Adamiak O. Signal converters of organic semiconductor optocouplers for sensor electronics devices

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0825U003311

Applicant for

Specialization

  • 171 - Електроніка

12-08-2025

Specialized Academic Board

PhD 9110

Lviv Polytechnic National University

Essay

The dissertation is devoted to the development and investigation of signal converters for sensor devices based on organic optocouplers. The work proposes new approaches to the modeling, analysis, optimization, and practical implementation of signal converters for sensor electronics, which are based on the use of organic semiconductors, as well as methods for monitoring the parameters of sensor devices. The first chapter presents a detailed overview of current trends in the development of sensor electronics, in particular the integration of organic components. The capabilities and advantages of organic electronics, especially optocouplers, in the creation of sensitive sensor elements are analyzed. Approaches to the development of SPICE models for electronic devices and their application in the design of sensor systems are described. The principles of operation of transimpedance amplifiers and their use in signal converters are considered, along with the fundamentals of impedance analysis for investigating the characteristics of sensor systems. The second chapter is dedicated to the development of SPICE macromodels for the components of the sensor optocoupler. Structural and functional models of the main modules–S_LED, S_HTQ, S_SEN, S_NOS, and S_PHD–have been developed. A parametric analysis of the components was performed to determine optimal characteristics and operational stability under external influences, including temperature and humidity. This enabled accurate and reliable modeling of the sensor system. The third chapter focuses on in-situ monitoring techniques for parameter drift in the sensor optocoupler. Methods for implementing quadrature signal detection are proposed, along with the development of a substitution model for an impedance type measurement converter and a specification of the impedance characteristics of photosensitive structures. A parametric analysis of signal converters with transimpedance amplifiers was carried out, allowing for optimized designs and improved measurement accuracy. The fourth chapter centers on the practical implementation of signal converters for sensor devices. A comprehensive analysis of signal conversion circuits based on organic optocouplers was conducted. A quadrature detector and signal converter based on a programmable PSoC system were implemented. Particular attention was given to the integration of signal converters into sensor systems and their adaptation for the detection of various physical quantities. The study combines theoretical research, modeling, and experimental testing of the developed prototypes, resulting in effective solutions for sensor electronics. The obtained results contribute to improved accuracy, stability, and reliability of sensors based on organic optocouplers and open up new possibilities for their application in various types of devices. The conclusions of the dissertation summarize the main findings and recommendations derived from the conducted research and present quantitative assessments of performance indicators under the proposed solutions. The appendices to the dissertation include documentation of the implementation of the dissertation results, as well as a list of the author's scientific publications and conference presentations related to the topic.

Research papers

1. О.Адам’як, Г.Барило, Р.Голяка, М.Брич, Ю.Шдюсар Схемотехнічна модель оптопари на структурах органічної електроніки Вісник Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського №1 2024 ст.251-257 https://doi.org/10.32782/1995-0519.2024.1.33

2. Barylo H, Holyaka R, Kremer I, Marusenkova T, Kachurak Y, Adamiak O. Models and Development of a Spectral Express Analyzer for MEMS / Optical Systemбарилобарило121s. In: International Conference on Perspective Technologies and Methods in MEMS Design; 2022. pр. 53-56. https://doi.org/10.1109/MEMSTECH55132.2022.10002923

3. О.А. Адам’як, Г.І. Барило, Р.Л. Голяка, М.В.Брич, Д.В.Марків Сигнальна макромодель оптопари на структурах органічної електроніки Інфокомунікаційні технології та електронна інженерія, Вип. 4, № 1, С. 137–147 (2024). https://doi.org/10.23939/ictee2024.01.137

4. Барило Г.І., Голяка Р.Л., Адам’як О.А., Савицький А.В., Шкрібинець В.В. Мультифункціональний перетворювач сигналів ємнісних сенсорів// Вісник Хмельницького національного університету. Серія: Технічні науки. – 2024. –No 5 (341). – C. 282–288 https://doi.org/10.31891/2307-5732-2024-341

5. Р. Голяка, М. Брич, О. Адам’як, Ю. Шлюсар, Н. Барило Вбудована система ультразвукових п’єзоелектричних сенсорів з функцією самодіагностики Інфокомунікаційні технології та електронна інженерія, Вип. 4, № 2, С. 151–161 (2024) https://doi.org/10.23939/ictee2024.02.151.

6. Г. Барило, В. Сорока, О. Никон, Олег Адам’як, Юрій Шлюсар Моделювання двомодового драйвера п’єзоелектричних випромінювачів Вісник Кременчуцького національного університету імені Михайла 185 Остроградського Вип. 5 / 2024 (148) – С.90-102 https://doi.org/10.32782/1995- 0519.2024.5.14

7. Барило Г. І., Павленко М. В., Адам'як О. А., Никон О. А., Сорока В. І. Алгоритм моделювання сигнальних перетворювачів імпедансу для сенсорних пристроїв // Вісник Хмельницького національного університету. Серія: Технічні науки. – 2024. – No 6,Т.1, (337). – С. 23–30

8. Г. Барило, О Адам’як Модель квадратурного детектора для сенсорних систем Вісник Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського Вип. 6 / 2024 (149) – С.211-216 https://doi.org/10.32782/1995- 0519.2024.6.25

Files

Similar theses