Thiết kế chế tạo thiết bị đo trở kháng sinh học sử dụng chip AD5933

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN QUANG TÚ THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO TRỞ KHÁNG SINH HỌC SỬ DỤNG CHIP AD5933 Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật Mã số: 60520401 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2020 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Huỳnh Quang Linh Cán chấm nhận xét 1: TS Trần Trung Duy Cán chấm nhận xét 2: TS Trần Trung Nghĩa Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 11 tháng 01 năm 2020 Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch: TS Trần Thị Ngọc Dung Thư ký: TS Ngô Thị Minh Hiền Phản biện 1: TS Trần Trung Duy Phản biện 2: TS Trần Trung Nghĩa Ủy viên: TS Lý Anh Tú Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG TS Trần Thị Ngọc Dung PGS TS Trương Tích Thiện ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập –Tự Do –Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHAN QUANG TÚ Ngành: Vật Lý Kỹ Thuật Khóa: 2016 -2020 MSHV: 1670280 I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO TRỞ KHÁNG SINH HỌC SỬ DỤNG CHIP AD5933 NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Tìm hiểu trở kháng sinh học phép đo phổ trở kháng sinh học EIS  Tìm hiểu AD5933 cách sử dụng mạch đo trở kháng EVAL-AD5933EBZ  Tìm hiểu sử dụng chương trình OriginPro, EIS Spectrum Analyser  Thử nghiệm đo mạch điện RC đo thử nghiệm trái cây, so sánh đánh giá kết II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/08/2019 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 27/12/2019 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS HUỲNH QUANG LINH Tp HCM, ngày CÁN BỘ HƯỚNG DẪN tháng 12 năm 2019 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, em nhận nhiều hỗ trợ mặt từ gia đình, thầy cơ, bạn bè Đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy hướng dẫn PGS.TS Huỳnh Quang Linh tận tình hướng dẫn tạo điều kiện tốt cho em suốt trình nghiên cứu thực đề tài Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến KS Lê Thành Nhân, KS Nguyễn Đức Song An em KU15 giúp đỡ trình thực luận văn Con cảm ơn ba mẹ gia đình ln tin tưởng sát cánh con, tạo điều kiện thuận lợi để hồn thành khố học hồn thành đề tài luận văn Trong trình thực hiện, luận văn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp, bổ sung thầy cô bạn Sau em xin chúc thầy cô Khoa Khoa Học Ứng Dụng nhiều sức khỏe để tiếp tục sứ mệnh truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Em xin chân thành cảm ơn! Học viên Phan Quang Tú i TÓM TẮT THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO TRỞ KHÁNG SINH HỌC SỬ DỤNG CHIP AD5933 Đo trở kháng sinh học phương pháp chẩn đốn nhanh tính chất sinh học thông qua thay đổi trở kháng đối tượng sinh học, áp dụng để đánh giá sức khỏe người tình trạng tươi sống thực phẩm, đặc biệt an toàn vệ sinh trái, rau củ Trong tình hình nay, vấn đề an toàn thực phẩm trở nên cấp bách ô nhiễm môi trường ngày tăng, với nguồn thực phẩm bẩn lan rộng cách đa dạng Vì phương pháp đo trở kháng sinh học vốn nhà nghiên cứu quan tâm ý Trên sở đó, mục tiêu luận án đề thiết kế mơ hình thiết bị đo đơn giản động, sử dụng đo nhanh trở kháng sinh học phục vụ chẩn đốn nhanh tình trạng trái, rau củ Mạch thiết kế sử dụng mạch đo trở kháng EVAL-AD5933EBZ hãng Analog Device Mơ hình hoạt động với dải tần số từ kHz đến 100 kHz Một nguồn áp khơng đổi có điện áp đỉnh cực đại Vp-p tần số từ kHz đến 100 kHz nạp vào đối tượng đo thông qua hai điện cực Tín hiệu dịng điện thu nhận truyền đến máy tính để xử lý Giá trị cuối hiển thị qua hệ thống trở kháng sinh học đối tượng đo Thử nghiệm