bakalářská práce

Modul zdroje proudu pro elektrickou impedanční tomografii

Text práce 1.8 MB Příloha 822.97 kB

Autor práce: Matěj Rous

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: doc. Ing. Jan Mikulka, Ph.D.

Oponent: Ing. Zoltán Szabó, Ph.D.

Abstrakt:

Tato bakalářská práce se zabývá návrhem modulu zdroje proudu, který je jednou ze součástí modulárního systému pro elektrickou impedanční tomografii (EIT). Cílem této práce je vytvořit funkční proudový zdroj, který dokáže budit zkoumané prostředí až do předpokládané velikosti impedance 4800 Ω harmonickým proudem o maximální amplitudě 10 mA v kmitočtovém rozsahu signálu od desítek Hz až do 100 kHz. Práce se soustředí na výběr co nejvhodnější topologie zapojení, praktickou realizaci a měření reálných vlastností. Simulace pro ověření teorie byly prováděny v programu PSpice a pro praktický návrh desky byl použit program KiCad.

Klíčová slova:

elektrická impedanční tomografie; Howlandova topologie; proudový zdroj

Termín obhajoby

16.06.2026

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaBznamka

Klasifikace

B

Průběh obhajoby

Student prezentuje svou bakalářskou práci. Student reaguje na otázky oponenta. Prof. Šotner se ptá na výhodu diferenční struktury z hlediska šumu. Student odpovídá. Dr. Dřínovský se ptá na realizaci zátěže a samotného zapojení. Student odpovídá. Prof. Šotner se ptá na užití modelů tkání. Student diskutuje.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Elektronika a komunikační technologie (BPC-EKT)

Složení komise

prof. Ing. Roman Šotner, Ph.D. (předseda)
Ing. Jan Kufa, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Josef Vychodil, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Dřínovský, Ph.D. (člen)
Ing. Ondřej Franek, Ph.D. (člen)

Posudek vedoucího
doc. Ing. Jan Mikulka, Ph.D.

Student Matěj Rous splnil všechny body zadání. Prostudoval principy elektrické impedanční tomografie formuloval technické požadavky na proudový zdroj (rozsah proudu do 10 mA, kmitočet do 100 kHz, kompatibilita napájení ±48 V a mechanické rozhraní sběrnice systému). Provedl teoretickou analýzu a počítačové simulace v programu PSpice pro několik topologií , ze kterých vybral zrcadlový vylepšený Howlandův proudový zdroj s operačním zesilovačem PA340. V programu KiCad úspěšně navrhl desku plošných spojů, modul fyzicky realizoval, osadil a oživil. V závěrečné části práce experimentálně ověřil funkčnost a změřil klíčové vlastnosti obvodu (převodní a frekvenční charakteristiky) a zhodnotil limity jeho stability. Pravidelně docházel na konzultace, oceňuji také jeho zapojení do širšího výzkumného týmu elektrické impedanční tomografie na ústavu. Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 90

Známka navržená vedoucím: A

Předložená bakalářská práce se zabývá návrhem, realizací a ověřením modulu proudového zdroje pro elektrickou impedanční tomografii. Student splnil všechny body zadání a prokázal schopnost samostatně řešit technický problém od teoretické analýzy přes simulace až po praktickou realizaci a měření. Práce je po odborné stránce zpracována na velmi dobré úrovni a odpovídá požadavkům kladeným na bakalářskou práci. Autor vhodně analyzoval dostupné topologie proudových zdrojů a na základě simulací zvolil zrcadlový Howlandův proudový zdroj. Oceňuji také návrh desky plošných spojů, realizaci funkčního prototypu a rozsáhlé experimentální ověření jeho parametrů. Výsledky měření jsou přehledně prezentovány a vyhodnoceny včetně porovnání se simulacemi. Pozitivně hodnotím, že student otevřeně diskutuje omezení navrženého řešení a uvádí možné příčiny rozdílů mezi simulovanými a reálnými výsledky. Práce je napsána srozumitelně, logicky členěna a opírá se o dostatečné množství relevantní literatury, která je správně citována. Po formální stránce se vyskytují pouze drobné nedostatky, například stylistická chyba ve větě „Například krevní plazma je o tři řády menší než kostní tkáň“, kde chybí specifikace porovnávané veličiny. Dále lze vytknout nejednotnou velikost některých schémat zapojení v textu. Tyto nedostatky však nijak zásadně nesnižují odbornou úroveň práce. Celkově hodnotím práci jako zdařilou, přínosnou a splňující požadavky na bakalářskou práci. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení A – 90bodů. Otázky k obhajobě:
  1. Ve své práci uvádíte rozdíly mezi simulovanými a naměřenými výsledky při vyšších frekvencích a větších impedancích zátěže. Jaké konkrétní úpravy zapojení nebo volbu jiných součástek byste navrhl pro dosažení požadovaných parametrů v celém rozsahu zadání?
  2. Proč byl pro realizaci proudového zdroje zvolen právě zrcadlový Howlandův proudový zdroj a jaké jsou jeho hlavní výhody a nevýhody ve srovnání s jinými topologiemi používanými v elektrické impedanční tomografii?
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 90

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová