一种用于电化学工作站自动量程测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于电化学工作站自动量程测量装置及测量方法。本发明专利技术的装置包括与PC端连接的ARM、FPGA、电化学工作站内部的信号源模块、低通滤波器、电压采集模块、电流采集模块、DSP。本发明专利技术的方法包括：步骤1：信号源模块给样品体系施加激励信号，电压/电流采集模块将样品反馈的模拟信号转为数字信号，经DSP分析处理后得到实时数据传输给ARM；步骤2：根据数据信号由ARM实时判断选择量程；步骤3：自动切换量程；由ARM发指令信号给FPGA，由FPGA发送指令对电路量程进行切换。此方法能够采集到更准确地信号，实时反馈样品体系在激励下的反应状态，便于电化学研究人员对样品体系的测量得出精确可靠的数据。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电化学工作站自动量程测量装置及测量方法
：本专利技术涉及一种用于电化学工作站自动量程测量装置及测量方法，属于电路电子设计

技术介绍
：电化学工作站广泛应用于电分析，腐蚀，阻抗测量以及能源领域，过去由于电分析反应剧烈且对于小信号的要求不高，所以一般不采用自动量程。但近年来腐蚀和阻抗领域的兴起，对小信号的需求更高，在体系反馈的信号跨度更大，若选用固定量程将会导致数据误差较大，得出的测量结果精准度不高，所以需要一种新技术来解决上述问题。而目前国内市场上的电化学工作站对数据处理方面以及曲线绘制效果都存在较大的误差，所以对测量过程中数据精度的提高就需要自动量程来实现。自动量程测量系统具备实时性、高精度等特点，是对电化学工作站测量复杂系统的技术提升。
技术实现思路
：本专利技术的目的是针对上述存在的问题提供一种用于电化学工作站自动量程测量装置及测量方法，便于电化学研究人员对样品体系的测量得出精确可靠的数据。一种用于电化学工作站自动量程测量装置，包括与PC端连接的微处理器（ARM）、控制模块FPGA、电化学工作站内部的信号源模块、低通滤波器、电压采集模块、电流采集模块、采样数字信号处理模块（DSP）；所述微处理器（ARM）用于接收PC端的指令并发送给控制模块（FPGA）；所述控制模块（FPGA）用于接收微处理器ARM的信号，进行逻辑处理后选择电化学工作站内部的信号源模块给样品体系施加激励信号；所述低通滤波器用于对样品体系响应的电压与电流模拟信号进行滤波；所述电压采集模块用于将滤波后的电压信号转为数字信号，传输到采样数字信号处理模块（DSP）进行分析；所述电流采集模块用于将滤波后的电流信号转为数字信号，传输到采样数字信号处理模块（DSP）进行分析；所述采样数字信号处理模块（DSP）用于将处理后的电压与电流数据通过微处理器（ARM）经以太网上传至PC端。所述的用于电化学工作站自动量程测量装置，其特征在于，所述微处理器（ARM）采用STM32F405RGT6型号微处理器；所述控制模块（FPGA）采用EP4CGX30型号的FPGA；所述采样数字信号处理模块（DSP）采用TI的TSM320C6727B芯片；所述信号源模块采用DAC8771单通道16位电压输出数模转换器；所述低通滤波器采用LTC1069-7型8阶低通滤波器；所述电压采集模块和所述电流采集模块均选用AD7798芯片。用上述电化学工作站自动量程测量装置进行电化学工作站自动量程测量的方法，该方法包括如下步骤：步骤1：采集样品体系反馈的模拟信号，得到实时数据：PC端通过以太网接口给微处理器（ARM）发出指令信号，微处理器（ARM）传递给控制模块（FPGA），通过逻辑处理，选择信号源模块内电路档位，使电化学工作站内部的信号源模块给样品体系施加激励信号，样品体系响应的电压与电流模拟信号通过低通滤波器滤波后，分别由电压采集模块和电流采集模块中的A/D芯片将滤波后的模拟信号转为数字信号，传输到采样数字信号处理模块（DSP）进行分析，将处理后的电压与电流数据通微处理器（ARM）经以太网上传至PC端；步骤2：根据数据实时判断选择量程：电压采集模块和电流采集模块分别获取的电压信号和电流信号由采样数字信号处理模块（DSP）对数据进行分析处理并传输给微处理器（ARM），然后根据该数据的大小占当前量程的百分比由微处理器（ARM）逻辑判断出下一信号所需要的量程；步骤3：自动切换量程：在微处理器（ARM）逻辑判断出应该选择的量程后，由微处理器（ARM）发出指令信号给控制模块（FPGA），由控制模块（FPGA）发送指令对切换电路的开关档位来选择电路量程大小，样品反馈的信号再进入上位机进行分析处理，实时进行数据分析传输与量程切换，实时显示数据并绘制图形。作为优选的技术方案：步骤1所述的使电化学工作站内部的信号源模块给样品体系施加激励信号的方法是在电化学工作站配置的软件中进行设置，样品体系的建立是四电极系统模型，所述四电极系统模型包括工作电极、参比电极、辅助电极、感应电极。作为优选的技术方案：步骤2所述的由微处理器（ARM）逻辑判断出下一信号所需要的量程的过程中，需要对信号进行滤波处理，得到真实的信号，在信号数据比较时是用当前采集的数据与当前量程满度的百分比进行比较。作为优选的技术方案：对信号进行滤波是由滤波电路来实现，滤波电路采用LTC1XXX线性相位低通滤波器，对于不同的信号频率选择不同的滤波档位，选择的滤波档位大于采样信号频率的10倍。作为优选的技术方案：在信号数据比较时需考虑百分比的最佳区间为5%~95%。有益效果：本专利技术能够采集到更准确地信号，实时反馈样品体系在激励下的反应状态，便于电化学研究人员对样品体系的测量得出精确可靠的数据。