• - Action ↑

 

• - Insurer ↑

 

• - Sharecropping ↑

 

• - Mirrlees ↑

 

• - Limited Liability ↑

 

• - Radner ↑

 

• - Ross ↑

 

• - Robinstein & Yaari ↑

 

• - Shavell ↑

 

• - Output ↑

 

• - to Bear Risk ↑

 

• - be Contracted on ↑

 

• • - در بعضی مدل­ها مهم است که سقفی بر پرداخت­های کارگزار نیز قرار داده شود. برای نمونه، پرداخت­های کارگزار نمی­تواند منفی باشد، که دلالت بر این دارد که کارگزار به کارفرما پرداخت می­ کند. همینطور، در بعضی مدل­ها، مفید است قیدی که حداکثر پرداخت را تعیین می­ کند صریحا وارد شود. برای مثال، پرداخت­های کارگزار باید مقید باشد به اینکه کم­تر از پیش­آمد x باشد. ↑

 

• - Excess ↑

 

• - Incentive Compatibility ↑

 

• - Self-Interest ↑

 

• - First-Best Solution ↑

 

• - Cooperatively ↑

 

• - Additively Separable ↑

 

• - Net Utility ↑

 

• - Multiplicative Separable ↑

 

• - State Independent Utility Functions ↑

 

• - اندیس بیانگر مشتق جزئی نسبت به متغیر مشخص شده، یعنی ، است. ↑

 

• - Effort ↑

 

• - Keeney ↑

 

• - Individual Rationality ↑

 

• - Selfish ↑

 

• - Given ↑

 

• - Conditional upon ↑

 

• - Interior Solution ↑

 

• - Binding ↑

 

• - Wilson ↑

 

• - Syndicate Theory ↑

 

• - Contingencies ↑

 

• - Second-Best Solution ↑

 

• - Participation Constraint ↑

 

• - Messages ↑

 

• - Full Information ↑

 

• - Incomplete-Information ↑

 

• - Pareto-Optimization Program ↑

 

• - Feasible ↑

 

• - First-Order Approach ↑

 

• - Local Second-Order Condition ↑

 

• - Stationary Point ↑

 

• - Lottery ↑

 

• - Additively or Multiplicatively Separable ↑

 

• - Quasi-Linear ↑

 

• - Monotone Likelihood Ratio Condition ↑

 

• - Ex-Post Satisfy ↑

 

• - Outcome-Based Compensation ↑

تابش SPR
وقتی امواج پلاسمونی سطح با یک ذره یا نقص ساختاری برخورد می کنند(چیزی شبیه زبری های سطحی)مقداری از انرژی آنها دوباره به صورت نور تابش می شود.این نور تابشی را می توان در پشت لایه ی نازک فلزی و در جهات مختلف مشاهده کرد.
کاربرد ها
پلاسمون های سطحی برای محاسبه ی درجه ی حساسیت سطوح در چندین اندازه گیری اسپکتروسکوپی شامل اثر فلورسانس،پراکندگی رامان و تولید هارمونیک های دوم مورد استفاده قرار می گیرد.به هر حال در ساده ترین کاربرد از اندازه گیری بازتابش SPR می توان برای مشاهده ی جذب مولکولی موادی مانند پلیمر ها،DNAیاپروتئین های متصل به آن استفاده کرد.

از لحاظ عملی معمول است که زاویه ی کمترین بازتابش (بیشترین جذب)را اندازه گیری کنند.این زاویه در طی اندازه گیری جذب یک لایه ی ضخیم(در حد نانو متر)از مرتبه ی ۱/۰ درجه تغییر می کند.در بعضی روش ها نیز تغییر در طول موج جذب بررسی می شود.مکانیسم آشکار سازی اینگونه است که مولکولهای جذب شده باعث ایجاد تغییرات موضعی در ضریب بازتابش سطح شده و تغییر در شرایط تشدید در امواج پلاسمونی سطح را بوجود می آورند.
اگر سطح از چند نوع بیو پلیمر تشکیل شده باشد با بهره گرفتن از سنسورهای تصویر برداری و ادوات اپتیکی کافی این روش را می توان به تصویر برداری تشدید پلاسمونی SPRIبسط داد.این روش تصاویری با وضوح بالا را بر اساس جذب مولکول ها بدست می دهند که مشابه میکروسکوپ های زاویه ی بروستر است.
برای نانو ذرات نوسانات پلاسمونی نقطه ای سطح می تواند تا ایجاد پرتو های نوری شدید رشد کند.نانو ذرات و نانو سیم ها توانایی جذب زیادی در محدوده ی بین نور مریی و فرابنفش از خود نشان می دهند. که در فلزات حجمی وجود ندارد.این جذب دور از انتظار با افزایش جذب نور افزایش می یابد.درست همان پدیده ای که در سلول های فوتو ولتایی اتفاق می افتد.انرژی(رنگ)این جذب وقتی پلاریزاسیون نور عمودی یا موازی با سطح نانو سیم باشد متفاوت است.جابجایی در این تشدید ناشی از تغییرات موضعی در ضریب پراش و جذب نانو ذرات می تواند برای تشخیص بیو پلیمرهایی مانند DNAو پروتئین های متصل به آنها مورد استفاده قرار گیرد.
مهمترین اصل اپتیکی مورد استفاده برای مدل سازی این سیستم اصل فرنل است که در آن لایه های ضخیم به صورت نا محدود در نظر گرفته می شود.همچنین لایه های دی الکتریک به صورت پیوسته فرض میشوند.این توصیف ممکن است شامل ضریب پراش چندگانه و ضخامت های مختلف باشد.به هر حال معمولا فقط یک حل در محدوده ی داده های منطقی وجود خواهد داشت.
پلاسمون های ذرات فلزی معمولا بال استفاده از نطریه ی پراکندگی MIEمدل سازی می شوند.در بسیاری از حالت ها مدلی که تمام جزییات را در نظر بگیرد وجود ندارد . سنسورهای مورد استفاده برای کاربرد های خاص کالیبره شده و با بهره گرفتن از منحنی کالیبراسیون دقت آنها تعیین می شود.
بیو سنسورهای فیبر نوری
سنسورها طوری توسعه پیدا می کنند تا پاسخ گوی نیاز تحلیل همزمان با اندازه گیری باشند.کار در عمل بسیار ساده است.رابطه مستقیمی بین زمان و مقدار اندازه گیری سنسور و تحلیل داده ها برقرار می شود.سنسورهای بیو شیمیایی که بر پایه ی فیبر نوری عمل می کنند نمونه ای از این سنسورها هستند.همانطور که از اسم آنها مشخص است این سنسورها وسایلی برای انتقال اطلاعات شیمیایی از یک نمونه ی در حال اندازه گیری به واحد پردازش و تحلیل و ایجاد یک سیگنال مفید هستند.تمامی این قسمت ها در ارتباط با هم و کاملا فشرده و در ارتباط مستقیم با نمونه ی اندازه گیری شده هستند.بیو سنسورهای فیبر نوری از یک فیبر نوری برای ایجاد و انتقال اطلاعات استفاده می کنند.
این سنسورها بر اساس نوع مولفه ی مورد استفاده برای اندازه گیری طبقه بندی می شوند.و بر همین اساس به ۵ دسته قابل تقسیم هستند:
۱-بیو سنسورهای فیبر نوری آنزیمی:
که ازیک آنزیم خالص و یا مخلوطی از چند جزبیولوژیکی مانند سلول و یا visideاستفاده می کنند.آنزیم ها واکنش ها را به طور ویژه ای کاتالیز می کنند. و محصولات واکنش ها را به طور مستقیم و یا با انجام واکنش با معرف ها تعیین و آشکارسازی می کنند.
۲- بیو سنسورهای فیبر نوریimmunoassay:
این بیو سنسورها از پیوند بین آنتی بادی ها و آنتی ژن ها استفاده می کنند.این پیوند به طور غیر مستقیم و با بهره گرفتن از نشانه های نوری فلوروسنس و یا به طور مستقیم اندازه گیری و تغییرات ضریب پراش را تعیین می کنند.
۳- بیو سنسورهای فیبر نوری اسید های نوکلئیک:
که از تمایل تبدیل SSDNA(single-standed DNA) به DSDNA(double- standed DNA)استفاده می کنند. این سنسورها معمولا از نشانه گذاری یک عضو SSDNA توسط شناساگرهای نوری استفاده کرده و به همین دلیل به سنسورهای DNAیا genosensorsنیز معروف شده اند.
۴- بیوسنسورهای فیبرنوری تمام سلولی:
این سنسورها اثرات تاثیر یک analyte را روی ریز ساختارها بررسی می کنند.آشکارسازی اپتیکی بوسیله ی یک معرف یا خواص اپتیکی خود سلول ها انجام می شود.باکتری های بیو لومینسانس (bioluminescent) که به روش مهندسی ژنتیک ساخته شده است نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
۵- بیو سنسورهای فیبر نوری biomimetic:
که از مواد غیر بیولوژیکی برای انجام انتخاب های بیولوژیکی استفاده می کنند.
تمام انواع این سنسورها تقریبا شرایط فیزیکی کارکرد مشابهی دارند. یعنی از لحاظ ساختار عملی و ابزار مورد استفاده می توان یک مدل کلی برای آنها در نظر گرفت مثلا شرایط ساخت و اساس کار آنها مشابه است.
در طی دهه گذشته، با پیشرفت فناوری ساخت فیبر نوری و ساخت نانوفیبرها، در پژوهش‌های پزشکی و بیولوژیکی نیز تحولات عظیمی صورت گرفته و فناوری ساخت حسگرهای زیستی و دانش تولید نانومتریِ این ابزارها روزبه‌روز گسترش یافته است. این حسگرها به لحاظ استفاده از نانو فیبر نوری در ساختارشان “نانو حسگرهای نوری” نامیده شده‌ و به دو دسته ی شیمیایی و بیولوژیکی تقسیم می‌شوند. بسته به اینکه بخواهیم این حسگر را برای تجزیه‌ی گونه‌ی داخل سلول، مایع بیولوژیک بین سلولی یا داخل خون به کار ببریم، ابعاد نوک حسگر، زاویه‌ی مخروطی شدن نوک آن و میزان نرمی پوشش روی فیبر متفاوت خواهد بود.برای نمونه، در (شکل زیر)نحوه تهیه‌ی نوک حسگر از روش کشش فیبرهای نوری آورده شده است.
الف ـ شیوه کشیدن فیبر برای ساخت نانوفیبرها از نمای بالا. ب ـ نمای جانبی از یک فیبر کشیده‌شده
در این دستگاه از لیزر دی‌اکسیدکربن برای گرم‌کردن فیبر و از وسیله‌ای برای کشش فیبر در جهت محور اصلی آن استفاده می‌شود. محققان موفق شده‌اند با تغییر دما و میزان نیروی کششیِ اعمال‌شده به فیبر، نوک‌هایی برای حسگرهای زیستی بسازند که قطرشان بین ۲۰ تا ۵۰۰ نانومتر است. این تکنیک سرعتی بالا (حدود ۳ ثانیه) و روند تولید نسبتاً ساده‌ای دارد. در تصویر زیر یک نانوفیبر تولیدشده به شیوه‌ی کشش لیزری در سمت راست و عبور آن از غشای سلولی در سمت چپ نشان داده شده‌‌است.