hiệu chỉnh mạch chuẩn cho thấy giá trị thu có độ tin cậy lặp lại phù hợp Sau mạch đo ứng dụng vào nghiên cứu thử nghiệm cà chua táo cho thấy giá trị đo thể số thay đổi trạng thái đối tượng Tuy nhiên, mơ hình cần có thời gian nghiên cứu thêm để phát triển thành thiết bị ứng dụng thực tiễn ABSTRACT Design and manufacture of bioIMPEDANCE MEASURING device using AD5933 MICROPROCESSOR Bioimpedance measurement is one of quick methods to diagnose biological properties through the impedance change of biological objects, which can be applied to diagnose human health or evaluate the freshness of food products, especially for ii fruits and vegetables Recently, the problem of food safety is becoming more urgent due to the increasing environmental pollution, and the diverse spread of dirty food source Therefore, bioimpedance measuring method, which has been of interest to researchers, is now paying more attention Based on mentioned issue, the objective of the thesis is to design a simple and portable measuring device model, which can be used to quickly measure bioimpedance for quick diagnosis of fruit and vegetable conditions The design circuit uses the EVAL-AD5933EBZ impedance measurement circuit of Analog Device Model can operate with frequency range from kHz to 100 kHz A steady voltage source with a maximum peak voltage of Vp-p with the swept frequency from kHz to 100 kHz is applied to the test object through two electrodes The output current signal will be received, and transmitted to the computer for processing The final value displayed through the system is the bioimpedance value of the measuring object The calibration tested on the reference circuit shows the appropriate confidence level and repeatibility The measurement circuit was then applied to experimental studies on tomatoes and apples and showed detectable measurement values indicating some state change of the object as well However, the model needs more testing and verification to be able to develop into practical applications iii LỜI CAM ĐOAN Học viên xin cam đoan kết có luận văn thân học viên thực Ngoài phần tài liệu tham khảo liệt kê, số liệu kết thực nghiệm trung thực chưa cơng bố cơng trình khoa học khác Tp HCM, ngày 21 tháng 01 năm 2020 Học viên Phan Quang Tú iv MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu chung đề tài 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ luận văn 1.2.1 Mục tiêu luận văn 1.2.2 Nhiệm vụ luận văn 1.2.2.1 Lý thuyết 1.2.2.2 Thực nghiệm CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái niệm trở kháng 2.2 Cấu tạo tế bào sinh học nguồn gốc trở kháng sinh học 2.2.1 Cấu tạo tế bào sinh học 2.2.2 Nguồn gốc trở kháng điện sinh học 2.3 Mơ hình trở kháng tương đương 2.3.1 Mô hình Cole-trở kháng 2.3.2 Mơ hình Fricke 11 2.3.3 Mô hình Hayden 12 2.3.4 Mơ hình vỏ kép (double-shell) 13 2.4 Phổ trở kháng điện (Electrical Impedance Spectroscopy) 13 2.4.1 Phân loại EIS 15 2.4.2 Cấu hình điện cực đo EIS 18 2.4.2.1 Cấu hình điện cực 18 2.4.2.2 Cấu hình điện cực 19 2.4.3 Kỹ thuật đo EIS 20 2.5 Biểu diễn liệu 20 2.5.1 Biểu đồ Bode 20 2.5.2 Biểu đồ Nyquist 21 2.6 Tổng kết 21 CHƯƠNG BỘ KIT ĐO TRỞ KHÁNG EVAL-AD5933EBZ 22 3.1 Giới thiệu 22 3.