konduktivitas logam tidak memiliki perubahan besar.

Hal ini dimaksudkan untuk membahas pemanasan induksi yang digunakan untuk peleburan dan daur ulang kaca, serat kaca, bahan radioaktif, melelehkan / homogenisasi komposisi kaca, konduktivitas listrik yang rendah pada suhu rendah. Oleh karena itu, pemanasan induksi dari kaca tidak mungkin terjadi kecuali meleleh dengan cara metode pemanasan lainnya, misalnya dengan pembakaran. Umumnya, rentang frekuensi induksi dalam operasi industri adalah antara beberapa ratus kHz dan beberapa MHz, dan suhu 1000 ~ 1500 C. 

Konduktivitas listrik mempunyai kecepatan101 ~ 2 [S / m], yang jauh lebih rendah dari logam. Penetrasi jarak dapat diperkirakan dengan asumsi frekuensi pada 1MHz dan = 10 [S / m] menjadi 16cm. Namun, hasil yang relatif kurang pada induksi distribusi saat ditemukan dalam literatur sebelumnya dengan analisis perhitungan pada medan EM.

Konduktivitas listrik pada kaca cair memiliki ketergantungan frekuensi, yaitu pada frekuensi rendah di bawah 105Hz. Untuk menunjukkan ketergantungan frekuensi konduktivitas dan untuk merancang pemanasan dan operasi, objek pemanas dan sistem diperlukan analisis impedansi , yang biasanya dibahas dalam hal sirkuit setara dengan kapasitansi, induktansi dan resistansi komponen. Kapasitansi dari benda yang di panaskan  terkait dengan permitivitas (dielectric konstan) dari bahan.

 Oleh karena itu, disimpulkan bahwa pemanasan kaca  dengan medan EM frekuensi tinggi tidak hanya menggunakan pemanasan Joule dan arus induksi, tetapi juga oleh pemanasan dielektrik, meskipun tidak ada argumen yang cukup telah disajikan sejauh ini. Selain itu, tidak mudah untuk mengukur permitivitas pada suhu tinggi. Dengan demikian ketersediaan data pada permitivitas kaca  dalam keadaan cair sangat terbatas. Dalam artikel ini dua plot ditunjukkan untuk diskusi pada   r”Kontribusi untuk pemanasan pada suhu tinggi.

3. Rentang frekuensi di 109 ~ 1012 hz
rentang frekuensi ini disebut microwave. dalam urutan ini, frekuensinya menggunakan frekuensi yang lebih rendah. pada bahan organik non-konduktif, bahan anorganik dan bahan biologis (mengandung air) dipanaskan oleh mekanisme dielectric loss. Pemanasan oleh energi microwave telah diterapkan untuk produksi berbagai bahan industri, makanan, pengolahan dan perawatan lingkungan teknologi. Microwave dihasilkan oleh osilator dipancarkan pada dinding logam di aplikator (chamber) dan difokuskan untuk dipancarkan ke objek pemanasan homogen. Hal Ini tidak hanya dalam oven microwave domestik, tetapi juga di fasilitas pemanas industri microwave .

Di sisi lain, baru-baru ini penelitian pemanasan pada bahan konduktif logam dilakukan dengan menggunakan modus aplikator tunggal. penggunaannya tergantung pada zat untuk memilih spesimen pada tempat microwave dari medan listrik dan posisi magnetik. baik maksimum, Geometri dari listrik (E) dan magnetik distribusi lapangan (H) dalam aplikator single-mode.

Umumnya, energi medan EM dinyatakan sebagai kontribusi dari tiga mekanisme pemanasan seperti yang diungkapkan oleh Persamaan. 8. Dengan menggunakan modus microwave aplikator tunggal, spesimen cukup kecil dapat ditempatkan dan dipanaskan di kedua E-lapangan atau H-bidang posisi maksimum. Hal ini dimungkinkan untuk memisahkan mekanisme pemanasan atau diskusi tentang interaksi mereka dengan medan EM.

pemanasan logam oleh arus induksi juga memungkinkan dalam rentang frekuensi ini, tapi penetrasi jarak dalam logam mempunyai urutan mikron meter, oleh karena itu, pemanasan logam terbatas pada film-film atau bubuk. logam atau partikel dipanaskan dalam posisi H-bidang maksimal. medan magnet frekuensi tinggi menimbulkan arus, namun saat induksi ditulis dalam arus listrik didorong oleh E-lapangan di Eq.7. 