نانوفیبر تولیدشده به شیوه‌ی کشش لیزری(سمت راست) و عبور نوک حسگر از غشای سلولی (سمت چپ)
حسگرهای فیبر نوری متراکم، سبک، مقرون به صرفه و مقاوم در برابر خوردگی، پرتوهای تشعشعی، حرارت بالا و تداخل‌های الکترومغناطیسی می‌باشند. داشتن این ویژگی‌ها باعث شده است تا فیبرهای نوری، در حوزه انتقال چندتایی به منظور تبادل داده‌های سنسورها کارایی زیادی داشته باشد. همچنین در بافت‌های زنده، دریافت علائم حیاتی درون‌سلولی جهت شناسایی هدف‌های بیوشیمیایی همچون تترول بنزوپیرین، سیتوکروم C، دنباله‌های DNA و ترکیباتی نظیر اینها، به مرحله‌ی کاربردی شدن سوق پیدا کرده‌اند.
در فصل بعد مدل ساده شده ای برای این مکانیسم ها معرفی کرده و سعی می کنیم معادلات حاکم بر آنها را معرفی کنیم. در ادامه شرایطی برای شبیه سازی آنها بیان می کنیم. این شرایط عموما مربوط به ساختار اپتیکی مسئله و شرایط بهینه سازی آن خواهد بود.
نانو بیو سنسور الکتروشیمیایی DNA،اصل و کاربرد ها

راحت دقیق و ارزان برای تشخیص بیماری ها ست.

فصل سوم
۳-۱ مقدمه
بیو سنسورها مرحله ی نهایی یک شاخه ی فزآینده از علم هستند که با بیوتکنولوژی،شیمی و فیزیک و همچنین علوم مهندسی مانند رایانه و شبکه ارتباط گسترده ای دارند و محدوده ی وسیعی از کاربردها را پوشش میدهند.بنابر این واژه ی بیوسنسور مفهومی فراتر از زمینه ی کاربرد آن دارد.به بیان دیگر این سنسور ها یک وسیله ی تحلیلی برای تشخیص و تبدیل مفاهیم زیستی به داده های قابل بررسی هستند.ازآنجایی که در اکثرواکنش های شیمیایی و بیولوژیکی یک سیگنال الکتریکی بوجود می آید می توان از این سنسورها برای اندازه گیری و هدایت آن بهره برد و بیو سنسورهای فیبر نوری به دلیل کاربردهای زیادی که در این زمینه دارند از اهمیت خاصی برخوردار شده اند.این سنسورها به عنوان یک سیستم هوشمند بیولوژیکی در بررسی های پزشکی و مشاهده ی آنلاین فرایند های بیولوژیکی،اسکن و… به کار می روند .بر اساس یافته های دقیق بیولوژیکی از این سنسورها برای تشخیص و درمان پلی نوکلئوتیدهای DNA استفاده شده است.در این فصل به بررسی ساختار این بیو سنسورها و قسمت های مختلف آن خواهیم پرداخت.

انواع و کارکرد بیوسنسورها
۳-۲ در مورد ساختار و نحوه ی کارکرد بیوسنسورهای فیبر نوری مقدمات زیادی وجود دارد که در فصول قبل به آنها پرداخته ایم.مفاهیم کلی و بخش های اصلی این نوع سنسورها در شکل زیر نشان داده شده است.

ساختار کلی و قسمتهای مختلف بیوسنسورها

نمودار ۱-۱.پهنای کامل نصف ماکسیمم انرژی(FWHM) 662KeVپرتو گامایدر آشکارساز، ۵۵KeV را نشان می دهد.
پهنای کامل نصف ماکسیمم انرژی(درصدی) در آشکارسازهای NaI(Tl) ، از ۷ الی ۱۰ درصد است و برای با انرژی ۱۴۰ کیلو الکترون ولت در حدود ۴۲/۰ درصد می­باشد[۱,۲].