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động chip AD5933 22 3.2.1 Cấu tạo 22 3.2.2 Nguyên lý hoạt động 23 3.3 Bộ kit đo trở kháng EVAL-AD5933EBZ 25 3.4 Mạch Analog Front-End (AFE) 26 v 3.4.1 Loại bỏ tín hiệu DC (DC Cancellation) 26 3.4.2 Trở kháng ngõ 27 3.5 Các thông số quan trọng trước thực phép đo trở kháng 28 3.5.1 Các thông số dải tần số quét 28 3.5.2 Điện trở phản hồi 28 3.5.3 Tính tốn hệ số khuếch đại (Gain Factor) 29 3.5.4 Quá trình hiệu chuẩn 29 3.5.5 Thông số lựa chọn cho nghiên cứu 30 3.6 Phần mềm điều khiển mạch AD5933 Evaluation Software 30 3.7 Phần mềm phân tích liệu OriginPro 8.5 37 3.7.1 Giới thiệu 37 3.7.2 Các tính phạm vi sử dụng phần mềm 37 3.7.3 Không gian làm việc Origin 38 3.7.4 Tính vẽ đồ thị 38 3.7.5 Smoothing 40 3.8 EIS Spectrum Analyser 42 3.8.1 Giới thiệu 42 3.8.2 Quá trình khớp liệu (data fitting) 43 3.9 Tổng kết 46 CHƯƠNG KẾT QUẢ ĐO THỰC NGHIỆM 47 4.1 Thử nghiệm mạch RC 47 4.1.1 Cơng thức tính tốn 47 4.1.2 Thông số mạch RC 48 4.1.3 Nhận xét đánh giá 49 4.2 Thực nghiệm trái 51 4.2.1 Nguyên liệu thiết bị sử dụng 51 4.2.1.1 Nguyên liệu 51 4.2.1.2 Các thiết bị đo 52 4.2.2 Xác định vị trí đặt điện cực 52 4.2.3 Quy trình đo 53 4.2.4 Thí nghiệm cà chua 54 4.2.5 Thí nghiệm táo 56 4.3 Đánh giá kết đạt 59 CHƯƠNG KẾT LUẬN 61 5.1 Kết đạt 61 5.2 Hạn chế luận văn 61 5.3 Hướng phát triển đề tài 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 vi MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cấu trúc hoa cà chua Hình 2.1 Đồ thị biểu diễn tín hiệu điện áp dịng điện miền thời gian [12] Hình 2.2 Đồ thị biểu diễn trở kháng phức đạng tọa độ cực tọa độ Đề-các: Trở kháng Z, độ dịch pha , phần thực phần ảo trở kháng mặt phẳng phức [12] Hình 2.3 Cấu trúc tế bào sinh học mô: a) giải phẫu tế bào động vật, b) giải phẫu tế bào thực vật;c) giải phẫu mô động vật, d) giải phẫu mô thực vật [14] Hình 2.4 Cấu trúc màng tế bào tế bào sinh học: (a, b) mơ hình 2D 3D lớp P-L-P phần màng tế bào biệt lập, (c) mơ hình 2D cấu trúc kẹp proteinlipid-protein màng tế bào Hình 2.5 Đặc tính trở kháng phụ thuộc tần số mô sinh học mô hình mạch tương đương đơn giản chúng: a) đường dòng điện qua tế bào sinh học mơ, b) mơ hình Fricke đơn giản thành phần (mơ hình phân tử 2R1C) Hình 2.6 Mơ hình Cole-trở kháng biểu diễn trở kháng phụ thuộc tần số mô sinh học;  =1 CPE đóng vai trị tụ điện lý tưởng,  = CPE đóng vai trị điện trở 10 Hình 2.7 Đồ thị Cole - Cole 11 Hình 2.8 Mơ hình Fricke điều chỉnh (Modified Fricke) 12 Hình 2.9 a) Mơ hình cấu trúc giải phẫu đơn giản quả, b) Mơ hình tương đương Hayden (Hayden et al., 1969), c) mạch điện tương đương lớp vỏ kép đề xuất Zhang Willison (1991) cho thấy trở kháng khơng bào (ZV) hình thành điện trở dịch không bào (RVS) điện dung tonoplast (màng khơng bào) (CTP) 12 Hình 2.10 Lưu đồ nguyên lý EIS (Macdonald, 1987) [15] 14 Hình 2.11 Sơ đồ quang phổ trở kháng điện, a Mơ hình máy phân tích trở kháng, b Đo trở kháng điện sử dụng phương pháp điện cực, c Đo trở kháng điện sử dụng phương pháp điện cực 18 Hình 2.12 Cấu hình điện cực 19 Hình 2.13 Cấu hình điện cực 19 Hình 2.14 a) Biểu đồ Bode mạch điện RC nối tiếp: Bode biên độ (đường màu đỏ) Bode pha (đường màu vàng) vẽ theo trục ngang tỉ lệ với logarith bậc 10 tần số, b) Biểu đồ Nyquist 20 vii LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH BÁCH KHOA Tp HCM Ví dụ, hình dạng táo hình 4.10 định nghĩa gồm ba phần, cuống phần đỉnh, sepal phần cuối khoảng Với hình dạng đồng trở kháng đạt giá trị cao “đường xích đạo” Tuy nhiên, thực tế, tùy vào hình dạng khác nhau, ta tiến hành đo thử vài lần nhằm xác định vị trí mà giá trị trở kháng lớn Hình 4.10 Hình dáng lý tưởng táo [45] 4.2.3 Quy trình đo  Trước đo, mẫu rửa nước nước cất sau lau sơ khăn để khơ tự nhiên  Chụp hình mẫu đo để làm liệu trực quan thay đổi màu sắc, kích thước Ghi nhận lại biến đổi mẫu theo ngày (màu vỏ, mùi thơm, độ săn chắc, ) Ghi nhận nhiệt độ, độ ẩm phòng  Sử dụng cân điện tử để đo khối lượng mẫu đo theo ngày  Thực bước hiệu chuẩn thiết bị trước thực phép đo Lần đo để xác định khoảng trở kháng đo ( , ), dựa vào để tính tốn giá trị R CAL phù hợp