Застосування багатофакторного дисперсійного аналізу з метою якісного оцінювання впливу факторів на чутливість ємнісного сенсора вологості

ЗАСТОСУВАННЯ БАГАТОФАКТОРНОГО ДИСПЕРСІЙНОГО АНАЛІЗУ З МЕТОЮ ЯКІСНОГО ОЦІНЮВАННЯ ВПЛИВУ ФАКТОРІВ НА ЧУТЛИВІСТЬ ЄМНІСНОГО СЕНСОРА ВОЛОГОСТІ

APPLICATION OF MULTIFACTOR DISPERSION ANALYSIS WITH THE PURPOSE OF QUALITATIVE ASSESSMENT OF THE INFLUENCE OF FACTORS ON THE SENSITIVITY  OF THE CAPACITIVE HUMIDITY SENSOR

 Сторінки: 122-127. Номер: №5, 2022 (313)  
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2022-313-5-122-127
Автори: КРИЛИК Людмила
Вінницький національний технічний університет
ORCID ID: 0000-0001-6642-754X
e-mail: lyudmila.krylik@gmail.com
KRYLIK Lyudmila
Vinnytsia National Technical University

Анотація мовою оригіналу

З метою якісного оцінювання впливу на чутливість ємнісного сенсора вологості таких факторів як товщина вологочутливого шару, концентрація розчину солі NaCl, як адсорбуючого матеріалу та їх сумісного впливу, застосовано багатофакторний дисперсійний аналіз. Розроблено багатофакторний план у випадку двох якісних факторів. Результати досліджень отримано на основі порівняння факторної дисперсії, яка обумовлена впливом фактора та залишкової дисперсії, що обумовлена впливом випадкових причин. Порівняння факторної та залишкової дисперсії проводилось за величиною критерію Фішера. Використовуючи багатофакторний дисперсійний аналіз встановлено, що на відгук моделі, а саме чутливість ємнісного сенсора вологості вагомий вплив має фактор − концентрація розчину солі NaCl. В цьому випадку значення критерію Фішера, яке спостерігається в експерименті значно перевищує критичне значення критерію Фішера, а саме 22,77>4,75 ( ). Вплив таких факторів як товщина вологочутливого шару та сумісний вплив товщини вологочутливого шару та концентрації розчину солі є несуттєвим, тобто різниця в значеннях відгуку моделі пов’язана з випадковим її характером і не пов’язана зі зміною значення фактора. Використовуючи дисперсійний аналіз впливу фактора доведено, що незалежно від конструктивного виконання ємнісних сенсорів вологості, концентрація розчину солі, яку використано для створення  вологочутливого шару суттєво впливає на чутливість ємнісного сенсора вологості.
Ключові слова: багатофакторний дисперсійний аналіз, фактор, відгук моделі, критерій Фішера, чутливість, ємнісний сенсор вологості.

 Розширена анотація англійською  мовою

In order to qualitatively assess the influence of such factors as the thickness of the moisture-sensitive layer, the concentration of the NaCl salt solution as an adsorbing material and their combined effect on the sensitivity of the capacitive humidity sensor, a multivariate dispersion analysis was used. Capacitive humidity sensors served as experimental samples. Capacitive humidity sensors are made on a 0.7×0.9 mm sitall substrate. A copper film is applied to the surface of the sitall substrate, which forms the covers of the capacitive humidity sensors in the form of a meander with the appropriate geometry of 7.85·10-2×150·10-6×1.2·10-6 m. In such a design, the moisture-sensitive layer is hygroscopic salt, which serves as a dielectric. To create a moisture-sensitive film, solutions of hygroscopic salt NaCl with concentrations of 0.89 mol/l and 5.33 mol/l were used. They were applied to the surface of capacitive humidity sensors with a spray gun at a distance of 40-50 cm with thicknesses of 5.0 μm and 10.0 μm. A multifactor plan was developed in the case of two qualitative factors. The research results were obtained on the basis of the comparison of the factor variance, which is due to the influence of the factor, and the residual variance, which is due to the influence of random causes. Factorial and residual variance were compared using the value of Fisher’s test. Using multivariate dispersion analysis, it was found that the concentration of the NaCl salt solution has a significant influence on the response of the model, namely the sensitivity of the capacitive humidity sensor. In this case, the value of Fisher’s criterion observed in the experiment significantly exceeds the critical value of Fisher’s criterion, namely 22.77>4.75 (F>F_ck). The influence of such factors as the thickness of the moisture-sensitive layer and the combined effect of the thickness of the moisture-sensitive layer and the concentration of the salt solution is insignificant, i.e. the difference in the response values ​​of the model is related to its random nature rather than to the change in the value of the factor. Using the dispersion analysis of the influence of the factor, it was proved that regardless of the design of the capacitive humidity sensors, the concentration of the salt solution used to create the moisture-sensitive layer significantly affects the sensitivity of the capacitive humidity sensor.
Keywords: multivariate variance analysis, factor, model response, Fisher criterion, sensitivity, capacitive humidity sensor.

Література

1. Готра З. Ю. Мікроелектронні сенсори фізичних величин. Том 2 / З. Ю. Готра. – Львів : Ліга-Прес, 2003. – 595 с.
2. Осадчук В. С. Сенсори вологості / В. С. Осадчук, О. В. Осадчук, Л. В. Крилик. − Вінниця : УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2003. – 208 с.
3. Осадчук В. С. Дослідження резистивних вологочутливих елементів / В. С. Осадчук, Л. В. Крилик // Вісник ВПІ. − 2001. − №6. − С. 148−152.
4. Осадчук В. С. Дослідження ємнісних вологочутливих елементів / В. С. Осадчук, О. В. Осадчук,
   Л. В. Крилик, М. В. Євсєєва // Вісник ВПІ. − 2002. − №5. − С. 65−71.
5. Осадчук В. С. Ємнісний сенсор вологості гребінцевої структури на основі полімерних матеріалів /
   В. С. Осадчук, О. В. Осадчук, Л. В. Крилик, М. В. Євсєєва // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. Міжнародний науково-технічний журнал. − 2006. − № 2(12).− С. 222−227.
6. Осадчук О. В. Ємнісні сенсори вологості на основі стибій або бісмутвмісних діоксиматів ніколу (ІІ) / О. В. Осадчук, Л. В. Крилик, М. В. Євсєєва // Вісник Хмельницького національного університету. Серія: Технічні науки. – 2015. − № 1(221). – С. 131 – 135.
7. Ляшок А. В. Планування багатофакторного експерименту при дослідженні процесу ультразвукового розпилення в тонкому шарі / А. В. Ляшок // Вісник НТУУ «КПІ». Серія машинобудування. – 2013. − № 3. − С. 13–17.
8. Павлюк К. В. Методичні підходи до розроблення нормативів і оцінки науково-дослідної праці на основі багатофaкторного кореляційно-регресійного аналізу / К. В. Павлюк // Наукові праці НДФІ. – 2020.− № 3(92). − С. 5−19.
9. Аксьончиков С. О. Регресійний аналіз тенденцій розвитку кібератак / С. О. Аксьончиков, І. В. Ємельянова, К. Д. Маркова, І. І. Сватовський // Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. Серія: Мат. моделювання. Інформаційні технології. Автоматизовані системи управління. – 2017. − Вип. 36. − С. 5−13.
10. Кучернюк П. В. Модель загроз безпеки в інформаційно-комунікаційних системах на основі регресійного аналізу / П. В. Кучернюк, А. О. Довгаль // Інформаційні та телекомунікаційні системи та технології, захист інформації. – − Вип. 22, №2.− С. 79− 84.
11. Самарець Н. М. Використання інформаційних технологій у статистичному аналізі даних для аграрних підприємств / Н. М. Самарець, Є. М. Харченко, Н. О. Чорна // АГРОСВІТ. – 2013. − № 20. – С. 14−20.
12. Шуть О. Теоретико-методологічні аспекти статистичних досліджень / О. Шуть // Збірник наукових праць ДЕТУТ. Серія «Економіка і управління». – 2012. – Вип. 22−21, Ч. 2. − 305−311.
13. Єріна А. М. Поєднання моделей регресійного і дисперсійного аналізу в соціально-економічних дослідженнях/ А. М. Єріна // Наукові записки НаУКМА. Серія: Економічні науки. – 2000. – Том 18. – С.12−17.
14. Стеценко І. В. Моделювання систем / І. В. Стеценко. – Черкаси : ЧДТУ, 2010. – 399 с.

References

1. Hotra Z. Yu. Mikroelektronni sensory fizychnykh velychyn. Tom 2 / Z. Yu. Hotra. – Lviv : Liha-Pres, 2003. – 595 s.
2. Osadchuk V. S. Sensory volohosti / V. S. Osadchuk, O. V. Osadchuk, L. V. Krylyk. − Vinnytsia : UNIVERSUM – Vinnytsia, 2003. – 208 s.
3. Osadchuk V. S. Doslidzhennia rezystyvnykh volohochutlyvykh elementiv / V. S. Osadchuk, L. V. Krylyk // Visnyk VPI. − 2001. − №6. − S.148−152.
4. Osadchuk V. S. Doslidzhennia yemnisnykh volohochutlyvykh elementiv / V. S. Osadchuk, O. V. Osadchuk, L. V. Krylyk, M. V. Yevsieieva // Visnyk VPI. − 2002. − №5. − S. 65−71.
5. Osadchuk V. S. Yemnisnyi sensor volohosti hrebintsevoi struktury na osnovi polimernykh materialiv / S. Osadchuk, O. V. Osadchuk, L. V. Krylyk, M. V. Yevsieieva // Optyko-elektronni informatsiino-enerhetychni tekhnolohii. Mizhnarodnyi naukovo-tekhnichnyi zhurnal. − 2006. − № 2(12). − S. 222−227.
6. Osadchuk O. V. Yemnisni sensory volohosti na osnovi stybii abo bismutvmisnykh dioksymativ nikolu (II) / V. Osadchuk, L. V. Krylyk, M. V. Yevsieieva // Visnyk Khmelnytskoho natsionalnoho universytetu. Seriia: Tekhnichni nauky. – 2015. − № 1(221). – S. 131 – 135.
7. Liashok A. V. Planuvannia bahatofaktornoho eksperymentu pry doslidzhenni protsesu ultrazvukovoho rozpylennia v tonkomu shari / A. V. Liashok // Visnyk NTUU «KPI». Seriia mashynobuduvannia. – 2013. − №3. − 13–17.
8. Pavliuk K. V. Metodychni pidkhody do rozroblennia normatyviv i otsinky naukovo-doslidnoi pratsi na osnovi bahatofaktornoho koreliatsiino-rehresiinoho analizu / K. V. Pavliuk // Naukovi pratsi NDFI. – 2020. − № 3(92). − S. 5−19.
9. Aksonchykov S. O. Rehresiinyi analiz tendentsii rozvytku kiberatak / S. O. Aksonchykov, V. Yemelianova, K. D. Markova, I. I. Svatovskyi // Visnyk Kharkivskoho natsionalnoho universytetu imeni V. N. Karazina. Seriia: Mat. modeliuvannia. Informatsiini tekhnolohii. Avtomatyzovani systemy upravlinnia. – 2017. − Vyp. 36. − S. 5−13.
10. Kucherniuk P. V. Model zahroz bezpeky v informatsiino-komunikatsiinykh systemakh na osnovi rehresiinoho analizu / P. V. Kucherniuk, A. O. Dovhal // Informatsiini ta telekomunikatsiini systemy ta tekhnolohii, zakhyst informatsii. – 2017. − Vyp. 22, №2. − S. 79−84.
11. Samarets N. M. Vykorystannia informatsiinykh tekhnolohii u statystychnomu analizi danykh dlia ahrarnykh pidpryiemstv / N. M. Samarets, Ye. M. Kharchenko, N. O. Chorna // AHROSVIT. – 2013. − № 20. – S. 14−20.
12. Shut O. Teoretyko-metodolohichni aspekty statystychnykh doslidzhen / O. Shut // Zbirnyk naukovykh prats DETUT. Seriia «Ekonomika i upravlinnia». – 2012. – Vyp. 22−21, Ch. 2. − 305−311.
13. Yerina A. M. Poiednannia modelei rehresiinoho i dyspersiinoho analizu v sotsialno-ekonomichnykh doslidzhenniakh/ A. M. Yerina // Naukovi zapysky NaUKMA. Seriia: Ekonomichni nauky. – 2000. – Tom 18. – S.12−17.
14. Stetsenko I. V. Modeliuvannia system / I. V. Stetsenko. – Cherkasy : ChDTU, 2010. – 399 s.