همان­طور که دیده می­ شود انرژی قدرت تفکیک به انرژی فوتون اولیه وابسته است. هر چقدر انرژی آن بیشتر باشد درصد انرژی قدرت تفکیک کمتر می­ شود و به عبارت دیگر تفکیک بهتری خواهیم­داشت، زیرا درصد بی­ثباتی آماری کاهش پیدا می­ کند.
۱-۱-۱-۲-۲-۱-۲ راندمان آشکارسازی^[۲۱]:
آشکارسازی یا راندمان آشکارسازی، نسبت آهنگ شمارش­های جذب­شده به آهنگ شمارش­های گسیل شده از نمونه رادیواکتیو مورد نظر می باشد.
آهنگ شمارش و آهنگ گسیل به دلایلی که در ذیل مطرح می­شوند با یکدیگر تفاوت دارند:

 

1. 1. از یک نمونه رادیواکتیو تابش­ها در ۴ استرادیان گسیل می­ شود ولی تنها کسری از تابش­ها به آشکارساز می­رسند، که این کسر علی­القاعده باید به زاویه فضایی آشکارساز بالای چشمه رادیواکتیو وابسته باشد.

 

1. 1. کسری از تعداد تابش­های رسیده به آشکارساز، با کریستال آشکارساز اندرکنش می­ کنند.

 

1. 1. کسری از تعداد فوتون­های تابشی­ اندرکنش نموده و شمرده شده، پیک فوتونی^[۲۲]را تشکیل می­ دهند.

 

1. 1. در ضمن چشمه ما ممکن است گسیلندۀ چندین ذره باشد درحالی­که آشکارساز تنها برای یک ذره با فوتون از خود واکنش نشان می­دهد.

 

اگر بخواهیم بازده را برحسب عوامل وابسته که در بالا ذکر شد به­ صورت ریاضیاتی بنویسیم خواهیم داشت:
(۱-۲) =بازده(efficiency)
بهره ذاتی است و بازده بهرۀ پیک فوتونی یا کسر فوتونی^[۲۳] است . بهره هندسی و فراوانی تابش ذره­ای است که آشکارساز نسبت به آن واکنش نشان می­دهد.
۱-۱-۱-۲-۲-۱-۲-۱ بهرۀ ذاتی^[۲۴] :
این پارامتر عبارت است از نسبت تعداد تابش­های آشکار­شده بوسیلۀ آشکارساز به تعداد کلیه تابش­های گسیلی از آشکارساز.
=
= (۳-۱)
این کسر شامل تمام فوتون­هایی است که با اثر فوتوالکتریک و یا پراکندگی کامپتون جذب شده­باشند. بهرۀ ذاتی به نوع و انرژی تابش­ها و ضریب تضعیف خطی و ضخامت آشکارساز وابسته است و این نیز بدیهی به­نظر­می­رسد زیرا هرچه جذب فوتون گسیل­شده به آشکارساز بالاتر باشد، بهرۀ ذاتی بیشتر می­ شود و وقتی انرژی فوتون کم باشد و یا ضریب تضعیف خطی یا ضخامت آشکارساز زیاد باشد، جذب زیادی خواهیم داشت و بهرۀ ذاتی بالا­می­رود. نمودار (۱-۲) تأثیر ضخامت و انرژی بر بهرۀ ذاتی را نشان­می­دهد.
نمودار ( ۱-۲ ) نمودار بهره ذاتی برحسب انرژی فوتون پرتو گاما­ را نشان می­دهد.
این امر به آن دلیل است که بهرۀ ذاتی پرتو گاما با انرژی پایین برای آشکارسازهای NaI () برابر یک می­باشد و با بالارفتن انرژی این مقدار به صفر میل پیدا می­ کند و برای آشکارسازهای گازی نیز نزدیک صفر (۱/۰ درصد) می­باشد.
۱-۱-۱-۲-۲-۱-۲-۲ بازده فوتوپیک^[۲۵] و کسر فوتونی^[۲۶]:
در مورد این پارامتر می توان گفت که کسری از شمارش­ها فوتوپیک را می­سازند.
= (۴-۱)
این پارامتر از تمام عواملی که در اثر فوتوالکتریک مؤثرند، تأثیر می­پذیرد از جمله اندازه، ترکیبِ آشکارساز و انرژی پرتو گاما، اما اصولاً از پهنای PHA تأثیر می­پذیرد. اگر پهنای پنجرۀ PHA را افزایش دهیم نیز افزایش پیدامی­کند.[۲]
۱-۱-۱-۲-۲-۱-۲-۳ بهرۀ هندسی^[۲۷]:
چشمۀ رادیواکتیو در تمام جهات با چگالی برابر و به­ طور یکنواخت از خود تابش گسیل می­ کند. اگر یک آشکارساز در مکانی مقابل آن چشمه قرار­گیرد تنها کسری از تمام تابش­ها به آن برخورد می­ کنند که به زاویه فضایی آشکارساز نسبت به چشمه بستگی دارد. به­ طور­کلی می­توان گفت بهره­ هندسی، نسبت تعداد تابش­های برخوردکننده به آشکارساز، به تعداد کل تابش­های گسیل شده از چشمه است.
=(۵-۱)
برای آشکارساز دایروی به شعاع r که فاصله آن از چشمه R است، عبارتست از:
=(۶-۱)
در فواصل کوچک مساحت آشکارساز را به­­صورت S=Ωr² و Ω=۲π(۱-cosθ) Ω در نظر­می­گیریم و در نتیجه بهرۀ هندسی (۱-cosθ)/۲ میگردد. وقتی آشکارساز به چشمه چسبیده و در مقابل آن است (θ=۹۰^o) بهره هندسی پنجاه درصد می­ شود و در آشکارسازهای مایع که چشمه درون آشکارساز است ((θ=۱۸۰^o است و بهرۀ هندسی صد درصد می­گردد. شکل (۱-۵) این مطلب را روشن می­سازد.
شکل(۱-۵) نمایش بازده هندسی،آشکارسازD با سطح دایره­ای که r در اینجا شعاع آشکارساز است. (A)آشکارسازD که در فاصلۀ R از چشمه قرار­گرفته­است و بازده هندسی چهار برابر وقتی است که آشکارساز در فاصله ۲r از چشمه قرار گرفته باشد. (B) در اینجا آشکارساز و چشمه در تماس با یکدیگرند و بازده هندسی پنجاه درصد است © در این شکل چشمه کاملاً درون آشکارسازی قرار دارد که یک آشکارنده ایده آل است و بازده آن تقریباًصد درصد است.
۱-۱-۱-۲-۲-۱-۳ زمان مرده^[۲۸]:</st rong>
سیستم­های شمارنده برای آن­ که رویدادی را آشکار و ثبت نمایند مدت زمانی را صرف می­ کنند که در طی این مدت هر رویدادی که اتفاق بیفتد را نمی­بینند و آن را نمی­شمرندکه این مدت، زمان مرده نامیده می­ شود. وقتی که سیستم به حال اول باز می­گردد تنها یک اتفاق را می ­تواند ببیند و مجدد با زمان مرده روبرو هستیم. شمارش­هایی که در این مدت از دست می­روند اتلاف زمان مرده^[۲۹] نامیده می­شوند. در دوربین­های سوسوزن اگر دو رویداد به­ طور همزمان اتفاق بیفتد دامنۀ آن دو با هم جمع­می­ شود و تشکیل یک پالس می­دهد که بیرون از تنظیمات PHA است و حذف می­ شود که به آن pulse pile up می گویند.
زمان مردۀ یک شمارنده از اجزای خود شمارنده ناشی­می­ شود، مثلاً از لامپ­های PM یا از PHA، یا از رابط کامپیوتر و اجزای دیگر. زمان مردۀ آشکارسازهای گایگر­مولر از آشکارسازهای سوسوزن و نیمه­رسانا بیشتر است و همچنین زمان مرد­ۀ آشکارسازهای سوسوزنِ جامد از مایع بیشتر می­باشد. سیستم­ها برحسب چگونگی پردازش پالس­های پیوسته با زمان مردۀ مختص به خود، به دو گروه تقسیم می­گردند:

 

1. 1. Paralyzable

 

1. 1. Nonparalyzable

 

در سیستم­های Paralyzable، اگر اتفاقی در مدت زمان مرده صورت­گیرد زمان مردۀ آن اتفاق، حتی اگر خود آن رویداد شمرده نشود، با زمان مردۀ فعلی جمع می­گردد. در واقع در این نوع سیستم­ها زمان مرده، طولانی­تر خواهدشد. این سیستم­ها برای نمونه ­ای با نرخ شمارش بالا، که نخواهیم شمارش تحت تأثیر آن قرار بگیرد، استفاده می­ شود.
در سیستم­های Nonparalyzable، باز هم رویداد­های ثانویه در زمان مرده شمرده نمی­شوند ولی مدت زمان مرده تغییر­نکرده و افزایش پیدا­ نمی­کند. در نمودار (۱-۳) تفاوت بین این دو سیستم مشخص شده است.
بعضی از اجزاء در آشکارسازها و شمارنده­ها paralyzableو برخی دیگر Nonparalyzable می­باشند.
ارتباط آهنگ شمارش جذب شده و آهنگ شمارش واقعی و زمان مرده T در سیستم­های paralyzable و Nonparalyzable اینگونه تعریف میگردد:
سیستم های paralyzable: (1-7) =
سیستم های Nonparalyzable: (1-8)
نمودار (۱-۳) منحنی­های آهنگ شمارش واقعی و آهنگ شمارش مشاهده شده برای سیستم­های nonparalyzable و paralyzable با زمان مرده را نمایش می­دهد[۲].
زمان مرده در سیستم­ها مشکل جدی به ­وجود می ­آورد، چندین راه برای رفع آن وجود دارد.
راه اول: ابتدا برای و معلوم نموداری همچون نمودار یا بر­حسب اکتیویته­های معلوم رسم می­گردد و زمان مردۀ سیستم­ها با بهره گرفتن از دو رابطۀ بالا بدست می ­آید. سپس مجهول با معلوم و زمان مردۀ محاسبه شده، بدست آمده و تعدیل می­گردد.
راه دوم: استفاده از دو چشمۀ رادیواکتیو که یکبار جدا و بار دیگر با هم تحت شمارش قرار می­گیرند، است. زمان مرده از یکی از این سه اندازه گیری با بهره گرفتن از معادله مناسب بدست می­آیند.

بعد از قرارگیری زیرلایه در محلول لایه­نشانی، ذرات فلزی بر سطح کاتالیز شده زیرلایه رسوب می­ کنند. رسوب فلز در این فرایند از یک مکانیسم الکتروشیمیایی پیروی می­ کند(مثل واکنش­های اکسایش و کاهش) که شامل انتقال الکترون­ها بین انواع واکنش دهنده­های شیمیایی می­باشد. اکسایش با از دست دادن الکترون­ها و کاهش با بدست آوردن الکترون­ها همراه است. بنابراین اکسایش، یک فرایند آندی و کاهش، یک فرایند کاتدی را نشان می­دهد. یک مدل الکتروشیمیایی استفاده شده برای فرایند رسوب­دهی الکترولس فلز، بر اساس تئوری پتانسیل مخلوط فرایند رسوب پیشنهاد داده شده است. بر اساس تئوری پتانسیل مخلوط رسوب­دهی الکترولس، واکنش کلی می ­تواند به یک واکنش کاهشی و یک واکنش اکسایشی تجزیه شود. این واکنش های کاهشی و اکسایشی در زیر توصیف شد.

معادله ۱-۳- کاهش
معادله ۱-۴- اکسایش
که  یون فلزی،  عامل کاهنده،  اتم فلزی،  محصول اکسایش در اثر عامل کاهنده،  الکترون، z و  تعداد الکترون های منتقل شده درواکنش های اکسایشی کاهشی هستند.
واکنش کلی رسوب الکترولس توسط معادله ی ۱-۵ نشان داده شده است. تصویر شماتیک اجزای اصلی رسوب الکترولس در شکل ۱-۹ نشان داده است[۹۳].
معادله ۱-۵- واکنش کلی
شکل ‏۱‑۸- تصویر شماتیک اجزای اصلی لایه­نشانی احیایی[۹۳]
زیرلایه
جنس زیرلایه­ی مورد استفاده نیز بسیار مهم می­باشد. منسوج دارای ساختار سه بعدی است. ویژگی ساختارهای منسوج توسط ویژگی­های خاص الیاف تشکیل­دهنده و ساختارهای نخ و پارچه تعیین می­ شود. پلی­استر گسترده­ترین منسوج مصنوعی مورد استفاده است که یک چهارم الیاف تولیدی جهان را تشکیل می­دهد. پلی­استر انواع متفاوتی دارد. ساختار شیمیایی پلی­استر در شکل ۱-۱۰ نشان داده می­ شود.

شکل ‏۱‑۹- ساختار شیمایی پلی اتیلن ترفتالات[۹۳]
پلی­استر مزایایی زیادی همچون قیمت ارزان، استحکام بالا، انعطاف­پذیری، سبک­وزنی و ثبات ابعادی دارد. پلی­استر دارای نقطه ذوب بالایی است و در برابر رنگ، حلال­ها و بیشتر مواد شیمیایی، لک، کشش و جمع­شدگی مقاوم است. سریع خشک می­ شود و در برابر سایش، سفیدک و چین و چروک مقاوم است. پلی­استرها ثیات خوبی در برابر نور، اکسیژن، آب و بسیاری از مواد شیمیایی دارند. علاوه بر مزایای ذکر شده، پلی­استر ویژگی­های نامطلوبی همچون آبگریزی، تولید و تجمع بار الکتریکی ساکن، چربی­دوست بودن می­باشد[۹۲, ۹۵]
روش متداول برای ایجاد خوردگی و تشکیل گروه ­های هیدروکسیل در سطح پارچه پلی استری، استفاده از روش هیدرولیز قلیایی می­باشد. در طی این فرایند سطح پارچه دچار خوردگی شده و یکسری گروه ­های هیدروکسیل در آن ایجاد می­ شود[۹۵].
آماده ­سازی زیرلایه با فرایند پلاسما
فرایند پلاسما
در سال ۱۸۷۹ آقای ویلیام کروک مفهوم پلاسما را به عنوان حالت چهارم ماده پیشنهاد کرد. در سال ۱۹۲۸ شیمیدان امریکایی ایروینگ لانگمیور برای اولین بار از واژه­ی پلاسما استفاده کرد. پلاسما مخلوطی از گونه­ های واکنش­پذیر مانند رادیکال­های آزاد، الکترون­ها و ذرات سنگین است که آن را به یک وسیله­ بی­نظیر و متنوع برای اصلاح سطح تبدیل می­ کند. تکنولوژی پلاسما یک فرایند تمیز و خشک است که نسبت به فرآیندهای شیمیایی قدیمی مزایای متعددی دارد و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه­تر و دوستدار محیط زیست است. با توجه به پتانسیل­های متنوع و ویژگی­های بی­نظیر پلاسما، از آن با موفقیت در زمینه ­های مختلفی از جمله الکترونیک، صنایع ابزارسازی، خودرو، دستگاه­های پزشکی و به طور کلی صنعت پلاستیک و فیلم استفاده شد[۹۶].
ساختار و خواص مواد نساجی کاملا متفاوت و پیچیده­تر از سطح پلاستیک و فلز است. اساسا خواص سطح نقش مهمی را در مراحل مختلف تولید منسوج و همچنین عملکرد ویژه و معمولی منسوج دارد. بسیاری از خواص منسوجات مثل ترشوندگی، چسبندگی، قابلیت چاپ، اصطکاک، تولید بار ساکن، جمع­شدگی(در مورد پشم)، مقاومت در برابر آب، مقاومت در برابر لک، تا حد زیادی تحت تاثیر ویژگی­های سطح منسوج است. به عبارت دیگر با اصلاح سطح می­توان خصوصیات و عملکرد متنوع و مطلوبی را در منسوجات ایجاد کرد[۹۷].
با ظهور فناوری پلاسما، تحولی جدید در عرصه بهبود خواص سطحی مواد مختلف بوجود آمده است. پلاسما از طریق برخورد الکترون­ها و فرآیندهای فتوشیمیایی باعث قطع ارتباط مولکول­ها و درنتیجه تولید رادیکال­های آزاد با چگالی بالا می­ شود. این عمل باعث اختلال پیوندهای شیمیایی در سطح الیاف و پلیمرها و درنتیجه شکل­ گیری گونه­ های شیمیایی جدید می­ شود. هم شیمی سطح و هم توپوگرافی سطح تحت تاثیر پلاسما تغییر می­ کند اما در ویژگی­های اصلی ماده تغییری ایجاد نمی­کند. [۹۵, ۹۸].
برهم­کنش بین پلاسما با سطح منسوجات
مشکلات چسبندگی مخصوصا برای پارچه­هایی با الیاف مصنوعی در هنگام پوشش­دهی و چاپ منسوجات وجود دارد. بسیاری از زیرلایه­ی پلیمری به دلیل انرژی سطحی کم، چسبندگی ضعیفی دارند. چسبندگی از ویژگی­های سطح است که اغلب توسط لا­یه­ای از مولکول­ها کنترل می­ شود. انواع بسیاری از روش­های مرطوب و شیمیایی برای افزایش چسبندگی سطح وجود دارد ولی به دلیل ملاحظات زیست­محیطی و ایمنی قابل قبول نیستند. در اصلاح الیاف و پلیمرها با پلاسما، ذرات پرانرژی و فوتون­های تولیدشده به شدت با سطح زیرلایه برهم­کنش داشته و باعث چهار اثر عمده­ی تمیز کردن سطح، فرسایش، پیوند عرضی مولکول های نزدیک سطح و اصلاح ساختار شیمیایی سطح می­شوند[۹۹]. از ویژگی­های جالب پلاسما این است که به دلیل سطح نفوذ کم، تغییرات در عمق چند نانومتر محدود می­شوند[۹۸]
برای بررسی کاربردهای بالقوه پلاسما در منسوجات، فهمیدن برهم­کنش بین گونه­ های پلاسما با منسوجات ضروری است. وقتی که گونه­ های برانگیخته و پرانرژی پلاسما(یون­ها، رادیکال­ها، الکترون­ها ) سطح منسوج یا پلیمر را بمباران می­ کنند، واکنش­های متنوعی را آغاز می­ کنند. به طور کلی، پلاسما می ­تواند دو نوع برهم کنش با سطح داشته باشد. نوع اول گسیختگی زنجیرهای سطح است که باعث کنده­کاری، تمیز کردن و یا فعال­سازی می­ شود. نوع دوم برهم­کنش باعث پلیمریزاسیون یا برقراری پیوند جدید می­ شود. برهم­کنش نوع اول با بهره گرفتن از گازهای غیر پلیمریزه کننده مثل هلیوم، آرگون، اکسیژن، هوا و نیتروژن انجام می­ شود. پلیمریزه کردن یا ایجاد پیوند بر روی سطح منسوج می ­تواند با بهره گرفتن از گازهای پلیمریزه­کننده متنوعی مثل فلوروکربن­ها، هیدروکربن­ها و سیلیکون حاوی مونومرها انجام شود. شکل۱-۱۱ (الف) و (ب) هر دو نوع برهم­کنش را نشان می­دهد[۹۶].
شکل ‏۱‑۱۰- برهم­کنش بین سطح و پلاسما
در هر دو نوع برهم­کنش بین سطح و پلاسما، گازهای حامل نقش بسیار مهمی را ایفا می­ کنند. معمولا گازهای بی­اثر مثل هلیوم یا آرگون به عنوان گاز حامل، هم برای کنده­کاری سطح و هم برای پلیمریزه کردن توسط پلاسما، می ­تواند استفاده شود. اصلاح سطح منسوجات با بهره گرفتن از گازهای غیر پلیمریزه­کننده به پارامترهای مختلفی مثل مدت زمان قرارگیری در معرض پلاسما، ماهیت گاز مورد استفاده، ماهیت زیرلایه و قدرت تخلیه، بستگی دارد. نوع گاز مورد استفاده برای تولید پلاسما هم، نقش مهمی را ایفا می­ کند. چون می ­تواند ویژگی­های متفاوتی را بر روی سطح منسوج ایجاد کند. روبل و همکارانش اثر گازهای مختلف مثل نیتروژن، اکسیژن، هوا، کربن­دی­اکسید و آمونیاک را بر روی خواص پارچه­ی پلی­استری اصلاح شده با پلاسما بررسی کردند. گزارش شد که گازهای مختلف در پلاسما، تغییرات مورفولوژیکی و شیمیایی متفاوتی را بر روی سطح پارچه­ی پلی­استری ایجاد می­ کنند. بنابراین برای انتخاب گاز پلاسما باید بسیار دقت کرد تا ویژگی موردنظر در سطح منسوج را ایجاد کند. گازهای بی­اثر عمدتا فعال­سازی سطح را با تولید رادیکال­های آزاد در سطح بوسیله­ی گسیختگی زنجیرها انجام می­ دهند. در حالی­که گازهای واکنش­گری همچون اکسیژن و آمونیاک، گروه­هایی شامل اکسیژن یا نیتروژن ایجاد کنند. این تغییرات در شیمی سطح ممکن است منجر به کاربردهای مختلفی مثل بهبود در چسبندگی، چاپ، رنگرزی و .. شود[۹۶].
منسوجات مورد عمل قرار گرفته با پلاسما تحت تغییرات شیمیایی و فیزیکی از جمله تغییرات شیمیایی در لایه­ های سطحی، تغییرات در ساختار لایه­ی سطحی، تغییرات در خصوصیت­های فیزیکی لایه­ های سطحی قرار می­گیرند. پلاسما از طریق برخورد الکترون­ها و فرآیندهای فتوشیمیایی باعث قطع ارتباط مولکول­ها و درنتیجه تولید رادیکال­های آزاد با چگالی بالا می­ شود. این عمل باعث اختلال پیوندهای شیمیایی در سطح الیاف و پلیمرها و درنتیجه شکل­ گیری گونه­ های شیمیایی جدید می­ شود. هم شیمی سطح و هم توپوگرافی سطح تحت تاثیر پلاسما تغییر می­ کند و مساحت سطح مخصوص الیاف به طور قابل ملاحظه­ای افزایش می­یابد. عمل­آوری با پلاسما در سطح الیاف و پلیمر باعث ایجاد گروه ­های عاملی جدید مثل  ،  ،  می­ شود. این گروه­ ها ترشوندگی پارچه را تحت تاثیر قرار می­ دهند[۹۹].
در تحقیق حاضر به دنبال انجام روش­هایی برای پوشش­دهی منسوج با پلیمرهای رسانا همچون پلی­انیلین، پلی­پیرول و نانولوله­های کربنی است. زیرلایه­ی استفاده شده در این کار پارچه­ی پلی­استری خام و پوشش­دهی شده با نانوذرات مس و نیکل می­باشد.
فصل دوم
تجربیات
بخش تجربیات شامل دو قسمت می‌باشد که عبارتند از: ۱- ساخت پارچه‌‌ی رسانا ۲- دستگاه ها و تجهیزات.
شرح کلی آزمایشات
برای لایه­نشانی منسوج با نانولوله­های کربنی و پلیمر رسانا آزمایشات در چندین مرحله انجام شده است.