Lần đo hai lần hiệu chuẩn đáng tin cậy cuối sử dụng cho phép đo mẫu sau  Dựa vào hình dáng, kích thước mẫu đo để chọn vị trí thích hợp mà trở kháng sinh học đạt giá trị lớn để dán điện cực  Điện cực phải sử dụng loại hãng với để tránh sai số khơng đáng có loại điện cực khác Nếu phải thay (sau khoảng 1-2 ngày) vị trí dán điện cực phải trùng cách tương đối so với vị trí dán cũ  Có thể sử dụng gel siêu âm để làm giảm trở kháng bề mặt tiếp xúc 53 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH BÁCH KHOA Tp HCM  Thực phép đo từ – lần, lần cách 30s – phút Rồi lấy giá trị trung bình lần đo  Sau đo, bảo quản mẫu đo vị trí thống mát, tránh ánh sáng chiếu trực tiếp Sử dụng lồng chụp hay vải mùng bao trùm lên mẫu đo để tránh côn trùng cơng làm sai lệch kết đo 4.2.4 Thí nghiệm cà chua Thí nghiệm thực với mục đích theo dõi q trình chín cà chua vòng 12-14 ngày Số liệu thu thập xử lý cách từ 2-3 ngày Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn thay đổi trở kháng Z() so với tần số Đánh giá thí nghiệm cà chua: Theo kết sơ đồ 4.11, ta thấy trở kháng cà chua tăng lên q trình chín Sự thay đổi diễn tồn dải tần số từ 5kHz đến 100kHz Lý gia tăng giả định gia tăng hàm lượng đường, vitamin C, chất khô, thay đổi sinh lý phức tạp khác giảm axit ascobic, antioxidant enzymes; thay đổi mùi thơm đặc trưng, màu vỏ cà chua Ở ngày 15.12, tần số thấp 5kHz, cường độ trở kháng đạt khoảng 6.4k giảm dần 1k tần số cao Trong ngày tiếp theo, trở kháng có xu hướng tăng: tần số thấp trở kháng tăng nhanh đạt 8.2k sau ngày đạt mức tối đa khoảng 12k vào ngày 27; trở kháng tần số cao có thay đổi khoảng 700 Cà chua thuộc loại trái mọng nước nên tế bào chúng có kích thước lớn 54 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH BÁCH KHOA Tp HCM (hình 4.12) chứa lượng nước tương đối lớn ICF Nên dù ngày 1g khối lượng (do nước ECF) khơng ảnh hưởng đến q trình chín, kết trở kháng tăng lên Hình 4.12 A) Hình ảnh tế bào cà chua, B) Hình ảnh tế bào táo Thanh ngang tượng trưng cho 200M [49] Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn thay đổi pha (o) so với tần số Hình 4.14 Đường cong R-f (bên trái) đường cong X-f (bên phải) 55 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH BÁCH KHOA Tp HCM Sự thay đổi góc pha (Hình 4.13) phức tạp cần nhiều nghiên cứu để phân tích thay đổi sinh lý liên quan đến thay đổi pha Phần thực Z tăng chín giảm theo tần số (Hình 4.13a) Phần ảo tăng chín tăng tần số thấp giảm vùng tần số cao (Hình 4.13b) So sánh kết đồ thị hình 4.11 - 4.14 với kết báo [1] [39] thấy có tương đồng hình dáng xu hướng tăng dần biểu đồ trở kháng, pha Hình 4.15 Hình ảnh mẫu cà chua thí nghiệm qua ngày thứ 15, 18, 23 27 4.2.5 Thí nghiệm táo Thí nghiệm thực với mục đích theo dõi tác động nước lan truyền dịng điện bên mơ táo ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm đến trở kháng táo sau cắt bỏ phần thịt Táo thí nghiệm tiến hành cắt lần, lần cách tiếng, kết đo cách – tiếng Thí nghiệm tiến hành đo từ khoảng buổi trưa ngày hôm trước đến buổi trưa ngày hôm sau 56 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH BÁCH KHOA Tp HCM Bảng 4.6 Khối lượng táo thí nghiệm STT Trạng thái táo Nguyên vẹn Cắt lần Cắt lần Khối lượng (g) 152 136 116 Hình 4.16 Đồ thị biểu diễn thay đổi trở kháng Z() so với tần số Hình 4.17 Đồ thị biểu diễn thay đổi pha (o) so với tần số 57 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH BÁCH KHOA Tp HCM Hình 4.18 Đường cong R-f đường cong X-f táo thí nghiệm Đánh giá thí nghiệm táo: Theo kết sơ đồ 4.16 4.17, ta thấy thay đổi rõ rệt táo bị cắt đi, chủ yếu dải tần số thấp (5Khz – 20Khz); thay đổi nhiều dải tần số cao Bên cạnh đó, ta thấy tác động nhiệt độ độ ẩm đối đến trở kháng pha táo qua hình 4.18 Cụ thể, thời điểm 13h45’ – 15h52’, nhiệt độ cao 300 với độ ẩm thấp 53% làm cho bốc nước diễn nhanh Điều khiến cho hàm lượng nước ECF giảm dẫn đến trở kháng táo lượng khoảng 1100k Ngược lại, thời điểm 21h30’ – 23h33’, trở kháng lượng khoảng 220, điều nhiệt độ thời điểm giảm xuống 28.80 độ ẩm đạt mức 61% khiến cho trình bay chậm lại Từ thời điểm đó, trở kháng táo tiếp tục giảm không giảm nhanh lúc ban đầu Các biểu đồ hình 4.18, cho thấy rõ thay đổi chủ yếu xảy phần thực (phần ECF), phần ảo (ICF bên tế bào) khơng có thay đổi nhiều Điều phần lớn mơ táo cịn ngun vẹn vách tế bào nên khơng bị ảnh hưởng khơng có tác động yếu tố khác (dập nát, côn trùng) Ngược lại, mơ vị trí mặt cắt chịu ảnh hưởng nhiều Nguyên nhân cấu trúc mơ táo bé (hình 4.12b) với lượng nước ECF bốc khiến tế bào phải đưa phần lượng nước từ ICF để cân loại áp suất thẩm thấu Kết là, phần thịt mép cắt bắt đầu 58 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH BÁCH KHOA Tp HCM mềm tế bào khơng cịn củng cố thành tế bào cứng (mất yếu tố giòn táo) Hình 4.19 Biểu đồ nhiệt độ độ ẩm ngày 27 ngày 28 Hình 4.20 Hình ảnh mẫu táo thí nghiệm 4.3 Đánh giá kết đạt Dựa vào kết thực nghiệm ban đầu trái cho thấy mạch phân tích trở kháng EVAL-AD5933EBZ sử dụng để đánh giá độ tươi loại thực phẩm khác Có thể sử dụng để quét đơn tần số hay tần số thông qua phần mềm Có tiềm phát triển thành thiết bị đo nhanh, động Tuy nhiên tồn nhiều hạn chế Một hạn chế quan trọng hiệu chuẩn hệ thống, điện trở tải phải điện trở hiệu chuẩn (RFB) tính tốn HSHĐ hệ thống Cụ thể, trường hợp cà chua, trở kháng ngày tăng lên 59 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH BÁCH KHOA Tp HCM dẫn đến ln cao giá trị RFB Nếu giá trị trở kháng cao 30% so với giá trị RFB bão hòa ngõ vào ADC làm giảm độ xác hệ thống Do vậy, phải thay đổi RFB để phù hợp với giới hạn trở kháng điều đồng nghĩa với việc giới hạn thay đổi Ngoài ra, khoảng (dải) trở kháng quan tâm có giới hạn định dựa theo công thức ≤ ≤ 3.5 [50] Kết đồ thị hình 4.11 bị dịch lên đoạn (từ ngày 20.12) Vì vậy, việc lựa chọn xác giá trị RFB cần thiết để xác định tải trở kháng xác Ngồi ra, chưa rõ lý đồ thị đường R-f hình 4.14 4.18 xuất “phần gãy” từ khoảng tần số 75 kHz-80kHz “Phần gãy” tạo thành đỉnh có xu hướng tăng dần đến tần số 100kHz 60 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH BÁCH KHOA Tp HCM CHƯƠNG KẾT LUẬN 5.1 Kết đạt Luận văn hoàn thành mục tiêu ban đầu đặt ra:  Xây dựng hoàn chỉnh sở luận trở kháng sinh học, mơ hình trở kháng sinh học sử dụng cho thực vật, cụ thể trái  Ứng dụng phần mềm OriginPro EIS Spectrum Analyser việc phân tích, xử lý liệu  Thử nghiệm mạch đo mơ hình RC đạt kết có độ xác cho phép  Thử nghiệm đo trở kháng loại trái có vỏ mỏng điện cực dán bước đầu cho kết khả quan 5.2 Hạn chế luận văn  Phần mềm điều khiển cải tiến xây dựng VB 6.0 Bộ thư viện cũ khơng tìm nhóm viết thư viện  Mặc dù kết đạt ban đầu khả quan nhiên thiếu thiết bị kiểm chuẩn để kiểm tra lại sai số phép đo Cũng thiếu hụt điện cực dán loại khiến cho việc đo đạc gặp khó khăn, phải thay đổi sang loại khác Việc góp phần vào sai số phép đo  Các thí nghiệm tiến hành đo thử nghiệm vài mẫu nên chưa thể xem thước đo độ tươi chuẩn loại trái Cần xây dựng thư viện liệu riêng loại để so sánh, đánh giá  Luận văn dừng lại việc đo giá trị trở kháng sinh học, chưa biểu diễn thay đổi biểu đồ Nyquist Chưa trích xuất giá trị thành phần điện tử mạch điện tương đương 5.3 Hướng phát triển đề tài  Khắc phục hạn chế  Thiết kế gồm nhiều RFB để tăng dải đo giá trị trở kháng quan tâm 61 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH BÁCH KHOA Tp HCM  Thiết kế thêm mạch đo sử dụng nguồn dòng sử dụng điện cực, để so sánh với kết mạch EVAL  Thiết kế thêm hình hiển thị mạch đo, viết lại code xử lý tảng khác Từng bước, phát triển thành thiết bị nhỏ gọn, động 62 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH BÁCH KHOA Tp HCM TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] A Chowdhury et al., “Electrical Impedance Variations in Banana Ripening: An Analytical Study with Electrical Impedance Spectroscopy”, Journal of Food Process Engineering, V.14, I.2, 2017 [2] J J Ackmann, “Complex bioelectric impedance measurement system for the frequency range from 5Hz to 1MHz,” Annals of Biomedical Engineering, vol 21, no 2, pp 135–146, 1993 [3] Bera, Tushar Kanti “Bioelectrical Impedance Methods for Noninvasive Health Monitoring: A Review.” Journal of Medical Engineering vol 2014, 2014 [4] U G Kyle, I Bosaeus, A D De Lorenzo et al., “Bioelectrical impedance analysis-part I: review of principles and methods,” Clinical Nutrition, vol 23, no 5, pp 1430–1443, 2004 [5] U G Kyle, I Bosaeus, A D De Lorenzo et al., “Bioelectrical impedance analysis—part II: utilization in clinical practice,” Clinical Nutrition, vol 23, no 6, pp 1430–1453, 2004 [6] R F Kushner, “Bioelectrical impedance analysis: a review of principles and applications,” Journal of the American College of Nutrition, vol 11, no 2, pp 199–209, 1992 [7] M E Orazem and B Tribollet, “Impedance Spectroscopy, The ECS Series of Texts and Monographs”,Wiley-Inter Sc, 2008 [8] E Barsoukov and J R Macdonald, “Impedance Spectroscopy: Theory, Experiment, and Applications”, Wiley-Interscience, edition, 2005 [9] R V Hill, J C Jansen, and J L Fling, “Electrical impedance plethysmography: a critical analysis,” Journal of Applied Physiology, vol 22, no 1, pp 161–168, 1967 [10] R W Griffiths, M E Philpot, B J Chapman, and K A Munday, “Impedance cardiography: non-invasive cardiac output measurement after burn injury,” International Journal of Tissue Reactions, vol 3, no 1, pp 47–55, 1981 [11] D S Holder, “Electrical Impedance Tomography: Methods, History and Applications, Medical Physics and Biomedical Engineering”, Institute of Physics Publishing Ltd, 1st edition, 2004 [12] Seokchan Yoo, “A Low-cost, Portable, Web-based Impedance Spectroscope for Agricultural Applications”, University of Illinois at Urbana-Champaign, 2017 [13] M Grossi, B Riccò, “Electrical impedance spectroscopy (EIS) for biological analysis and food characterization: a review”, J Sens Sens Syst., 6, 303–325, 2017 [14] T.K Bera et al.,” Electrical impedance spectroscopy (EIS)-based evaluation of biological tissue phantoms to study multifrequency electrical impedance tomography (MfEIT) systems”, Journal of Visualization, Issue 4, 2016 63 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH BÁCH KHOA Tp HCM [15] X Liu, “Electrical impedance spectroscopy applied in plant physiology studies, Master Thesis by Research”, Electrical and Computer Engineering, RMIT University, 2006 [16] Bayford R, Tizzard A, “Bioimpedance imaging: an overview of potential clinical applications” Analyst 137(20):4635–4643, 2012 [17] T.J Freeborn et al., “Fatigue-Induced Cole Electrical Impedance Model Changes of Biceps Tissue Bioimpedance”, Fractal Fract, 2(4), 27; 2018 [18] Xin Zhao et al., “Electrical Impedance Spectroscopy for Quality Assessment of Meat and Fish: A Review on Basic Principles, Measurement Methods, and Recent Advances,” Journal of Food Quality, vol 2017, Article ID 6370739, 2017 [19] Y Ando, K.Mizutani, and N.Wakatsuki, “Electrical impedance analysis of potato tissues during drying,” Journal of Food Engineering, vol 121, no 1, pp 24–31, 2014 [19b] K Y Aristovich, B C Packham, H Koo, G S D Santos, A McEvoy, and D S Holder, “Imaging fast electrical activity in the brain with electrical impedance tomography,” NeuroImage, vol 124, pp 204–213, 2016 [20] L Meiqing, L Jinyang, M Hanping, and W Yanyou, “Diagnosis and detection of phosphorus nutrition level for Solanum lycopersicum based on electrical impedance spectroscopy,” Biosystems Engineering, vol 143, pp 108–118, 2016 [21] P Kuson and A Terdwongworakul, “Minimally-destructive evaluation of durian maturity based on electrical impedance measurement,” Journal of Food Engineering, vol 116, no 1, pp 50–56, 2013 [22] A Fuentes et al., “Application of nondestructive impedance spectroscopy to determination of the effect of temperature on potato microstructure and texture,” Journal of Food Engineering, vol 133, pp.16–22, 2014 [23] T Watanabe, Y Ando, T Orikasa, T Shiina, and K Kohyama, “Effect of short time heating on the mechanical fracture and electrical impedance properties of spinach (Spinacia oleracea L.),” Journal of Food Engineering, vol 194, pp 9–14, 2017 [24] A Kertesz et al., “Relationship betweenmoisture content and Electrical impedance of carrot slices during drying,” International Agrophysics, vol 29, no 1, pp 61–66, 2015 [25] H B Nguyen and L T Nguyen, “Rapid and non-invasive evaluation of pork meat quality during storage via impedance measurement,” International Journal of Food Science and Technology, vol 50, no 8, pp 1718–1725, 2015 26] M Guermazi, O Kanoun, and N Derbel, “Investigation of long time beef and veal meat behavior by bioimpedance spectroscopy for meat monitoring,” IEEE Sensors Journal, vol 14, no 10, pp 3624–3630, 2014 [27] T Chen, Y Zhu, M Han et al., “Classification of chicken muscle with different freezethaw cycles using impedance and physicochemical properties,” Journal of Food Engineering, vol 196, pp 94–100, 2017 64 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH BÁCH KHOA Tp HCM [28] T Curic et al., “Salt andmoisture content determination of fish by bioelectrical impedance and a needle-type multi-electrode array,” International Journal of Food Properties, pp 1–10, 2016 [29] J Sun, R Zhang, Y Zhang, G Li, and Q Liang, “Estimating freshness of carp based on EIS morphological characteristic,” Journal of Food Engineering, vol 193, pp 58–67, 2017 [30] G Durante, W Becari, F A S Lima, and H E M Peres, “Electrical impedance sensor for real-time detection of bovine milk adulteration,” IEEE Sensors Journal, vol 16, no 4, pp 861– 865, 2016 [31] A Nakonieczna, B Paszkowski, A Wilczek, A Szypłowska, and W Skierucha, “Electrical impedance measurements for detecting artificial chemical additives in liquid food products,” Food Control, vol 66, pp 116–129, 2016 [32] K Toyoda, I Ihara, Y Tamaki, and M Ohta, “Characterization of bread dough fermentation by electrical impedance spectroscopy,” in Proceedings of the 3rd International Symposium Food and Agricultural Products: Processing and Innovations, Naples, Italy, 2007 [33] A Y Khaled, S A Aziz, and F Z Rokhani, “Development and evaluation of an impedance spectroscopy sensor to assess cooking oil quality,” International Journal of Environmental Science and Development, vol 5, no 3, pp 299–302, 2014 [34] Fruit & Vegetable Nutrition Facts Chart, Dole A Day Program/Dole Food Company, Inc., 2004 [35] N Prieto, ´ O L´opez-Campos, J L Aalhus, M E R Dugan, M Ju´arez, and B Uttaro, “Use of near infrared spectroscopy for estimating meat chemical composition, quality traits and fatty acid content fromcattle fed sunflower or flaxseed,” Meat Science, vol 98, no 2, pp 279–288, 2014 [36] D F Barbin, C M Kaminishikawahara, A L Soares et al., “Prediction of chicken quality attributes by near infrared spectroscopy,” Food Chemistry, vol 168, pp 554–560, 2015 [37] G Naganathanet al., “A prototype on-line AOTF hyperspectral image acquisition system for tenderness assessment of beef carcasses.” Journal of Food Engineering 154 10.1016, 2015 [38] T Miyasaki, M Hamaguchi, and S Yokoyama, “Change of volatile compounds in fresh fish meat during ice storage,” Journal of Food Science, vol 76, no 9, pp C1319– C1325, 2011 [39] A.G Chowdhury et al., “Comparison of two and four electrode methods for studying the impedance variation during cucumber storage using Electrical Impedance Spectroscopy (EIS)”, In book: Computer, Communication and Electrical Technology, pp.261-265, 2017 65 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH BÁCH KHOA Tp HCM [40] A A A Al-Ali, “Design and Implementation of a Magnitude Only Bio-Impedance Analyzer”, Master’s thesis, Schulich School of Engineering, 2018 [41] AnalogDevices 1MSPS,12-Bit Impedance Converter, Network Analyzer AD5933 technical datasheet Analog Devices, Norwood, MA, 2005 [42] Analog Devices AD5933 Evaluation Board Software Rev B Technical Software Interface Analog Devices, Norwood, MA [43] F Seoane et al., “An analog front-end enables electrical impedance spectroscopy system on-chip for biomedical applications.”, Physiol Meas.,29(6), 267-78, 2008 [44] Miguel Usach, How to Configure the AD5933/5934 Appl Note AN-1252 for AD5933/5934 Analog Devices, Norwood, MA, 2013 [45] Q.W Li et al., “Detection of fruit quality based on bioimpedance using probe electrodes.” Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 10.1117/12.631012, 2005 [46] B J Nordbotten, “Bioimpedance Measurements Using the Integrated Circuit AD5933”, Thesis for the degree of Master of Science, 2008 [47] F Noveletto et al., “Analog Front-End for the Integrated Circuit AD5933 Used in Electrical Bioimpedance Measurements”, Latin American conference, vol 54, pp.48-51, 2016 [48] Bondarenko A S., Ragoisha G A EIS Spectrum Analyser, 2013, http://www.abc.chemistry.bsu.by/vi/analyser [49] Peter A McAtee et al., “A rapid method of fruit cell isolation for cell size and shape measurements”, Journal of Plant Methods, vol 5, issue 1, 2009 [50] Al-Ali A et al., “Design of a Portable Low-Cost Impedance Analyzer”, Conference on BIOSTEC, pp.104-109, 2017 66 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐH BÁCH KHOA Tp HCM PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: PHAN QUANG TÚ Ngày, tháng, năm sinh: 27/08/1991 Nơi sinh: TX Thủ Dầu Một-tỉnh Bình Dương (Sông Bé) Địa liên lạc: 131/35 Đường 3/2, P.11, Q.10, Tp.HCM QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Thời gian Nơi học Ngành học Bậc học Xếp loại 2009-2014 Đh Bách Khoa Tp.HCM Vật Lý Kỹ Thuật Đại Học TB – Khá 2016-2020 Đh Bách Khoa Tp.HCM Vật Lý Kỹ Thuật Cao Học Q TRÌNH CƠNG TÁC Thời gian 2015-2016 Nghề nghiệp Kỹ sư Nơi công tác Công ty TBYK Đỗ Thân 67 ... luận án đề thiết kế mơ hình thiết bị đo đơn giản động, sử dụng đo nhanh trở kháng sinh học phục vụ chẩn đốn nhanh tình trạng trái, rau củ Mạch thiết kế sử dụng mạch đo trở kháng EVAL-AD5933EBZ... NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Tìm hiểu trở kháng sinh học phép đo phổ trở kháng sinh học EIS  Tìm hiểu AD5933 cách sử dụng mạch đo trở kháng EVAL-AD5933EBZ  Tìm hiểu sử dụng chương trình OriginPro, EIS... Khái niệm trở kháng 2.2 Cấu tạo tế bào sinh học nguồn gốc trở kháng sinh học 2.2.1 Cấu tạo tế bào sinh học 2.2.2 Nguồn gốc trở kháng điện sinh học 2.3 Mơ hình trở kháng