2026-04-17T20:09:08Zhttps://recercat.cat/oai/requestoai:recercat.cat:2117/4200252025-07-17T15:14:36Zcom_2072_1033col_2072_452951
Design and implementation of an impedance analyzer for bacteria detection
Maín Nadal, Víctor
Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Electrònica
Cosp Vilella, Jordi
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria biomèdica::Electrònica biomèdica
Impedance (Electricity)
Impedance spectroscopy
Impedance Analyzer
Espectroscòpia d'impedància
Impedància (Electricitat)
Aquest treball se centra en la implementaci ´o d’un analitzador d’imped `ancia per a ser utilit-
zat en la detecci ´o i an `alisi de bacteris. El disseny se centra en la portabilitat i el cost, amb
la finalitat de fer-lo apte per al treball de camp i poder fabricar m ´ultiples m `oduls per a ser
utilitzats tamb ´e en la universitat amb finalitats de recerca. Per a aix `o, es realitza una etapa
de recerca. En aquesta etapa es consideren, descriuen i discuteixen breument m ´ultiples
topologies i m `etodes de diferents treballs. Es discuteixen els avantatges i desavantatges
de cada document i se selecciona un per a ser implementat. La topologia seleccionada es
discuteix amb m ´es detall per a mostrar les seves limitacions i es fa un treball te `oric per a
extreure una aproximaci ´o matem `atica del comportament del circuit. Per a complementar
l’an `alisi te `orica s’utilitzen simulacions per ordinador amb SPICE per a il·lustrar millor el
comportament del circuit, aix´ı com per a verificar el treball te `oric i determinar l’efecte de
les parasitancies i les no idealitats.
Posteriorment, el circuit es dissenya en una placa de circuit impr `es utilitzant Kicad i es
fabrica centrant-se en la simplicitat per a reduir costos. S’utilitza una Red Pitaya com ADC
i DAC per a unir els dominis digital i anal `ogic i tamb ´e com a microcontrolador. La placa
s’utilitza per a generar els senyals d’excitaci ´o i processar les formes d’ona generades per
a extreure la informaci ´o necess `aria. La placa es programa en C i es crea una aplicaci ´o
JavaScript senzilla i lleugera que serveix de front-end, utilitzant HTML i CSS per a crear
una interf´ıcie gr `afica que permeti observar millor els resultats. Finalment, es prova el
sistema per a comprovar la seva funcionalitat, es discuteixen els resultats i es comenten
algunes propostes de millora.
Finalment, aquest treball tamb ´e descriu el cost econ `omic i ecol `ogic del projecte, aix´ı com
el cost en m `a d’obra.
Este trabajo se centra en la implementaci ´on de un analizador de impedancia para ser
utilizado en la detecci ´on y an ´alisis de bacterias. El dise ˜no se centra en la portabilidad y
el coste, con el fin de hacerlo apto para el trabajo de campo y poder fabricar m ´ultiples
m ´odulos para ser utilizados tambi ´en en la universidad con fines de investigaci ´on. Para
ello, se realiza una etapa de investigaci ´on. En esta etapa se consideran, describen y dis-
cuten brevemente m ´ultiples topolog´ıas y m ´etodos de diferentes trabajos. Se discuten las
ventajas y desventajas de cada documento y se selecciona uno para ser implementado.
La topolog´ıa seleccionada se discute con m ´as detalle para mostrar sus limitaciones y se
realiza un trabajo te ´orico para extraer una aproximaci ´on matem ´atica del comportamiento
del circuito. Para complementar el an ´alisis te ´orico se utilizan simulaciones por ordenador
con SPICE para ilustrar mejor el comportamiento del circuito, as´ı como para verificar el
trabajo te ´orico y determinar el efecto de las pararasitancias y las no idealidades.
Posteriormente, el circuito se dise ˜na en una placa de circuito impreso utilizando Kicad y
se fabrica centr ´andose en la simplicidad para reducir costes. Se utiliza una Red Pitaya
como ADC y DAC para unir los dominios digital y anal ´ogico y como microprocesador. La
placa se utiliza para generar las se ˜nales de excitaci ´on y procesar las formas de onda
generadas para extraer la informaci ´on necesaria. La placa se programa en C y se crea
una aplicaci ´on JavaScript sencilla y ligera que sirve de front-end, utilizando HTML y CSS
para crear una interfaz gr ´afica que permita observar mejor los resultados. Finalmente,
se prueba el sistema para comprobar su funcionalidad, se discuten los resultados y se
comentan algunas propuestas de mejora.
Adicionalmente, este trabajo tambi ´en describe el coste econ ´omico y ecol ´ogico del proyec-
to, as´ı como el coste en mano de obra.
This work focuses on the implementation of an impedance analyzer to be used on the
detection and analysis of bacteria. The focus of the design is on portability and cost in
order to make it suitable for field work and to be able to manufacture multiple modules
to be also used on the university for research purposes. For that purpose, a research
stage is performed. In this stage multiple topologies and methods from different papers
are considered, described and briefly discussed. The advantages and disadvantages of
each paper are discussed and one is selected to be implemented. The selected topology
is discussed in more detail in order to show its limitations and theoretical work is done in
order to extract a mathematical approximation of the behavior of the circuit. In order to
further complement the theoretical analysis computer simulations with SPICE are used to
better illustrate the behavior of the circuit, as well as to verify the theoretical work and to
determine the effect of parasitics and non idealities.
Afterwards, the circuit is designed into a PCB using Kicad and manufactured with a focus
on simplicity so as to reduce costs. A Red Pitaya is used as an ADC and DAC to bridge
the digital and analog domains. The board is used to generate the excitation signals and
to process the generated waveforms to extract the necessary information. The board is
programmed on C and a simple and lightweight JavaScript application is created to serve
as front end, using HTML and CSS to create a graphical interface to better observe the
results. Finally, the system is tested to verify its functionality, the results are discussed and
some proposals for improvements are commented.
Finally, this work also describes the economic and ecologic cost of the project, as well as
the cost in manpower.
2024-10-18
Bachelor thesis
https://hdl.handle.net/2117/420025
PRISMA-186274
eng
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
Open Access
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International
application/pdf
Universitat Politècnica de Catalunya