一种开端同轴探头的电极极化校正方法及处理终端技术

本发明专利技术涉及一种开端同轴探头的电极极化校正方法及处理终端，所述方法包括如下步骤：步骤1：预设开端同轴探头的等效电路模型，等效电路模型的电极极化串联阻抗；步骤2：接收用户输入的净负载阻抗的一组实测数据，计算出电阻Rp、电阻Rs和电容Cs的值；步骤3：将净负载阻抗的一组实测数据减去对应Zs的值，得到去极化后的阻抗，完成极化校正。本发明专利技术无需改变开端同轴探头的物理结构，通过数据处理的方法，有效减小了同轴探头测量系统的电极极化误差，达到电极极化校正的目的，计算简便，且方便扩展和使用。

A Polarization Correction Method and Processing Terminal for Coaxial Probe with Open End

【技术实现步骤摘要】
一种开端同轴探头的电极极化校正方法及处理终端
本专利技术涉及电极极化校正
，具体是一种开端同轴探头的电极极化校正方法及处理终端。
技术介绍
当金属电极浸入到电解质中，会因为电极表面分子的离解或从溶液中吸收离子而获得表面电荷，从而使来自电解质的带相反电荷的离子的浓度在金属电极区域增加。这些带相反电荷的离子被有效地束缚并在电极-电解质界面处形成所谓的双电层，也即存在电极极化效应。由于电极极化效应，在使用开端同轴探头测量具有明显直流电导率的样品的介电特性(包括介电常数和电导率)时需要进行电极极化校正。现有的电极极化校正方法是将金属电极表面镀上一层铂。由于铂涂层不容易与电解质溶液反应，从而降低由电极获得的表面电荷，从而降低电极极化阻抗，达到电极极化校正的目的。但是在确定待测样本的介电特性时，要清洁开端同轴探头的尖端，同时在校准样品和待测样品之间交替进行测量，导致开端同轴探头的机械清洁或超声波擦洗会导致铂涂层降解，从而不能准确的使电极极化校正。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一提供一种开端同轴探头的电极极化校正方法，其能够解决开端同轴探头电极极化校正的问题；本专利技术的目的之二提供一种处理终端，其能够解决开端同轴探头电极极化校正的问题。实现本专利技术的目的之一的技术方案为：一种开端同轴探头的电极极化校正方法，包括如下步骤：步骤1：预设开端同轴探头的等效电路模型，所述等效电路模型包括电阻Rp、电阻Rs、电阻Rf、电容Cs和电容Cf，电阻Rs和电容Cs并联形成第一并联支路，电阻Rf和电容Cf并联形成第二并联支路，电阻Rp、第一并联支路与第二并联支路依次连接；所述等效电路模型的净负载阻抗Z(ω)采用公式①进行计算：并定义式中，ω表示角频率，j表示复数的虚数单位，Zs表示电极极化串联阻抗，且Zs＝H1(ω,A,n,B,m,C,I)+jH2(ω,B,m,C,I)，H1(ω,A,n,B,m,C,I)为Zs的实部，H2(ω,B,m,C,I)为Zs的虚部，即式中A,n,B,m,C,I均为常数；步骤2：接收用户输入的开端同轴探头的净负载阻抗的一组实测数据，分别将净负载阻抗的一组实测数据的实部和虚部进行插值求导，得到一组离散的导数值J(ω),令从而分别得到一组和的值，由公式②和③分别得到H1(ω,A,n,B,m,C,I)的导数H′1(ω,A,n,B,m,C,I)和H2(ω,B,m,C,I)的导数H′2(ω,B,m,C,I)的各一组离散值，根据所述各一组离散值拟合获得A,n,B,m,C,I的值，从而得到电阻Rp、电阻Rs和电容Cs的值：式中，Re[Z(ω)]表示取Z(ω)的实部，Im[Z(ω)]表示取Z(ω)的虚部，ReJ(ω)表示取J(ω)的实部，ImJ(ω)表示取J(ω)的虚部，H′1(ω,A,n,B,m,C,I)表示对H1(ω,A,n,B,m,C,I)求导，H′2(ω,B,m,C,I)表示对H2(ω,B,m,C,I)求导；步骤3：将电阻Rp、电阻Rs和电容Cs的值代入公式④进行计算，得到Zs的值：按相同角频率ω将步骤2中的净负载阻抗的一组实测数据减去对应Zs的值，得到去极化后的阻抗，完成极化校正。实现本专利技术的目的之二的技术方案为：一种处理终端，其包括，存储器，用于存储程序指令；处理器，用于运行所述程序指令，以执行所述开端同轴探头的电极极化校正方法的步骤。本专利技术的有益效果为：本专利技术无需改变开端同轴探头的物理结构，通过数据处理的方法，有效减小了同轴探头测量系统的电极极化误差，达到电极极化校正的目的，计算简便，且方便扩展和使用。附图说明图1为本专利技术开端同轴探头的等效电路模型；图2为本专利技术较佳实施例的流程图；图3为本专利技术一种处理终端的结构示意图。具体实施方式下面，结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述：在使用开端同轴探头测量待测样本的介电特性时，需要将开端同轴探头浸入至电解质中，电解质中带电粒子在静电场中受到静电力而被迫向带相反电荷的电极板移动，在探头表明形成双电层，带电粒子被吸附并暂时储存在双电层中，产生双层电极极化效应，该双层电极极化效应可以模拟为与探头-待测样本有效阻抗串联的电容器，具体地，可以将开端同轴探头等效成电阻电容串并联电路，并定义为等效电路模型，如图1所示，该等效电路模型包括电阻Rp、电阻Rs、电阻Rf、电容Cs和电容Cf，电阻Rs和电容Cs并联形成第一并联支路，电阻Rf和电容Cf并联形成第二并联支路，电阻Rp、第一并联支路和第二并联支路依次连接构成串联。该等效电路模型的净负载阻抗Z(ω)计算如公式①：式中，ω表示角频率，即ω＝2πf，f表示频率，j表示复数中的虚数单位。定义即Zs为等效电路模型中左半部分(由电阻Rp、电阻Rs和电容Cs构成的电路部分)的电极极化串联阻抗。根据电化学理论可知，若满足Bode四个条件，即因果性、线性、稳定性及阻抗谱在全部频率范围内为有限，电极极化阻抗的实部和虚部满足以因果律为基础的色散关系(也称为Kramers-Kronig关系)，根据Kramers-Kronig关系，可将公式②写成公式③：Zs＝Z′s(ω)+jZ″s(ω)＝H1(ω)+jH2(ω)------③即H1(ω)为Zs的实部，H2(ω)为Zs的虚部，根据Kramers-Kronig关系，可知，电阻Rp、电阻Rs和电容Cs均为关于ω的函数，即可分别采用如下函数表达式：Rp＝f(ω,A,n)Cs＝g1(ω,B,m)Rs＝g2(ω,C,I)其中，A,n,B,m,C,I均为常数，因此，可以将公式③进一步写成关于ω的函数，即公式④：Zs＝H1(ω,A,n,B,m,C,I)+jH2(ω,B,m,C,I)------④即H1(ω,A,n,B,m,C,I)为Zs的实部，H2(ω,B,m,C,I)为Zs的虚部，也即从而可以将公式①转换成公式⑤：如果对公式⑤的实部和虚部分别进行求导运算，分别得到公式⑥和⑦：式中，Re[Z(ω)]表示取Z(ω)的实部，Im[Z(ω)]表示取Z(ω)的虚部，H′1(ω,A,n,B,m,C,I)表示对H1(ω,A,n,B,m,C,I)求导，H′2(ω,B,m,C,I)表示对H2(ω,B,m,C,I)求导，在频率足够低时，例如频率低于100KHz，公式⑥和⑦的第二项均可以忽略不计，因此得到公式⑧和⑨：由于Z(ω)的值可以进行实际测量获得，通过多次测量得到净负载阻抗的一组实测数据，并对净负载阻抗的一组实测数据的实部和虚部分别进行插值求导，求导后得到的实部和虚部共同构成对应的一组离散的导数值J(ω),即仍然J(ω)为复数，令从而分别得到一组和的值，相当于得到H′1(ω,A,n,B,m,C,I)和H′2(ω,B,m,C,I)的一组离散值，因此可以根据这各自的一组离散值进行拟合，得到H′1(ω,A,n,B,m,C,I)和H′2(ω,B,m,C,I)中的参数A,n,B,m,C,I，从而进一步可以得到电阻Rp、电阻Rs和电容Cs的值，即得到Zs的值。由于H′1(ω,A,n,B,m,C,I)和H′2(ω,B,m,C,I)相应的每个角频率ω的极化效应的值也是知道的，按相同角频率ω将净负载阻抗的一组实测数据减去对应Zs的值，即将不同ω处的各净负载阻抗的一组实测数据减去对应ω处的Zs，因此该减法中，减数和被减数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开端同轴探头的电极极化校正方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：预设开端同轴探头的等效电路模型，所述等效电路模型包括电阻Rp、电阻Rs、电阻Rf、电容Cs和电容Cf，电阻Rs和电容Rs并联形成第一并联支路，电阻Rf和电容Cf并联形成第二并联支路，电阻Rp、第一并联支路与第二并联支路依次连接；所述等效电路模型的净负载阻抗Z(ω)采用公式①进行计算：

【技术特征摘要】
1.一种开端同轴探头的电极极化校正方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：预设开端同轴探头的等效电路模型，所述等效电路模型包括电阻Rp、电阻Rs、电阻Rf、电容Cs和电容Cf，电阻Rs和电容Rs并联形成第一并联支路，电阻Rf和电容Cf并联形成第二并联支路，电阻Rp、第一并联支路与第二并联支路依次连接；所述等效电路模型的净负载阻抗Z(ω)采用公式①进行计算：并定义式中，ω表示角频率，j表示复数的虚数单位，Zs表示电极极化串联阻抗，且Zs＝H1(ω,A,n,B,m,C,I)+jH2(ω,B,m,C,I)，H1(ω,A,n,B,m,C,I)为Zs的实部，H2(ω,B,m,C,I)为Zs的虚部，即式中A,n,B,m,C,I均为常数；步骤2：接收用户输入的开端同轴探头的净负载阻抗的一组实测数据，分别将净负载阻抗的一组实测数据的实部和虚部进行插值求导，得到一组离散的导数值J(ω),令从而分别得到一组和的值，由公式②和③分别得到H1(ω,A,n,B,m,C,I)的导数H′1(ω,A,n,B,m,C,I)和H2(ω,B,m,C,I)的导数H′2(ω,B,m,C,I)的各一组离散值，根据所述各一组离散值拟合获得A,n,B,m,C,I的值，从而得到电阻Rp、电阻Rs和电容Rs的值：式中，Re[Z(ω)]表示取Z(ω)的实部，Im[Z(ω)]表示取Z(ω)的虚部，ReJ(ω)表示取J(ω)的实部，ImJ(ω)表示取J(ω)的虚部，H′1(ω,A,n,B,m,C,I)表示对H1(ω,A,n,B,m,C,I)求导，H′2(ω,B,m,C,I)表示对H2(ω,B,m,C,I)求导；步骤3：将电阻Rp、电阻Rs和电容Rs的值代入公式④进行计算，得到Zs的值：按相同角频率ω将步骤2中的负载阻抗的一组实测数据减去对应Zs的值，得到去极化后的阻抗，完成极化校正。2.一种处理终端...

【专利技术属性】
技术研发人员：余学飞，辛学刚，孙颖，
申请(专利权)人：南方医科大学，华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44