在实际操作上，用户不再需要对不同的测量体系来设置不同的电流量程，而是软件界面直接设置有Auto的量程选项，方便快捷，提高设备使用效率。附图说明：图1电化学工作站信号输出、采集与控制整体系统框图。图2D/A输出电路图。图3根据数据分析实时判断选择量程流程图。图4自动切换量程测量流程图。图5滤波器电路图。图6固定电流量程(10mA)和自动电流量程测试铜电极在NaCl（3.5wt.%）溶液中的Tafel极化图。图7固定电流量程(1mA)和自动电流量程测试高阻模拟电解池的电化学交流阻抗。具体实施方式：如图1所示，本专利技术的用于电化学工作站自动量程测量装置，包括与PC端连接的微处理器（ARM）、控制模块FPGA、电化学工作站内部的信号源模块、低通滤波器、电压采集模块、电流采集模块、采样数字信号处理模块（DSP）；所述微处理器（ARM）用于接收PC端的指令并发送给控制模块（FPGA）；所述控制模块（FPGA）用于接收微处理器ARM的信号，进行逻辑处理后选择电化学工作站内部的信号源模块给样品体系施加激励信号；所述低通滤波器用于对样品体系响应的电压与电流模拟信号进行滤波；所述电压采集模块用于将滤波后的电压信号转为数字信号，传输到采样数字信号处理模块（DSP）进行分析；所述电流采集模块用于将滤波后的电流信号转为数字信号，传输到采样数字信号处理模块（DSP）进行分析；所述采样数字信号处理模块（DSP）用于将处理后的电压与电流数据通过微处理器（ARM）经以太网上传至PC端。整体系统框图见图1，虚线箭头为控制传输线，实线箭头为信号或数据传输线。信号源模块内的D/A输出电路图见图2。本实施例中的微处理器（ARM）：选用STM32F405RGT6型号微处理器，在小至4*4.2mm的封装内实现高集成度、高性能、嵌入式存储器。本实施例中的控制模块（FPGA）：选用Altera公司的Cyclone系列第四代，型号为EP4CGX30。优势：CycloneIV系列是业界成本最低，功耗最低的FPGA。该型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电化学工作站自动量程测量装置，其特征在于，包括与PC端连接的微处理器（ARM）、控制模块FPGA、电化学工作站内部的信号源模块、低通滤波器、电压采集模块、电流采集模块、采样数字信号处理模块（DSP）；/n所述微处理器（ARM）用于接收PC端的指令并发送给控制模块（FPGA）；/n所述控制模块（FPGA）用于接收微处理器ARM的信号，进行逻辑处理后选择电化学工作站内部的信号源模块给样品体系施加激励信号；/n所述低通滤波器用于对样品体系响应的电压与电流模拟信号进行滤波；/n所述电压采集模块用于将滤波后的电压信号转为数字信号，传输到采样数字信号处理模块（DSP）进行分析；/n所述电流采集模块用于将滤波后的电流信号转为数字信号，传输到采样数字信号处理模块（DSP）进行分析；/n所述采样数字信号处理模块（DSP）用于将处理后的电压与电流数据通过微处理器（ARM）经以太网上传至PC端。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于电化学工作站自动量程测量装置，其特征在于，包括与PC端连接的微处理器（ARM）、控制模块FPGA、电化学工作站内部的信号源模块、低通滤波器、电压采集模块、电流采集模块、采样数字信号处理模块（DSP）；
所述微处理器（ARM）用于接收PC端的指令并发送给控制模块（FPGA）；
所述控制模块（FPGA）用于接收微处理器ARM的信号，进行逻辑处理后选择电化学工作站内部的信号源模块给样品体系施加激励信号；
所述低通滤波器用于对样品体系响应的电压与电流模拟信号进行滤波；
所述电压采集模块用于将滤波后的电压信号转为数字信号，传输到采样数字信号处理模块（DSP）进行分析；
所述电流采集模块用于将滤波后的电流信号转为数字信号，传输到采样数字信号处理模块（DSP）进行分析；
所述采样数字信号处理模块（DSP）用于将处理后的电压与电流数据通过微处理器（ARM）经以太网上传至PC端。


2.根据权利要求1所述的用于电化学工作站自动量程测量装置，其特征在于，所述微处理器（ARM）采用STM32F405RGT6型号微处理器；所述控制模块（FPGA）采用EP4CGX30型号的FPGA；所述采样数字信号处理模块（DSP）采用TI的TSM320C6727B芯片；所述信号源模块采用TI的DAC8771单通道16位电压输出数模转换器；所述低通滤波器采用LTC1069-7型8阶低通滤波器；所述电压采集模块和所述电流采集模块均选用AD7798芯片。


3.一种用上述电化学工作站自动量程测量装置进行电化学工作站自动量程测量的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1：采集样品体系反馈的模拟信号，得到实时数据：PC端通过以太网接口给微处理器（ARM）发出指令信号，微处理器（ARM）传递给控制模块（FPGA），通过逻辑处理，选择信号源模块内电路档位，使电化学工作站内部的信号源模块给样品体系施加激励信号，样品体系响应的电压与电流模拟信号通过低通滤波器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王荣，张桢，龚铭，赵伟，刘佳骏，
申请(专利权)人：江苏东华分析仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32