 

1. 1. آماده ­سازی پارچه­ی پلی­استری به دو روش هیدرولیز قلیایی و پلاسمای اکسیژن.

 

1. 1. ساخت پارچه­ی رسانا توسط لایه نشانی فلزی، که با لایه نشانی احیایی فلز نیکل و مس صورت می­گیرد.

 

1. 1. ساخت پارچه‌‌ی رسانا توسط پلیمرهای رسانا، که شامل پلیمر رسانای پلی­پیرول و پلی­انیلین می­باشد.

 

1. 1. ساخت پارچه­ی رسانا توسط توسط لایه نشانی کامپوزیتی از پلیمر رسانای انیلین و پیرول با فلز مس و نیکل.

 

1. 1. ساخت پارچه­ی­ رسانا توسط لایه­نشانی کامپوزیتی از پلیمر رسانای انیلین و پیرول با نانولوله­های کربنی چند دیواره.

 

1. 1. ساخت پارچه­ی­ رسانا توسط لایه­نشانی کامپوزیتی از نانولوله­های کربنی، پلیمر رسانای انیلین و پیرول با نانوذرات فلزی مس و نیکل.

 

آماده ­سازی
پارچه های پلی استر به دلیل جذب رطوبت پایین و هیدروفوب بودن به یک سری عملیات پیش واکنشی جهت ارتقاء قابلیت جذب نیاز دارند به همین دلیل ابتدا این پارچه را با بهره گرفتن از دو روش هیدرولیز قلیایی با سدیم هیدروکسید یا پلاسمای اکسیژن مورد عمل قرار داده شد تا یکسری گروه ­های عاملی هیدروکسیل و خراش در سطح آن ایجاد شود و باعث افزایش جذب آب و هیدروفیل شدن سطح زیرلایه گردد.
آماده ­سازی نمونه با پلاسما
برای ­آماده ­سازی نمونه­ها با پلاسما از دستگاه پلاسما  (  ) ساخت کره استفاده شد. نمونه­ها در یک محفظه­ی کوچک بین دو الکترود قرار گرفته و از اکسیژن به عنوان گاز ورودی استفاده شد. عمل­آوری با پلاسمای اکسیژن به مدت ۱۵ دقیقه در فشار  ۴ و توان ۹۰ وات انجام شد. شکل ۲-۱ دستگاه پلاسمای استفاده شده در این پروژه را نشان می­دهد.
شکل ‏۲‑۱- دستگاه پلاسما
آماده ­سازی نمونه با هیدرولیز قلیایی
به منظور آماده ­سازی نمونه با بهره گرفتن از هیدرولیز قلیایی، ابتدا محلول ۲۰ گرم بر لیتر سدیم هیدروکسید را تهیه کرده و سپس پارچه به مدت ۱۵ دقیقه در دمای ۷۵ درجه در آن غوطه­ور می­ شود. سپس پارچه خارج شده و با آب دوبار تقطیر شستشو داده می­ شود.
مواد و روش­های مورد استفاده برای ساخت منسوج رسانا توسط لایه­نشانی به ‌روش احیایی
همان طور که گفته شد هدف از انجام این پروژه لایه­نشانی منسوج با کامپوزیتی از پلیمر رسانا و نانولوله­های کربنی به منظور استفاده از آن به عنوان الکترود مقابل در سلول خورشیدی می­باشد. از آنجایی که در سلول­های خورشیدی از شیشه­ی رسانا به عنوان زیرلایه استفاده می­ شود در این پروژه از پارچه­های رسانا شده با نانوذرات مس یا نیکل به عنوان زیرلایه استفاده گردید. برای پوشش­دهی منسوجات با نانوذرات فلزی روش­های مختلفی پیشنهاد شده است که بهترین آن­ها لایه­نشانی به روش احیایی می­باشد. در این روش سطح منسوج بدون استفاده از منبع خارجی مولد جریان الکتریکی لایه­نشانی می­ شود. در پروژه حاصل پارچه پلی­استری را با فلزات نیکل و مس به روش احیایی لایه­نشانی کردیم. در این روش یون­های فلزی مس و نیکل که دارای بار مثبت و گیرنده الکترون می­باشند توسط احیاء شیمیایی که بوسیله مواد احیاء کننده صورت می­گیرد، الکترون دریافت نموده و اتم­های فلزی خنثی روی سطح لایه­نشانی می­گردد.
لایه­نشانی با مس
مواد مورد استفاده در لایه‌نشانی احیایی با مس
پارچه‌ی ۱۰۰ درصد پلی­استر با تراکم تار و پود (۳۰×۳۵) و ابعاد نمونه ۵ × ۵ سانتی­متر ، شوینده Dyatex ANW (آنیونیک/نانیونیک) از شرکت دایر شیمی، سود (NaOH)، کلرید قلع (SnCl₂)، اسید کلریدریک (HCL)، کلرید پالادیم (PdCl₂)، سولفات مس (CuSO₄)، سولفات نیکل (NiSO₄.6H₂O)، هیپوفسفیت سدیم (NaH₂PO₂.H₂O)، اسید بوریک (H₃BO₃) و سیترات سدیم (C₆H₅Na₃O₇.2H₂O) است همه این مواد شیمیایی از شرکت مرک آلمان خریداری شده است.
روش لایه نشانی احیایی با مس
به ‌دلیل هدایت الکتریکی بسیار بالای فلز مس، از نمک این فلز برای لایه‌نشانی استفاده شده است. برای لایه­نشانی با مس ابتدا لازم است محلول ها از قبل تهیه شوند.

 

• • محلول ماده‌ی حساس‌کننده: ۱۰ گرم بر لیتر از کلرید قلع در اسیدکلریدریک حل شده و به حجم رسانده شد. محلول را به مدت ۲۴ ساعت در دمای محیط نگه داشته تا محلول به‌طور کامل شفاف شود.

 

• • محلول ماده‌ی فعال‌کننده: ۱/۰ گرم بر لیتر کلرید پالادیوم در اسیدکلریدریک حل شده و به حجم رسانده شد. محلول را در دمای محیط قرار داده و بعد از ۲ ساعت آماده شد.

 

فرایند لایه‌نشانی به‌صورت چند مرحله‌ای انجام گرفت که این مرحله‌ها در شکل۲-۲ نشان داده است.

(۳- ۱)
در سیستم سه فاز متعادل، ولتاژهای خروجی خط به نول لحظه­ای، v_AN، v_BN، و v_CN، به صورت زیر بیان می­شوند:
(۳- ۲)
که، با ترکیب آن با معادله (۳-۱)، خواهیم داشت:
(۳-۳ )
معادلات ۳-۲ و ۳-۳ محاسبه ساده ولتاژهای خروجی خط به خط و خط به نول را برای حالتهای مختلف اینورتر ممکن می­سازند.