4. Rentang frekuensi di atas  1012 
Pada rentang ini, medan EM memiliki fitur cahaya. hal ini berkaitan antara medan EM dengan bahan . Dalam logam, elektron bebas mengalami tabrakan pada suhu yang terbatas. Frekuensi tabrakan adalah rentang 10hz13 ~ 14 [s-1], radiasi medan EM  pada frekuensi ini bertepatan dengan tabrakan elektron dan memiliki pengaruh pada konduktivitas listrik. Bagian imajiner dari konduktivitas muncul (konduksi elektron dalam logam pameran konduktivitas yang kompleks). Hal ini menarik untuk menggambarkan perilaku partikel logam berukuran nano, karena itu partikel menjadi dielektrik pada frekuensi EM dari 1015Hz Hz (terlihat kisaran cahaya). partikel logam berukuran nano memiliki luas permukaan besar dibandingkan dengan volume mereka. Jika medan listrik diterapkan, elektron di daerah permukaan akan dinggantikan seperti yang digambarkan secara skematis pada Gambar. 5. perubahan dalam distribusi elektron ini dianggap sebagai polarisasi, sehingga partikel menjadi dielectric. Gerakan permukaan elektron  atau perpindahan ini memiliki beberapa resonansi pada frekuensi EM tertentu, dan menghasilkan penyerapan energi yang besar (medan EM).

TEKNIK DIVERSIFIKASI TRANSMIT SEDERHANA UNTUK KOMUNIKASI NIRKABEL

Siavash M. Alamouti

https://scholar.google.com/citations?user=5wjq2SgAAAAJ&hl=en

Makalah ini menyajikan keragaman skema transmit dua arah yang sederhana. Dengan menggunakan dua antena transmisi dan satu antena penerima skema ini memberikan keragaman antara penggabungan penerima (MRRC) dengan satu antena transmisi, dan dua antena penerima. Hal ini menunjukkan bahwa skema dapat dengan mudah digeneralisasi ke dua antena transmisi dan M menerima antena untuk memberikan urutan keragaman 2M. Skema baru ini tidak memerlukan perluasan bandwidth ataupun feedback dari receiver ke pemancar dan kompleksitas perhitungannya serupa dengan MRRC.

Sistem nirkabel generasi selanjutnya harus memiliki kualitas suara yang tinggi dibandingkan dengan standar radio seluler saat ini dan memberikan layanan data tingkat bit tinggi (sampai 2 Mbits / s). Fenomena mendasar yang membuat transmisi wireless yang handal menjadi sulit adalah multipath fading yang bervariasi waktu. Fenomena inilah yang membuat transmisi tetherless menjadi lebih susah bila dibandingkan dengan serat, kabel koaksial, line-of-sight microwave atau bahkan transmisi satelit. Meningkatkan kualitas atau mengurangi tingkat error efektif dalam saluran multipath fading sangat sulit dilakukan. Oleh karena itu penting untuk secara efektif mengurangi efek memudar baik pada unit jarak jauh maupun stasiun pangkalan, tanpa daya tambahan atau pengorbanan dalam bandwidth.

Teknik yang paling efektif untuk mengurangi multipath fading pada wireless channel adalah power control pemancar. Untuk mengatasi masalah utama yang kerap terjadi dengan pendekatan ini adalah informasi saluran harus diberi umpan balik dari penerima ke pemancar, yang menghasilkan degradasi throughput dan kompleksitas tambahan yang cukup besar bagi pemancar dan penerima. 

  

Teknik efektif lainnya adalah keragaman waktu dan frekuensi. Time interleaving, bersamaan dengan error correction coding, dapat memberikan keragaman perbaikan. Hal yang sama berlaku untuk spread spectrum. Namun, waktu interleaving menghasilkan penundaan yang besar saat saluran secara perlahan bervariasi. Secara ekivalen, teknik spread spectrum tidak efektif bila bandwidth koherensi saluran lebih besar daripada bandwidth yang menyebar atau, ekuivalen, dimana terdapat delay delay yang relatif kecil di saluran.

Di kebanyakan lingkungan penyebaran, keragaman antena adalah teknik yang praktis, efektif dan, karenanya, diterapkan secara luas untuk mengurangi efek fading multipath. Satu antena dan satu rantai transmisi dapat ditambahkan ke stasiun pangkalan untuk meningkatkan kualitas penerimaan semua unit jarak jauh di area cakupan stasiun base tersebut. Alternatifnya adalah menambahkan lebih banyak antena dan receiver ke semua unit jarak jauh. Solusi pertama pasti lebih irit.

Baru-baru ini, beberapa pendekatan menarik untuk diversifikasi transmit telah disarankan. Skema keragaman penundaan diusulkan oleh Wittneben, untuk simulasi stasiun pangkalan dan kemudian, secara independen, skema serupa disarankan oleh Seshadri dan Winters, untuk satu stasiun pangkalan dimana salinan simbol yang sama ditransmisikan melalui beberapa antena pada waktu yang berbeda, oleh karena itu menciptakan distorsi multipath buatan. Estimator urutan likelihood maksimum (MLSE) atau equalizer mean kuadrat minimum (MMSE) kemudian digunakan untuk menyelesaikan distorsi multipath dan mendapatkan keuntungan keragaman.

Teknik yang diusulkan dalam makalah ini adalah skema keragaman pengiriman sederhana yang meningkatkan kualitas sinyal pada receiver di satu sisi link dengan pemrosesan sederhana di dua antena transmisi di sisi yang berlawanan. Urutan keragaman yang diperoleh sama dengan menerapkan kombinasi penerima dengan rasio maksimal (MRRC) dengan dua antena pada penerima. Skema ini dapat dengan mudah digeneralisasikan ke dua antena transmisi dan M menerima antena untuk memberikan urutan keragaman 2M. Hal ini dilakukan tanpa ada umpan balik dari penerima ke pemancar dan dengan kerumitan komputasi kecil. Skema ini tidak memerlukan perluasan bandwidth, karena redundansi diterapkan di luar angkasa di beberapa antena, tidak dalam waktu atau frekuensi.

Skema keragaman pengiriman baru dapat memperbaiki kinerja kesalahan, kecepatan data, atau kapasitas sistem komunikasi nirkabel. Sensitivitas yang menurun terhadap kemiringan memungkinkan penggunaan skema modulasi tingkat tinggi untuk meningkatkan laju data efektif, atau faktor penggunaan kembali yang lebih kecil di lingkungan multicell untuk meningkatkan kapasitas sistem. Skema ini juga dapat digunakan untuk meningkatkan jangkauan atau area cakupan sistem nirkabel. Dengan kata lain, skema baru ini berlaku efektif di semua aplikasi di mana kapasitas sistem dibatasi oleh multipath fading dan, karenanya, mungkin merupakan cara yang sederhana dan hemat biaya untuk menjawab tuntutan pasar akan kualitas dan efisiensi tanpa perancangan ulang yang lengkap. sistem. Selanjutnya, skema ini tampaknya merupakan kandidat hebat untuk sistem nirkabel generasi mendatang, karena ini secara efektif mengurangi efek memudar pada unit jarak jauh menggunakan beberapa antena transmisi di stasiun pangkalan.

Teknik yang diajukan dalam paper ini adalah skema pemancar sederhana yang beragam, dimana meningkatkan kualitas sinyal pada receiver. pada satu sisi link dengan pemrosesan sederhana dari 2 antena transmiter pada sisi yang lain urutan keragaman yang didapat adalah sama dengan mengaplikasikan  MRRC dengan 2 antena receiver.

skema yang baru menggunakan 2 antena transmiter dan 1 receive, digambarkan dalam 3 fungsi berikut:

1. encoding dan urutan transmisi simbol informasi di transmiter.

2. skema pengkombinasian pada receiver.

3. aturan keputusan untuk deteksi kemungkinan yang maksimum.

diversitas pemancar 2 arah dengan M receiver juga dapat digunakan. ada aplikasi dimana urutan diversitas yang lebih tinggi dibutuhkan dan antena receiver multiple pada unit remote memungkinkan. pada kasus ini, memungkinkan untuk menghasilkan urutan diversitas 2M dengan 2 antena transmit dan 2 antena receive pada detilnya.

secara matematis, skema diversitas pemancar diversitas yang baru dengan 2 antena transmit dan M antena receive setara dengan MRRC 1 antena transmit dan 2 M antena receive. secara aspek pelaksanaan praktis, 2 sistem kemungkinan bisa berbeda. perbedaan itu didapati dalam hal-hal berikut:

1. power yang dibutuhkan.

2. sensifitas estimasi kerusakan chanel. 

3. efek tunda.

4. konfigurasi antena.

5. soft failure.

6. dampak interferensi.

aplikasi yang jelas dari skema adalah untuk menghasilkan peningkatan diversitas pada seluruh remote unit. pada sistem wireless menggunakan 2 antena transmit pada base station dibandingkan 2 antena receive pada seluruh remote terminal. skema tidak butuh feedback dari receive ke transmiter dan perhitungannya yang kompleks mirip dengan MRRC. dibandingkan MRRC, total power yang dipancarkan sama seperti MRRC, tapi ada kerugian 3 dB pada skema baru. dengan jarak 10 wave line pada pemancar dan 3 wave line pada receiver.

karena transmisi simultan dari 2 simbol dari 2 antena. sebaliknya, bila pada power digandakan, maka performa skema baru identik dengan MRRC. akan tetapi, skema baru membutuhkan 2 amplifier power berukuran setengah, sedangkan MRRC membutuhkan 1 amplifier power berukuran penuh, dimana hal ini menjadi keuntungan skema baru.