۳-۲- ساختار مبدل­های چند سطحی قدرت
قبل از ادامه بحث راجع به این موضوع، باید توجه داشت که عنوان مبدل چند سطحی برای اشاره به یک مدار الکترونیک قدرت که توانایی عملکرد در حالت یکسوساز و معکوس کننده^[۱] را دارد، به کار می رود. ساختارهای اینورتر چند سطحی کانون توجه این فصل می­باشد، هرچند ساختار ترسیم شده، می ­تواند برای عملکردهای یکسوکنندگی نیز اعمال گردد.
۳-۲-۱- پل ­های H متوالی بامنبع DC جداگانه
ساختار تک فاز یک اینورتر متوالی چند سطحی در شکل ۳-۲ رسم شده است. هر منبع DC جداگانه (SDCS^[2]) به یک پُل کامل تک فاز یا یک اینورتر پُل H متصل می­ شود. هر سطحی از اینورتر قادر به تولید سه خروجی متفاوت ولتاژ، V_DC + صفر و –V_DC است که با اتصال منبع DC به خروجی AC همراه با تلفیق متفاوتی از هر چهار کلید S1, S2, S3, S4 صورت گرفته است. برای دستیابی به ولتاژ +V_DC ، کلیدهای S₁ و S₄ روشن شده و برای رسیدن به ولتاژ –V_DC ، کلید­های S₂ و S₃ روشن می­شوند. با روشن کردن S₁ و S₂ یا S₃ و S₄ ولتاژ خروجی صفر می­گردد۳۲٫ خروجی­های ac هر یک از سطوح مختلف اینورتر پُل کامل به صورت سری متصل می­ شود به طوری که شکل موج تلفیقی ولتاژ، حاصل جمع خروجی­های اینورتر است. تعداد سطوح ولتاژهای فاز خروجی، m، دریک اینورتر متوالی با رابطه m = 2S+1 تعریف می­ شود که S همان تعداد منابع DC جداگانه می­باشد.]۳۱-۳۵[
نمونه ­ای از شکل موج ولتاژ فاز برای یک اینورتر پل H متوالی ۱۱ سطحی همراه با ۵ منبع DC مجزا و ۵ پل کامل در شکل ۳-۳ نشان داده شده است. ولتاژ فاز برابر است با :
V_an = V_a1+ V_a2+ V_a3+ V_a4+ V_a5
شکل ۳-۲ : ساختار مدار یک فاز از اینورتر چند سطحی متوالی
شکل ۳-۳ : شکل موج ولتاژ خروجی اینورتر چند سطحی متوالی با پنج منبع dc مجزا
زاویه­ های تنظیم  ، می­توانند به گونه ­ای انتخاب شوند که اعوجاج­ هارمونیکی کل ولتاژ به حداقل برسد. به طور کلی هارمونیک­های پایین­­تر غالب مثل هارمونیک­های پنجم، هفتم، یازدهم و سیزدهم حذف می گردند. جزئیات بیشتر مرتبط با تکنیک­های حذف هارمونیک در بخش­های بعدی معرفی خواهد شد. اینورترهای متوالی شده چند سطحی، برای کاربردهایی مانند تولید توان راکتیو ایستایی^[۳]، رابطه منابع انرژی تجدیدپذیر^[۴]و موارد مرتبط با کاربردهای باتری ـ محور، پیشنهاد گردیده است. اینورترهای متوالی ۳ فاز می­توانند به صورت ستاره وصل شوند و یا در حالت مثلث به نمایش در آیند]۳۶،۳۵[.
مزایا و معایب اصلی مبدل های پل H متوالی چند سطحی موارد زیر را در بر می گیرد:
مزایا:
- تعداد سطوح ولتاژ خروجی بیش از دو برابر تعداد ولتاژ های لینک DC است m=2S+1 .
- پل­های سری H مناسب برای تولید بسته ای در قالب یک مجموعه یکپارچه برای هر سطح می باشند. این فرایند تولید را سریع­تر و ارزان­تر می­سازد]۳۸،۳۷٫[
معایب:
- منابع dc جداگانه­ ای برای هر یک از پل­های H مورد نیاز است. همین امر کاربردش را برای محصولاتی که قبلاً منبع تغذیه های چندگانه را به صورت آماده در اختیار داشته اند با محدودیت مواجه می­سازد.
۳-۳- روش های کنترل منبع ولتاژی
این روش ها بر اساس یک الگوی ثابت کلیدهای اینورتر را روشن و خاموش می کنند تا یک شکل موج ولتاژ ثابت در خروجی تولید شود. به این ترتیب از دید خروجی، اینورتر مشابه یک منبع ولتاژ عمل خواهد کرد. از این روش­ها بویژه در کنترل اینورترهایی که خروجی آنها بصورت جدا از شبکه یک بار مشخص را تغذیه می کند، استفاده می شود. همچنین در اینورترهای موازی با شبکه، وقتی هدف تنها تزریق توان اکتیو یا راکتیو باشد، چنین روش هایی به راحتی قابل استفاده خواهند بود (در این حالت جریان مرجع خروجی اینورتر تنها شامل مولفه اصلی خواهد بود)] ۴۰،۳۹[.
۳-۳-۱- مدولاسیون پهنای پالس سینوسی دو قطبی (SPWM^[5])
مدولاسیون پهنای پالس عبارت است از تغییرات دامنه یک سیگنال به تغییرات پهنای یک پالس­مربعی. مدولاسیون پهنای پالس سینوسی بدلیل سادگی در پیاده سازی روی مدار و در دسترس بودن قطعات مورد نیاز آن بصورت ماژول های آماده، همچنان یکی از محبوب­ترین طرح­های کلیدزنی اینورترهاست.
سیگنال PWMرابرحسب کاربردهایی که دارند می توان به چند روش تولید کرد که عبارتند از:
روش دیجیتال:
اصل پایه در تولید سیگنال PWM در روش دیجیتالی اینست که یک شمارنده مدام در حال شمارش افزایشی بوده از مقدار صفر تا FF هگز و دوباره بازگشت به مقدار صفر) و مقدار این شمارنده با مقدار موجود در یک رجیستر که قبلا ذخیره شده و یا با حاصل تبدیل یک مبدل آنالوگ به دیجیتال مقایسه می شود و حاصل این مقایسه پالس هایی می باشد که از انها متناسب با داده موجود در رجیستر یا داده بدست آمده از مبدل ADC است. نمونه ای از این روش با بهره گرفتن از رجیستر در شکل ۳-۴ نشان داده شده است. همانطوری که در شکل نیز مشخص است، عمل شمارش توسط IC74LS161 انجام می شود که کلاک آن توسط اسیلاتور ساخته شده با ۷۴LS14 تامین شده است.

شکل۳-۴: سیگنال تولید شده PWM به روش دیجیتالی
فرکانس کلاک این اسیلاتور از رابطه زیر بدست می ­آید:
F= 1/6.3×R×C
۲-روش انالوگ:
الگوی کلی کلیدزنی اینورترها بر اساس طرح مدولاسیون پهنای پالس سینوسی در شکل ۳-۵ نشان داده شده است. همانطور که در این شکل دیده می شود یک شکل موج سینوسی در فرکانس پایه بعنوان موج مرجع، با یک موج حامل که معمولاً شکل موج دندان اره ای دارد و در فرکانس n برابر فرکانس پایه نوسان می­ کند مقایسه می­ شود. بزرگتر بودن موج مرجع سینوسی به معنای این است که پل اینورتری در وضعیت مثبت قرار می­گیرد و بزرگتر بودن موج حامل وضعیت منفی را فعال می­ کند. یک چنین طرحی به راحتی روی اینورترهای نیم موج و تمام موج قابل اجراست.
محاسبه شاخص مدولاسیون در روش آنالوگ بصورت زیر می­باشد:
همانگونه که در شکل ۳-۶ نیز طیف هارمونیکی ولتاژ خروجی را نشان می دهد، پایین ترین مرتبه هارمونیک غیر اصلی قابل توجهی که در این طرح تولید می شود، از مرتبه ۱۹ و ۲۱ است. این طرح کلید­زنی بویژه برای اینورترهای ۳ فاز ۶ کلیده بسیار مورد توجه است. در این طرح با توجه به تعداد کم پله های ولتاژ خروجی، ولتاژ حالت مشترک نسبتاً بزرگی تولید می­ شود که برای رفع آن استفاده از اینورترهای چندسطحی می ­تواند یکی از گزینه ها باشد. ایده کلیدزنی به روش مدولاسیون موج مربعی دو قطبی و تک قطبی را می توان به صورت جداگانه روی سطوح مختلف یک اینورتر چند سطحی متوالی پیاده کرد. در حالتی که کنترل همه کلیدها در تمام سطوح با پارامترهای مدولاسیون مشابهی صورت پذیرد، این روش مشابه عملکرد یک پل اینورتری تنها با ولتاژ dc چند برابر بزرگتر خواهد بود. با این تفاوت که هر یک از کلیدهای نیمه هادی قدرت در اتصال چند سطحی ولتاژ کمتری را متحمل می شوند. یک مزیت این طرح این است که می توان از یک سیستم تولید پالس واحد برای تمام سطوح استفاده کرد. تنها کافیست خروجی، برای پل های مختلف از یکدیگر مجزا شود. به این ترتیب هزینه پیاده سازی این طرح کنترلی به حداقل خواهد رسید]۴۰[.

شکل ۳- ۵: سیگنال تولید شده PWM به روش آنالوگ
شکل ۳-۶ : a) موج مدولاسیون و موج حامل در مدولاسیون پهنای پالس سینوسی b) ولتاژ تولیدی هر فاز در اینورتر نیم موج تکفاز c) طیف هارمونیکی ولتاژ تولیدی (f_c=21 f₀ و m=0.8)
۳-۳-۲- مدولاسیون پهنای پالس سینوسی با مدولاسیون چند گانه]۵۱[
همانطور که پیشتر گفته شد، وقتی یک اینورتر تکفاز دو قطبی به روش مدولاسیون پهنای پالس سینوسی کلیدزنی شود اولین هارمونیک قابل توجه در ولتاژ تولیدی از مرتبه n برابر فرکانس پایه است که n ضریب فرکانس موج حامل نسبت به موج مرجع است. اما این تا زمانی برقرار است که ضریب شاخص مدولاسیون کمتر از یک باشد. برای توضیح این مساله شکل های ۳-۷ و ۳-۸ نمونه شکل موج های خروجی SPWM را برای مقادیر مختلف شاخص مدولاسیون نشان می­ دهند. همانگونه که دیده می­ شود افزایش شاخص مدولاسیون به بالای یک (حالت فوق مدولاسیون) در عین اینکه فرکانس کلیدزنی را پایین می ­آورد (که این به نوبه خود یک مزیت محسوب می شود) اما دامنه هارمونیک های مرتبه پایین را که فیلتر کردن آنها دشوار است به شکل نامطلوبی افزایش می­دهد ]۴۱[.
وقتی از یک اینورتر چند سطحی استفاده شود که هر سطح با مدولاسیون پهنای پالس سینوسی با فرکانس مشابه f_c کلیدزنی می­ شود به دلیل افزایش دامنه مولفه اصلی ولتاژ خروجی، دامنه دیگر هارمونیک های تولیدی کمتر به چشم می آید و ضریب اعوجاج کل حتی در حالتی که شاخص مدولاسیون برای برخی سطوح اینورتر بالای یک باشد نیز قابل قبول خواهد بود. برای مثال شکل ۳-۹ نتیجه جمع شدن ولتاژ خروجی سه اینورتر تکفاز را در یک اینورتر چند سطحی نشان می دهد. هر سطح با شاخص مدولاسیون متفاوتی کنترل می شود. بنابراین حداقل برای برخی سطوح می توان فرکانس کلید زنی را به این روش به طرز چشمگیری کاهش داد.
شکل ۳-۷ : a) مدولاسیون پهنای پالس سینوسی به ازای m=1.4 و f_c=21f₀b) شکل موج ولتاژ تولیدی c) طیف هارمونیکی ولتاژ تولیدی
محاسبه شاخص­ های مدولاسیون سطوح مختلف در اینجا با تعریف یک تابع هزینه مطلوب و بهینه سازی آن بر اساس چند شرط انجام می­ شود:
- شاخص­ های مدولاسیون حتی الامکان بالا باشند تا فرکانس کلیدزنی در اینورتر هرچه پایین بیاید.
- دامنه موج اصلی ولتاژ خروجی باید از مقدار مرجع تبعیت کند.
- شاخص اعوجاج هارمونیکی کل باید در حد مطلوبی پایین باشد.
شکل ۳-۸ : (a مدولاسیون پهنای پالس سینوسی به ازای m=0.4 و b f_c=21f₀) شکل موج ولتاژ تولیدی c) طیف هارمونیکی ولتاژ تولیدی
توجه به این نکته حائز اهمیت است که در محاسبه شاخص اعوجاج هارمونیکی می­توان از هارمونیک های مرتبه بالا که معمولاً براحتی با فیلترهای پسیو حذف می­شوند صرف نظر کرده و آنها را صفر در نظر گرفت.
شکل ۳-۹ : a) ولتاژ تولیدی یک اینورتر چند سطحی حاصل از جمع سه ولتاژ تولیدی به روش SPWM با فرکانس موج حامل یکسان fc=21f0 و شاخص های مدولاسیون m=0.4 , 1 , 1.4b) طیف هارمونیکی ولتاژ
۳-۳-۳- مدولاسیون پهنای پالس سینوسی با چند فرکانس موج حامل
همانطور که اشاره شد، وقتی از اینورتر چند سطحی استفاده شود، می توان فرکانس کلیدزنی را حداقل برای برخی سطوح کاهش داد، بدون اینکه اعوجاج هارمونیکی ولتاژ خروجی افزایش چشمگیری پیدا کند. به این ترتیب سطوح مختلف اینورتر با شاخص مدولاسیون مشابه ولی با فرکانس های موج حامل متفات f₁ و f₂ و … کلیدزنی می شوند. به این ترتیب پایین ترین مرتبه هارمونیک ولتاژ خروجی برابر با پایین ترین فرکانس کلیدزنی سطوح اینورتر است که ممکن است به حدی پایین آورده شود که به خوبی قابل فیلتر کردن نباشد اما دامنه آن با توجه به اینکه تنها در یکی از سطوح اینورتر تولید می­ شود، می ­تواند در ولتاژ کلی خروجی پایین باشد. برای مثال شکل ۳-۱۰ ولتاژ تولیدی سطوح مختلف یک اینورتر ۷ سطحی را نشان می­دهد که با فرکانس­های متفاوتی کلید زنی می شوند. محاسبه همزمان شاخص مدولاسیون و فرکانس­های کلیدزنی با تعریف تابع هزینه مناسب و مینیمم کردن آن با قیود زیر انجام می شود: