автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.21, диссертация на тему:Быстрое измерение иммитанса электрохимических объектов в присутствии апериодической аддитивной помехи

РГБ ОД 1 3 ИЮН 2300

На правах рукописи

Фадеева Лариса Владимировна

БЫСТРОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ИММИТАНСА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ В ПРИСУТСТВИИ АПЕРИОДИЧЕСКОЙ АДДИТИВНОЙ ПОМЕХИ

Специальность 05.12.21. - Радиотехнические системы специального назначения, включая технику СВЧ и технологию их производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2000

Работа выполнена в Новосибирском государственном техническом университете.

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор Новицкий С.П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Миценко И.Д.

кандидат технических наук, профессор Дмитриев А.Я.

Ведущая организация: Конструкторско - технологический институт

вычислительной техники СО РАН (г. Новосибирск)

Защита состоится " 2/ " 2000 г. в часов

на заседании диссертационного совета Д 063.34.06 в Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета

Автореферат разослан " идуя 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.т.н., профессор сЖа^^^С^ Вострецов А.Г.

Я М-О^о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Метод измерения иммитанса (импеданса и адмит-танса) получил широкое распространение в практике научных исследований, например при изучении свойств электрохимических (ЭХО), медико-биологических, геофизических и других исследуемых объектов (ИО). Использование стандартных приборов, предназначенных для измерения иммитанса электро- и радиоэлементов, мало перспективно для указанных объектов из-за не учета их специфических особенностей. Так при проведении измерений иммитанса электрохимических объектов необходимо учитывать следующие особенности:

- из-за нестабильности во времени параметров исследуемых объектов измерения должны выполняться с высоким быстродействием (в частности, время одного измерения в области низких и инфранизких частот (ИНЧ) не должно превышать одного - трех периодов воздействующего на исследуемый объект гармонического сигнала);

- измеритель должен обеспечивать поддержание на определенных электродах ЭХО требуемого режима поляризации (постоянного и/или линейно изменяющегося напряжения или тока), поэтому в измерительной цепи наряду с измеряемым сигналом присутствует аддитивная помеха, что осложняет процесс измерения;

- при переключении рабочей частоты, смене режима поляризации или уровня поляризующего сигнала, смене предела измерений, т.е. при наличии каких -либо изменений в воздействующем сигнале, в измерительной цепи возникает переходный процесс, свободная составляющая которого по отношению к измеряемому сигналу является сложной аддитивной помехой; её влияние на результаты измерений должно быть сведено к минимуму, не дожидаясь окончания переходного процесса (по крайней мере, в области ИНЧ);

- ЭХО имеют существенно нелинейную вольт-амперную характеристику; для сохранения линейных свойств ИО в заданной точке измерительного режима необходимо, чтобы амплитуда гармонической составляющей измерительного сигнала на исследуемом участке ЭХО не превышала единиц милливольт; т.е. измерения иммитанса ЭХО проводятся при малых отношениях сигнал/шум;

- достаточно полную информацию о свойствах ЭХО можно получить при выполнении измерения иммитанса в широкой области частот (10'4 Гц -н 107 Гц).

Учёт приведенных выше факторов обусловил создание специализированного измерителя иммитанса ЭХО и синтез алгоритмов обработки экспериментальных данных, обеспечивающих получение результатов, инвариантных к апериодическим аддитивным помехам.

Цель работы н задачи исследования. Исследование и разработка методов и устройств быстрого измерения иммитанса ЭХО при обеспечении требуемого режима поляризации на границе рабочий электрод - электролит или поддержании ЭХО в равновесных условиях.

Исходя из цели работы, задачами исследования являлись:

1. Анализ специфических особенностей измерения и интерпретации частотных зависимостей иммитанса ЭХО и формулирование требований к методам и средствам измерения иммитанса ЭХО.

2. Разработка быстродействующих прецизионных измерительных преобразователей иммитанс - гармонический сигнал, обеспечивающих требуемый режим поляризации ИО или поддержании ИО в равновесных условиях.

3. Синтез алгоритмов методов быстрого раздельного измерения параметров гармонической составляющей, инвариантных к сложной аддитивной помехе, однозначно характеризующих компоненты иммитанса ЭХО, и сравнительный анализ погрешностей этих методов.

4. Разработка на основе синтезированных методов принципов построения векторно-скапярных преобразователей (ВСГ1) и сравнительный анализ их точностных характеристик.

5. Создание на основе предложенных методов и принципов быстродействующего измерителя иммитанса ЭХО и экспериментальное исследование его метрологических характеристик и функциональных возможностей, разработка рекомендаций по его использованию в практике научных исследований.

Методы исследований. В диссертации приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные с использованием теории линейных электрических цепей, теории измерений, методов вычислительной математики и машинного моделирования, преобразований Фурье и линейной алгебры.

Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

1. Обоснование основных технических требований и обобщенная структурная схема быстродействующего измерителя иммитанса ЭХО, инвариантного к сложной аддитивной помехе.

2. Способы построения быстродействующих прецизионных измерительных преобразователей (ИП) иммитанс - напряжение, обеспечивающих поляризацию ИО заданным током или потенциалом и формирование сигнала, гармоническая составляющая которого прямо пропорциональна измеряемому имми-тансу.

3. Способы построения ИП иммитанс - напряжение для работы в равновесных условиях, обеспечивающие высокую точность преобразования.

4. Способ построения широкополосных высокочастотных ИП импеданс -напряжение (работающих в области средних и высоких частот 0.1 + 10 МГц) с преобразованием измерительных сигналов, несущих информацию об измеряемом импедансе, в сигналы с фиксированной промежуточной частотой и поддержанием на ЭХО потенциостатического режима поляризации.

5. Алгоритмы новых методов и реализованные на их основе устройства с п-кратной селективной дискретизацией (СД), п-полупериодным фазочувстви-тельным детектированием (ФЧД) отклика сигнала, а также с получением вза-имнокорреляционной функции (ВКФ) на п полупериодах сигнала воздействия и отклика для быстрых (не более трех периодов гармонического измери гельно-

го сигнала в области ИНЧ) векторно-скалярных преобразований (ВСП), инвариантных к наличию в измеряемом сигнале первых (п-1) слагаемых сложной аддитивной помехи, при разложении ее в степенной ряд (где п - число полупериодов измерения), реализованные на базе известных методов СД, ФЧД и ВКФ.

6. Экспериментальные результаты исследования метрологических характеристик быстродействующего измерителя иммитанса ИИМ-2098, построенного на основе метода п-полупериодного ФЧД, созданного совместно с ИХТТМ СО РАН.

Положения, выносимые на защиту:

1. Способы построения быстродействующих прецизионных ИП имми-танс - напряжение для области ИНЧ, средних и высоких частот, обеспечивающих заданный режим поляризации ИО или равновесные условия, и их технические характеристики.

2. Алгоритмы новых методов с п-кратной селективной дискретизацией, п-полупериодным ФЧД и п-полупериодного корреляционного метода, инвариантных ко всем слагаемым аддитивной помехи, степень переменной в которых не превышает (п-2).

3. Экспериментальные результаты исследования метрологических характеристик быстродействующего измерителя иммитанса ИИМ-2098.

Практическая ценность работы.

1. Разработан измеритель иммитанса ИИМ-2098, внедренный в практику электрохимических исследований в ИХТТМ СО РАН, в котором реализованы и используются предложенные в работе способы и устройства:

- ИГ1 иммитанс - напряжение для исследования ЭХО в равновесных условиях или заданных режимах поляризации (потенцио- гачьваностатических, по-тенцио- гальванодинамических);

- высокочастотный ИЛ импеданс - напряжение с потенциостатическим режимом поляризации ЭХО;

- алгоритм и устройство быстрой предварительной компенсации преобладающей постоянной составляющей в измеренном сигнале;

- алгоритм и ВСП с п-полупериодным ФЧД.

2. Предложенные в работе способы построения измерительных и вектор-но-скалярных преобразователей и методы обработки полученных результатов могут быть положены в основу создания новых универсальных интерактивных систем для регистрации и анализа импеданс - вольтамперных характеристик ИО не только в электрохимии, но и в медицине, биологии, геофизике, микроэлектронной и полупроводниковой технике.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на двух Российских и одной международной научно-технических конференциях "Информатика и проблемы телекоммуникаций" (г. Новосибирск, 1996, 1997, 1999) и двух международных научно - технических конференциях "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (г. Новосибирск, 1996, 1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, из них 1 тезисы доклада, 10 статей и 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 107 наименований и приложения. Работа изложена на 153 листах и иллюстрируется 48 рисунками.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, выделены положения, выносимые на защиту.

В первом разделе рассматриваются особенности электрохимических объектов и требований, предъявляемых к методам и средствам измерения им-митанса.

При измерении иммитанса ЭХО используется электрохимическая ячейка, представляющая собой, в частном случае, сосуд с электролитом, в который погружены рабочий РЭ, вспомогательный ВЭ и сравнивающий ЭС электроды (рис. 1а). Объектом электрохимических исследований является граница РЭ -электролит и протекающие на ней процессы. На рис. 16 приведена эквивалентная схема замещения границы РЭ - электролит при замедленных стадиях разряда, диффузии и адсорбции.

Рис. 1. Электрохимическая измерительная ячейка (а), эквивалентная схема замещения границы РЭ - электролит (б) ВЭ - вспомогательный электрод, ЭС - электрод сравнения, РЭ - рабочий электрод; Яэ - сопротивление электролита, Сд - емкость двойного электрического слоя, Яп - сопротивление перехода, - импеданс Варбурга, СЛ - емкость адсорбции

Показано, что при построении быстродействующих измерителей иммитанса ЭХО наиболее целесообразно использовать методы с прямо пропорциональным преобразованием иммитанс ЭХО - гармонический сигнал с последующим раздельным измерением параметров этого сигнала. Предложена обобщенная структурная схема быстродействующего измерителя иммитанса ЭХО, построенного по этому принципу (рис. 2).

Определены основные технические характеристики, которым должна соответствовать измерительная аппаратура для электрохимических исследова-

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

б)

И

Сд

ний, главными из которых являются: амплитуда гармонического напряжения на ИО - не более 5 мВ; время одного измерения в области ИНЧ - не более трех периодов измерительного сигнала; рабочий диапазон частот 10"4 4- Ю7 Гц; интервал измеряемых импедансов 10"2 + 106 Ом; относительная погрешность измерения искомых компонентов иммитанса 0.3 -з- 3 % при обеспечении необходимых режимов поляризации ИО или равновесных условий.

Рис. 2. Обобщенная структурная схема быстродействующего измерителя иммитанса ЭХО Е0 и ]Е0 - опорные сигналы; Еси - последовательность синхроимпульсов; Еи -гармоническая составляющая измеренного сигнала Еи; ГС - генератор сигналов, ГГК - генератор гармонических колебаний, ГСИ - генератор синхроимпульсов, КФВ - квадратурный фазовращатель, СОН - стабилизатор опорного напряжения, ГФН - генератор фиксированных напряжений, ГЛИН - генератор линейно изменяющегося напряжения, С - сумматор, ИП - измерительный преобразователь иммитанс - гармонический сигнал, РРП - регулятор режима поляризации, ИО - исследуемый объект, ВСП - векторно-скалярный преобразователь, БПО - блок предварительной обработки сигналов; ФРК, ФМК - формирователи реального и мнимого компонентов иммитанса; БИУ - блок индикаторных устройств

На примере электродного процесса с замедленной стадией разряда определены условия минимального и максимального влияния свободной составляющей переходного процесса на измеряемый сигнал. Показано, что значение приведенной относительной погрешности ВСП при наличии свободной составляющей переходного процесса определяется значением выходного сигнала ВСП от свободной составляющей, приведенной к амплитуде гармонической составляющей сигнала.

Во втором разделе рассматриваются принципы построения измерительных преобразователей иммитанс ЭХО - гармонической сигнал, которые являются одними из наиболее важных узлов измерителей иммитанса, так как их ха-

рактеристики определяют основные технические характеристики и функциональные возможности последних.

Таблица 1

Классификация измерительных преобразователей иммитанс - напряжение

Классификационный _признак_

Виды измерительных преобразователей _иммитанс напряжение_

Характер преобразуемого иммитанса

Режим измерения иммитанса

Характер режима поляризации

Регулируемая величина

ИП иммитанс -напряжение

Стационарный

Ток через ИО

Заданный режим поляризации

Разность потенциалов между полюсами ИО

Требования высокого быстродействия при построении измерительных преобразователей (ИП), работающих в области ИНЧ, исключает возможность использования известных цепей развязки постоянной и переменной составляющих сигнала на основе фильтров, из-за высокой инерционности последних. В основу построения быстродействующих ИП для этой области частот (рис. 3) могут быть положены устройства без цепей развязки с однотипными режимами поляризации ЭХО: по постоянному и переменному току (ключ К на рис. 3 в положении Г) и по постоянному и переменному напряжению (ключ К на рис. 3 в положении П).

Структурная схема ИП адмиттанс - напряжение, построенного по указан-, ному принципу, приведена на рис. 4. Воздействующие гармоническое Е'0 и поляризующее Е напряжения складываются в сумматоре С и поступают на один из входов дифференциального усилителя ДУ, на второй вход которого поступает сигнал обратной связи !-0с, снимаемый через повторитель напряжения Г1Н с участка электрод сравнения ОС - рабочий электрод РЭ электрохимической ячейки ЭЯ. Рабочий РЭ и вспомогательный ВЭ электроды погружены в исследуемый раствор и разделены пористой диафрагмой Д. Наличие диафрагмы препятствует попаданию продуктов реакции, образующихся на ВЭ при протекании тока поляризации, в основной объем ячейки, где производятся из-

мерение сигнала Еос. На входе генератора тока ГТ снимается информационный сигнал

Еи =ТИ /Кгт = (Ео¥"+ Е0"> = КИУИ + Ки Си = Еи + Е, (1) кгт

(где Ки = Еи/Кгт, Ки = Е/Кп-, Уи - адмиттанс исследуемой электродной границы, Ои - проводимость границы для постоянной составляющей тока 1ц), гармоническая составляющая которого Еи, прямо пропорциональна измеряемому адмиттансу Уц.

Рис. 3. Обобщенная структурная схема ИП иммитанс - напряжение Е0 и Е - гармоническое и поляризующее напряжения; С - сумматор, В1 и В2 -вычитатели, К - ключ, Г и П - режим поляризации ИО соответственно гальваностатический или потенциостатический, ПИТ - преобразователь напряжение -ток, ЭХО - исследуемый электрохимический объект (см. рис. 1): Ъ?э и Znэ -импедансы рабочего и вспомогательного электродов, - сопротивление электролита; Ко - образцовый резистор

Рис. 4. Структурная схема ИП адмиттанс - напряжение с поляризацией ЭХО заданным потенциалом

Наличие в ИП генератора сигнала ГС (см. рис. 4) позволяет использовать эту схему и при поддержании равновесных условий измерения. С этой целью вначале в ГС производится измерение потенциала РЭ относительно электрода сравнения ЭС, затем полученное значение запоминается в ГС и подается на вход Е ИП.

При исследованиях метрологических параметров ИП определялись уровень выходных шумов и основные погрешности преобразования, а также меры по их уменьшению. Установлено, что уровень шумов ИП зависит от типа преобразования (адмиттанс - напряжение или импеданс - напряжение) и от характера реактивности иммитанса ИО, вследствие чего в области ИНЧ наименьшими шумами обладают ИП адмиттанс - напряжение индуктивных объектов и ИП импеданс - напряжение - емкостных. В результате анализа погрешностей регулирования и частотных погрешностей ИП показано, что значение этих погрешностей обратно пропорционально коэффициентам передачи активных элементов ИП с разомкнутой обратной связью (повторителя напряжения, сумматоров и др.) и прямо пропорционально отношению импеданса ИО Zи к значению сопротивления образцового элемента (рис. 5).

Предложен принцип построения широкополосных высокочастотных ИП импеданс - напряжения (работающих, в частности, в области средних и высоких частот 0.1 ч- 10 МГц) с преобразованием измерительных сигналов, несущих информацию об измеряемом импедансе в сигналы с фиксированной промежуточной частотой, обеспечивающих поддержание на ЭХО потенциостатического режима поляризации (рис. 6).

Рассмотрены погрешности такого ИП в рабочей области частот, обусловленные наличием в ИП паразитных импедансов соединительных кабелей и цепей поляризации; предложены некоторые пути построения ИП, позволяющие или их скомпенсировать, или же полностью исключить влияние отдельных мешающих паразитных параметров на точность преобразования.

В третьем разделе рассматриваются методы быстрого раздельного измерения компонентов гармонической составляющей СЭС, характеризующих иммитанс ИО.

Выходной сигнал ИП в общем случае - сложный электрический сигнал

еи = еп+еи, (2)

0.1 - - 5РЬ% 2

0 -0.1 - -1-1— 4 -+- 6 —ь 8 10

-0.2-

-0.3-

-0.4 -

Рис. 5. Зависимость относительной погрешности регулирования ИПИН (рис. 4) от отношения | р | = 2ц/К0, без коррекции (1) и с коррекцией коэффициента передачи усилителя (2)

Рис. 6. Функциональная схема высокочастотного измерительного преобразователя импеданс - гармоническое напряжение ПГ - потенциостат - гальваностат, ПН - повторитель напряжения, ЭУА - электронно-управляемый аттенюатор, ФСУ- формирователь сигнала управления, ТТ - трансформатор тока, ГТК - генератор гармонического колебания, ПТН -преобразователь ток - напряжение, ФСГТЧ - формирователь сигнала промежуточной частоты

где еи = ЕИтсоз(ю1 - ф) - гармоническая составляющая, компоненты которой прямо пропорциональны компонентам измеряемого иммитанса ЭХО, еп= еш + + ец + еПол + есв - сложная аддитивная помеха, здесь еш и ен - напряжения шумов и наводок, еПол = Е + VI - сигнал поляризации, где Е - постоянная составляющая и VI - линейно изменяющаяся составляющая (здесь V - скорость изменения поляризующего напряжения), еСв - свободная составляющая переходного процесса. Предложен метод, позволяющий в установившимся режиме измерить постоянную составляющую Е выходного сигнала ИП е^, переменная составляющая которого представлена рядом Фурье, за время, не превышающее периода воздействующего сигнала. Так, например, если выходной сигнал е^ представлен постоянной составляющей и суммой нечетных гармоник, то он имеет вид

е„ = Е + е„ =Е + ]ГЕИтк 5т(кю1 -<рк), (3)

к=1

где к = 1, 3, 5, ...;ЕИт - амплитуда к-ой гармонической составляющей сигнала

еи; со - круговая частота; (рк - фазовый сдвиг к-й гармоники относительно опорного (воздействующего) сигнала е0 = Еот^поЛ.. Сигнал с^ дискретизируегся через половину периода опорного сигнала. Среднее значение двух ближайших выборок (отсчетов) сигнала будет равно

°-5Ы=о+?ии2)=0-5

Е+ХЕитк зт(к(о-0-фк)+Е-

+ ЕЕить зт(кш.Т/2-фк)

: Е, (4)

где Т - период гармонической составляющей. Если из (4) вычесть (3), то получим значение гармонической составляющей

еи =ЁЕит„ этСоП-фД.

Используя метод суперпозиции, легко показать, что данный метод может быть использован и когда сигнал е^, представлен рядом Фурье с четными гармониками.

При наличии в сигнале постоянной составляющей, т.е. когда Еи = Е + Еи (рис. 7а), можно, используя метод селективной дискретизации СЭС, достаточно быстро определить параметры гармонической составляющей. Для этого, в моменты перехода через ноль опорных сигналов ео = ЕотСозсй и ]сс) = Ео^тоП (рис. 7в, г), определяются значения выборок сигнала Еи :

ЕА|,=0=Е + ЕИтСО;3Ф> ЕВ|1=Т/4 = Е + ЕИт Ф. 1

Ес|.-т/2 =Е-ЕИтсозф, Е0|,=зт/4 = Е-ЕИт5тф.Г

Из полусуммы выборок Ед, Ес или Ев, Ес определяется значение постоянной составляющей Е, а полуразность этих выборок:

0.5(ЕА -Ес) = ЕИтсозф = Ек1

0-5(ЕВ - Ео) = ЕИт 5'П<Р = ЕХ I

определяет соответственно реальный Ея = Ие(Ец) и мнимый Ех = 1т(Ец) компоненты гармонической составляющей Еи измеряемого сигнала Еи.

Если измеряемый сигнал описывается выражением е^ = Е + + с» (см. рис. 76), то значения выборок, взятые в момент перехода через ноль опорных

сигналов е0 = ЕотСозоЯ и]с0 = Е0тя1пм1 (рис. 7в, г), соответственно равны:

Е+Еит С0:3(Р.

= Е + V—+ ЕИ втф, 4

ЗТ

Ес!.т/2=Е + у--ЕИт соэф, ЕпМТ/4 =Е + у—-ЕИт ипф,

ЗТ

Е а|1=т = Е + уТ+ ЕИга соэф, Е в[<=5т/4 = Е + V — - ЕИт 5Шф.

Искомые значения реального и мнимого компонента гармонической составляющей Еи сигнала Еи получим, если полученные выборки (7) обработаем по следующему алгоритму:

Яе(Еи) = %(Ел - 2Ес + Е а) = ЕИт созф = Ек 1т(Еи) = Х(Ев-2Еп + Е,в)=ЕИга япФ = Ех

(В)

А 1=0

Рис. 7. Диаграммы сигналов, поясняющие измерения параметров гармонической составляющей СЭС при наличии в нем постоянной и линейно изменяющейся составляющих методами селективной дискретизации ЕЛ, Еп, Ее, Е0, Е а , Е в - выборки текущего значения СЭС Е - постояная составляющая, с0 и ]е0 - опорные сигналы

Известно, что сложная аддитивная помеха может быть описана степенным рядом, например рядом Тейлора п-й степени:

1! 2! п! >0

Предложенные ВСП на основе методов с п-кратной селективной дискретизацией, п-полупериодным ФЧД и п-полупериодной корреляционной обработкой сигнала, позволяют исключить влияние (п-1) слагаемых сложной аддитивной помехи вида (9) на погрешность измерения. Алгоритмы этих методов определяются выражениями:

- для ВСП с п-кратной селективной дискретизацией сигнала

I" -

Ч _

цк=1ш(Еи)=-?Ьп2К;п_1)Е>

I ¡=о

(10)

где Е" - символ, обозначающий ВСП с п-кратной селективной дискретизацией сигнала, при этом подиндекс "1" указывает на вид ВСП, а п - число выборок сигнала; здесь и далее подиндексы "с" и "к" у символа Ь соответствуют синфазному и квадратурному ВСП сигнала Еи, К[п_])- значение ¡-го от начала разложения члена (с учетом знака) коэффициента бинома Ньютона (1 - К)'""1', Т - период опорного сигнала. Следует отметить, что алгоритмы (6) и (8) являются частными случаями алгоритма (10);

- для ВСП с п-полупериодным ФЧД сигнала

Т" =

2

. п-| (Ьс,+1/2)Т

Ьп2с=Ке(ЁИ = -71у-Хки {ЁиОХИ

ьат пп

. „_| (ЬК,+1'2)Т > ни

Ь-а11 = 1т(Еи) = 1Еи(1)СИ

/ 1 ¡=0 ь„.г

где символом обозначено ВСП с п-полупериодным ФЧД, Ьс, = 0, 1,...;

Ь„.= 1/ 3/ 5/ •

/4> /4> /4''"'

- для ВСП с фазодетерминированной п-полупериодной корреляционной . обработкой сигнала

и1

, п-1 (ЬС,+М)Т

Ь"3е =Не(Еи)=~п-2:ки ]Еи(1)созсо1СП

1=0 ь°т (121) , п-1 (Ьк,+1/2)Т ' У1*)

14 =1т(Еи)=-те^к;„.1) {Еи(1)3тшК11

7 1 ¡=о ьк,Т

здесь символом Ь" обозначено ВСП с фазодетерминированной п-полупе-риодной корреляционной обработкой.

Проведен анализ погрешностей измерения гармонической составляющей СЭС предложенных ВСП Ь", Ь"2 и Ц по сравнению с классическим корреляционным методом Ь3 ы (1М = п/2 - число периодов преобразования), при наличии в измеряемом сигнале свободной составляющей переходного процесса, т.е. когда ^ = еи - ехр(-1/т) (т - постоянная времени переходного процесса) (см. рис. 8 - Л).

п=6

IКI, дБ'

а)

0>к/(Йо

! КI, дБ

б)

Шк/(|)о

Рис. 8. Выигрыш в точности определения синфазного и квадратурного компонентов гармонической составляющей Еи СЭС Еи при использовании п-полупериодного ФЧД Цс к (при п = 3, 4, 5, 6) в сравнении с двухполупериодным методом ФЧД \}2с к

Рис. 9. Нормированные по частоте графики степени подавления неосновных гармоник от их частоты при варьировании количества полупериодов п ФЧД. | К I - степень подавления, и о - частота первой гармоники, юк - частота к-й гармоники п=2 (а), п=10 (б)

Рис. 10. Нормированные по частоте графики степени подавления неосновных гармоник от их частоты при варьировании количества полупериодов п интегрирования в ВСП Ь3 (а), (б) и ВСП Ь" (в), (г). IК | - степень подавления, <в0 - частота первой гармоники, сок - частота к-й гармоники. п=2 (а) и (в), п=10 (б) и (г)

На рис. 11 эффективность предложенных методов ВСП показана как отношение относительных погрешностей ВСП с классической корреляционной обработкой сигнала 5ЬЗЫ к погрешности предложенного метода ВСП 8Ь" (кривые 1 - 6Ь3 2 / 8Ь"5, 2- 6Ь3 2 / 5Ь42, 3- 61_3 2 / 6Ь3 при времени ВСП сигнала е,, 1ц = 2Т; кривые 4 - 8Ь3 3 / , 5 - 5Ь3 3 / 6Ь62, 6- 5Ь3 3 / 5Ь3 при времени ВСП = ЗТ; 13 - время задержки ВСП от начала переходного процесса).

В четвертом разделе предложено устройство для быстрого измерения и полной компенсации постоянной составляющей СЭС, реализующего метод, рассмотренный в разделе 3 (см. (4)). Быстродействие такого устройства не может превышать половины периода измеряемого сигнала и, следовательно, увеличивается время проведения одного измерения, что особенно заметно в области низких и инфранизких частот. Поэтому, для уменьшения времени компенсации постоянной составляющей, предлагается устройство для быстрой, хотя и неполной компенсации этой составляющей.

В разделе также рассмотрены обобщенные структурные схемы устройств, реализующих методы п-кратной селективной дискретизации (см. (10)), методы с интегральными преобразованиями: п-полурериодного ФЧД (см. (11)) и п-полупериодный корреляционный метод (см. (12)). Структурная схема устройства, реализующая методы ВСП с интегральными преобразованиями (11) и (12), приведена на рис. 12.

Рис. 11. Выигрыш в подавлении свободной составляющей переходного процесса е[-в(1) = - ехр^- при использовании метода п-кратной

селективной дискретизации Ц (кривые (1) и (4)), п-полуперидного ФЧД Ц (кривые (2) и (5)) и п-полупериодного корреляционного метода Ц (кривые (3) и (6)) в сравнении с классическим корреляционным методом

= п/2) от длительности задержки 13 ВСП от начала переходного процесса:

С); —I1 (2); —£ (3); —(4); —^ (5); —М (6) 5Ь1 5Ь2 5Ь4з 5Ь' 5Ь2 5Ь63

Рис. 12. Схема устройства, реализующего методы с интегральными преобразованиями

ГПИ1,2 - генераторы прямоугольных импульсов; ФЧДК и ФЧДх - фазочувстви-тельные детекторы; signRx - определители полярности напряжений; ОК1,2 -определители коэффициента бинома Ньютона К'(п.|); МПКХ - масштабные преобразователи; ^Яи - сумматоры; ИУ 1,2 - индицирующие устройства

Для того, чтобы это устройство обеспечивало реализацию п-полупериодиого корреляционного метода, необходимо вместо фазочувстви-тельных детекторов поставить корреляторы, а также отпадает необходимость в устройствах, определяющих полярность входных напряжений.

Рассмотрены особенности построения и структурная схема измерителя иммитанса ИИМ-2098, построенного на основе п-полупериодного метода ФЧД, экспериментально определены его основные метрологические характеристики.

В качестве примеров использования разработанного измерителя, в работе приведены результаты исследований моногранных серебряных и ионно-металлических твердых электродов.

В заключении сформулированы основные теоретические и практические результаты диссертационной работы, которые состоят в следующем:

1. На основе рассмотрения специфических особенностей и интерпретации результатов измерений иммитанса ЭХО определены основные технические требования к измерительной аппаратуре, применяемой при исследованиях свойств ЭХО импедансным методом.

2. Предложены принципы построения ИП иммитанс - напряжение для работы в области средних частот и ИНЧ, обеспечивающих поляризацию ИО заданным потенциалом, или для работы в равновесных условиях. Рассмотрена связь шумовых характеристик ИП с параметрами ИО, а также зависимость систематических погрешностей ИП от соотношения иммитансов ИО и образцовой меры, от паразитных емкостей и от конечного значения коэффициентов передачи активных элементов ИП. Предложены некоторые пути коррекции и компенсации этих погрешностей, показаны пути уменьшения собственных шумов ИП.

3. Предложен принцип построения широкополосных высокочастотных ИП с преобразованием измерительных сигналов, несущих информацию об измеряемом иммитансе, в сигналы с фиксированной промежуточной частотой, обеспечивающих поддержание на ИО потешщостатического режима поляризации. Рассмотрены погрешности такого ИП в рабочей области частот, обусловленные наличием в ИП паразитных импедансов соединительных кабелей и цепей поляризации; предложены методы учета и коррекции этих погрешностей.

4. Предложены методы и устройства для быстрого измерения и полной компенсации постоянной составляющей СЭС, содержащего постоянную составляющую и периодический сигнал, представленный рядом Фурье, за время, не превышающее длительности периода основной гармоники. Предложены также метод и устройство для компенсации постоянной составляющей СЭС, содержащего постоянную и гармоническую составляющие, до уровня не превышающее амплитуды гармонической составляющей, за время, значительно меньшее ее периода.

5. Предложены методы и устройства быстрого измерения иммитанса при наличии в измеряемом сигнале аддитивных помех, основанные на ВСП с п-кратной селективной дискретизацией, п-полупериодным ФЧД и фазодетерми-нированном на п полупериодах корреляционном методе, позволяющие искшо-

чить влияния на результаты измерений (п-1) слагаемых сложной аддитивной помехи, описываемой степенным рядом, например рядом Тейлора со степенью переменной (п-2) включительно.

6. Показано, что ВСП представляют собой возрастающий по эффективности подавления сложной аддитивной помехи, например свободной составляющей переходного процесса, ряд: классический корреляционный метод, метод n-кратной селективной дискретизации, метод n-полупериодного ФЧД и фа-зодетерминированный на п полупериодах корреляционный метод.

7. На основе метода с n-полупериодным ФЧД разработан быстродействующий измеритель иммитанса ИИМ-2098, который используется для изучения свойств ЭХО; он также может быть использован для изучения свойств широкого класса объектов: в электро-, радио- и полупроводниковой технике, в геофизике, медицине, биологии и других областях науки и техники.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ:

1. Новицкий С.П., Фадеева Л.В. Быстрое измерение импеданса электрофизических объектов с помощью корреляционных методов // Информатика и проблемы телекоммуникаций. Российская науч. - техн. конф.: Тез. докл. - Новосибирск: Изд-во СибГАТИ, 1996. - С. 43.

2. Филатов A.B., Новицкий С.П., Вайс A.A., Фадеева Л.В. Высокочастотный измерительный преобразователь импеданс - напряжение // Измерительная техника. - 1996. - № В. - С. 54 - 58.

3. Новицкий С.П., Фадеева Л.В. Быстрое измерение импеданса электрофизических объектов методом селективной дискретизации // Тр. третьей Меж-дунар. науч. - техн. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения" АПЭП - 96: В 11 томах. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1996. - Т. 5. Измерения в радиоэлектронике. - С. 158 - 162.

4. Фадеева Л.В., Новицкий С.П., Белотелов В.В. Сравнительный анализ корреляционных методов измерения импеданса электрофизических объектов // Тр. третьей Междунар. науч. - техн. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения" АПЭП - 96: В 11 томах. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1996. - Т. 5. Измерения в радиоэлектронике. - С. 163 - 167.

5. Новицкий С.П., Иванчиков И.А., Фадеева Л.В., Филатов A.B. Идентификация структурной схемы электродной границы // Тр. третьей Междунар. науч. - техн. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения" АПЭП - 96: В 11 томах. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1996. - Т. 9. Проектирование и технология производства РЭС. - С. 63 - 69.

6. Фадеева J1.B., Новицкий С.П. Быстрое измерение импеданса электрофизических объектов методами фазочувствительного детектирования // Информатика и проблемы телекоммуникаций: Материалы Междунар. науч. - техн. конф. - Новосибирск: Изд-во СибГАТИ, 1997. - С. 128.

7. Патент № 2076546. Способ измерения компонентов гармонической составляющей сложного электрического сигнала / Новицкий С.П., .Фадеева J1.B. // Открытия. Изобретения. - 1997. - № 9.

8. Новицкий С.П., Фадеева JJ.B. Применение корреляционных методов для обработки сигналов при измерении импеданса электрохимических объектов // Метрология. - 1997. - № 7. - С. 20 - 30.

9. Новицкий С.П., Фадеева Л.В., Белотелов В.В., Дегтярь Г.А., Матасов А.Г., Филатов A.B., Кензин В.И., Маслий А.И. Измеритель иммитанса электрофизических объектов, инвариантный к сложной аддитивной помехе // Тр. IV Междунар. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения" АПЭП - 98: В 16 томах. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1998. - Т. 9. Измерительные приборы и системы. - С. 45 - 52.

10. Новицкий С.П., Фадеева J1.B., Матасов А.Г. Анализ погрешностей методов быстрого измерения иммитанса исследуемых объектов, использующих селективную дискретизацию измерительных сигналов // Тр. IV Междунар. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения" АПЭП - 98: В 16 томах. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1998. - Т. 9. Измерительные приборы и системы. - С. 53 - 56.

11. Новицкий С.П., Кензин В.И., Фадеева Л.В., Филатов A.B., Матасов А.Г. Измерительные преобразователи иммитанс - электрический сигнал с поляризацией объекта заданным током или потенциалом // Информатика и проблемы телекоммуникаций. Российская науч. - техн. конф.: Материалы конф. - Новосибирск: Изд-во СибГУТИ, 1999. - С. 35 - 36.

12. Новицкий С.П., Фадеева Л.В., Матасов А.Г. Устранение влияния апериодической аддитивной помехи при измерении импеданса исследуемых объектов методом n-полупериодного фазочувствительного детектирования // Метрология. - 1999. - № 1. - С. 28 - 40.

Формат 60x84

Усл. - п.л. 1,08. Печ.л. 1,2.

Подписано в печать 5.05.2000. Тираж 75 экз._

Бумага офсетная Заказ № 369

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ИММИТАНСА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ И ОБРАБОТКИ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ. ТРЕБОВАНИЯ

К ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЕ.

1.1. Специфические особенности измерения и интерпретации частотных зависимостей иммитанса электрохимических и других электропроводных объектов

1.2. Влияние переходного процесса на погрешность при быстром измерении иммитанса ЭХО.

1.3. Требования, предъявляемые к методам и средствам измерения иммитанса ЭХО.

1.3.1. Принципы построения быстродействующих измерителей иммитанса ЭХО

1.3.2. Оптимальное быстродействие при измерениях иммитанса ЭХО.

1.3.3. Максимально допустимое значение амплитуды воздействующего на ЭХО сигнала.

1.3.4. Основные требования и рекомендации к построению измерителей иммитанса ЭХО.

1.4. Выводы.

2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИММИТАНС - ГАРМОНИЧЕСКИЙ СИГНАЛ.

2.1. Классификация и структурные схемы простейших измерительных преобразователей иммитанс - гармонический сигнал.

2.2. Измерительные преобразователи иммитанс - гармонический сигнал для области ИНЧ и средних частот.

2.3. Измерительные преобразователи иммитанс - гармонический сигнал для области высоких частот.

2.4. Выводы.

3. МЕТОДЫ БЫСТРОГО РАЗДЕЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГАРМОНИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СЭС.

3.1. Измерение параметров СЭС методами селективной дискретизации.

3.1.1. Измерение постоянной составляющей СЭС.

3.1.2. Измерение параметров гармонической составляющей СЭС в присутствии постоянной составляющей.

3.1.3. Измерение параметров гармонической составляющей СЭС при наличии аддитивных постоянной составляющей и линейно изменяющегося сигнала.

3.1.4. Измерение параметров гармонической составляющей СЭС в присутствии сложной аддитивной помехи.

3.2. Измерение параметров СЭС с помощью фазочувствительного детектирования.

3.3. Измерение параметров СЭС с помощью корреляционных методов.

3.4. Сравнительный анализ погрешностей измерения параметров гармонической составляющей СЭС методами, инвариантными к аддитивным помехам.

3.5. Выводы

4. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ КОМПОНЕНТНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (КИП) ДЛЯ СЭС И ИХ ДОСТИЖИМЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

4.1. Основные требования к КИП как функциональным узлам измерителя иммитанса ЭХО.

4.2. Способы и устройства предварительной компенсации постоянной составляющей и выделения гармонической составляющей из СЭС измерительного преобразователя.

4.3. КИП на основе методов n-кратной селективной дискретизации

4.4. КИП на основе методов с интегральным преобразованием СЭС.

4.5. Обобщенная схема измерителя иммитанса ЭХО на основе методов с интегральным преобразованием и персонального компьютера.

4.6. Примеры практического использования измерителя иммитанса ИИМ-2098 в научных исследованиях.

4.7. Выводы.

Во многих областях естествознания измерения иммитанса (импеданса или адмиттанса), выполненные в широкой полосе частот, позволяют получить достаточно полную информацию о свойствах исследуемых объектов (ИО). В современной научной литературе этот метод получил название импедансный. Он нашел широкое применение в электрохимии для изучения процессов электроосаждения, электрорастворения и коррозии металлов [1 - 13], строения двойного электрического слоя [13 - 21], исследования хемотронов и химических источников тока [22 - 26], изучения систем с твердыми электролитами [27 - 32]. В полупроводниковой технике этот метод применяют для изучения свойств границ металл - диэлектрик и диэлектрик - полупроводник и для определения состава и однородности пленок различных полупроводниковых материалов [33 - 37]. В геофизике дисперсионные характеристики газо- и нефтенасыщенных пластов используют для выдачи прогноза о целесообразности дальнейших изысканий [38 - 41]. Важную информацию о нормальном состоянии или наличии отклонений от нормы дают измерения дисперсии импеданса крови, мозга, мышечных тканей и подобных им объектов при проведении биологических и медицинских исследований [42- 46].

Импедансный метод в классическом варианте основан на определении отношения гармонического напряжения на ИО к гармонической составляющей тока (комплексное сопротивление - импеданс), протекающего через ИО, или же обратного ему отношения (комплексная проводимость - адмиттанс), находящийся в равновесных условиях (свойства ИО не изменяются после подключения измерительной цепи) или же при определенном измерительном режиме поляризации ИО (постоянный и/или линейно изменяющийся ток или напряжение, или другие виды поляризации). Наличие в измерительном сигнале, наряду с гармонической составляющей, постоянной и линейно изменяющийся составляющих сигнала, необходимых для поляризации ИО, но являющихся по отношению к измеряемой гармонической составляющей аддитивными помехами, осложняют процесс измерения. Выполнение коммутаций в измерительной цепи, связанных непосредственно с измерительным процессом (подача измерительного сигнала, изменение его рабочей частоты, амплитуды и фазы, или же изменение режима поляризации объекта, амплитуды и формы поляризующего сигнала), приводит к возникновению переходного процесса, свободная составляющая которого, по отношению к измеряемому гармоническому сигналу является аддитивной помехой. Длительность переходного процесса в измерительной цепи в зависимости от постоянной времени ИО может составлять от долей микросекунд до нескольких часов. При этом следует учитывать, что параметры, например биолого-медицинских или электрохимических объектов (ЭХО), нестабильны во времени и, следовательно, для получения как можно более достоверной информации о свойствах ИО измерение их иммитанса необходимо производить с максимально возможным быстродействием и приемлемой для практических целей точностью. В этой связи весьма актуальной является задача разработки методов и средств быстрого прецизионного измерения иммитанса ИО (с временем измерения, сравнимым с длительностью периода гармонической составляющей измерительного сигнала). Особенно актуальной эта задача становится при измерениях иммитанса в области низких и инфранизких частот (ИНЧ), когда, например при измерении иммитанса ЭХО, необходимо обеспечить высокую степень сохранности объекта исследований и свойств, протекающих в нем процессов.

Несмотря на острую необходимость проведения быстрых прецизионных измерений иммитанса ИО, прогресс в этой области недостаточен. Так анализ работ, посвященных измерению иммитанса ЭХО [2, 47 - 49], позволяет сделать вывод, что наиболее эффективные измерители иммитанса построены на основе методов с прямо пропорциональным преобразованием иммитанс ИО - гармонический сигнал и последующим раздельным измерением компонентов гармонической составляющей сигнала, однозначно характеризующих значения искомых компонентов иммитанса ИО [47, 50 - 54]. Этот принцип

10 положен в основу всех предложенных нами методов быстрого раздельного измерения компонентов иммитанса ЭХО, позволяющих обеспечить требуемую точность измерений и поддерживать заданный режим поляризации ЭХО.

Разработке и исследованию эффективности методов быстрого раздельного измерения параметров иммитанса ЭХО, обеспечивающих заданную точность, и посвящена настоящая работа.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Способы построения быстродействующих прецизионных ИП имми-танс - напряжение для области ИНЧ, средних и высоких частот, обеспечивающих заданный режим поляризации ИО или равновесные условия, и их технические характеристики.

2. Алгоритмы новых методов с п-кратной селективной дискретизацией, п-полупериодным ФЧД и п-полупериодного корреляционного метода, инвариантных ко всем слагаемым аддитивной помехи, степень переменной в которых не превышает (п-2).

3. Экспериментальные результаты исследования метрологических характеристик быстродействующего измерителя иммитанса ИИМ-2098.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе рассмотрения специфических особенностей ЭХО и особенностей интерпретации результатов измерений определены основные технические требования к измерительной аппаратуре, применяемой для исследования свойств ЭХО импедансным методом.

2. Предложены принципы построения ИП иммитанс - напряжение для работы в области средних частот и ИНЧ, обеспечивающих равновесные условия или поляризацию ИО заданным потенциалом. Рассмотрена связь шумовых характеристик выходных сигналов ИП с параметрами ИО, а также зависимость систематических погрешностей преобразования ИП от соотношения иммитансов ИО и образцовой меры, влияния паразитных емкостей и конечного значения коэффициентов передачи активных элементов ИП. Предложены некоторые пути коррекции и компенсации этих погрешностей, указаны пути уменьшения собственных шумов ИП.

3. Предложен принцип построения широкополосных высокочастотных ИП с преобразованием измерительных сигналов, несущих информацию об измеряемом иммитансе, в сигналы с фиксированной промежуточной частотой, и обеспечением на ИО потенциостатического режима поляризации. Рассмотрены погрешности такого ИП в рабочей области частот, обусловленные наличием в ИП паразитных импедансов соединительных кабелей и цепей поляризации; предложены методы учета и коррекции этих погрешностей.

4. Предложены методы и устройства для быстрого измерения и полной компенсации в установившимся режиме постоянной составляющей СЭС, содержащего постоянную составляющую и периодический сигнал, представленный рядом Фурье с нечетными гармониками, за время, не превышающее длительности периода основной гармоники. Предложены также метод и устройство для компенсации постоянной составляющей СЭС, содержащего постоянную и гармоническую составляющие, до уровня не превышающее амплитуды гармонической составляющей, за время, значительно меньшее ее пе

140 риода.

5. Предложены методы и устройства быстрого измерения иммитанса при наличии в измеряемом сигнале аддитивной помехи, основанные на ВСП с п-кратной селективной дискретизацией, п-полупериодным ФЧД и фазодетер-минированным на п-полупериодах корреляционным методом, позволяющие исключить влияния на результаты измерений (п-1) слагаемых сложной аддитивной помехи, описываемой степенным рядом, например рядом Тейлора со степенью переменной (п-2).

6. Показано, что ВСП представляют собой возрастающий по эффективности подавления сложной аддитивной помехи, например свободной составляющей переходного процесса, ряд: классический корреляционный метод, метод п-кратной селективной дискретизации, метод п-полупериодного ФЧД и фазодетерминированный на п-полупериодах корреляционный метод.

7. На основе метода с п-полупериодным ФЧД разработан быстродействующий измеритель иммитанса ИИМ-2098, который используется для изучения свойств ЭХО; он также может быть использования для изучения свойств широкого класса объектов: в электро-, радио- и полупроводниковой технике, в геофизике, медицине, биологии и других областях науки и техники.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложены методы и устройства быстрого измерения иммитанса, инвариантных к наличию аддитивных помех, представленных рядом Тейлора п-й степени. На основе методов с использованием интегральных преобразований создан быстродействующий измеритель параметров иммитанса и поляризующего сигнала ЭХО ИИМ-2098, который используется в практике научных исследований ИХТТМ СО РАН. Применение этого прибора позволяет получить более достоверные данные об исследуемых объектах.

Прибор ИИМ-2098 может успешно использоваться для получения импеданс - частотных характеристик ИО при их поляризации заданным током или заданной разностью потенциалов не только в электрохимии, но и в геофизике, при исследованиях медико-биологических объектов, в электро-, радио- и полупроводниковой технике и других областях.

Эффективность использования разработанного измерителя достигается применением новых прогрессивных решений, обеспечивающих высокие технические характеристики измерителя, такие как быстродействие, точность измерения и помехозащищенность, высокий уровень автоматизации. Все это обеспечивает его привлекательность для проведения исследований широкого класса объектов импеданс - частотными и импеданс - вольтамперными методами.

Дальнейшие перспективы развития данного научного направления связаны с решением следующих задач, представляющих наибольший интерес для теории и эксперимента и непосредственно вытекающих из результатов данной работы.

Во-первых, на основе предложенных в работе методов и технических решений создание универсальной интерактивной системы для регистрации и анализа импеданс - вольтамперных характеристик ЭХО и других ИО, например биолого-медицинских, геофизических и др.

138 .

Во-вторых, синтез структур, разработка схемных решений быстродействующих измерителей параметров гармонической сигнала, осложненного шумами и переходными процессами, на основе предложенных методов.

Решение этих задач имеет первостепенное значение для повышения достоверности сведений о свойствах ИО и для углубление теории раздельного измерения параметров сложных электрических сигналов и электрических двухполюсников, что и определяет перспективность данного научного направления.

1. Графов Б.М., Укше Е.А. Электрохимические цепи переменного тока. М.: Наука, 1973.- 128 с.

2. Стойнов З.Б., Графов Б.М., Савова-Стойнова Б.С., Елкин В.В. Электрохимический импеданс. М.: Наука, 1991. - 336 с.

3. Рогожников Н.А., Бек Р.Ю. Адсорбция ионов цианида на серебре. Кинетика адсорбции // Электрохимия, 1982. Т. 18. - № 5. - С. 661 - 664.

4. Cogger N.D. The measurement of low amplitude signals resulting from the study of electrochemical phenomena. Technical report № 014/84. Solatron Instruments. - 12 p.

5. Epelboin I., Keddam M. Faradaic Impedance: Diffusion Impedance and Reaction Impedance // Journal of Electrochemical Society, 1970. Y. 117. - № 8. -P. 1052- 1056.

6. Epelboin I., Ksouri M., Lejay E., Wiart R. A study of the elementary steps of electron transfer during the elecrocrystallization of zinc // Elecrochem. Acta, 1975. -V. 20. - P. 603 - 605.

7. Паутов B.H., Маслий А.И. I. Изучение электрокристализации серебра. II. О частотной зависимости составляющих импеданса поверхностной диффузии ад атомов // Изв. СО АН СССР. сер. хим. наук, 1974. - № 14. - вып. 6. -С. 44 - 47.

8. Будевски Е., Бастанов В., Витанов Т. и др. Современные достижения в области электрокристализации металлов // Изв. БАН акад. хим. наук, 1969. -Т. 14.-книга3.-С. 479.

9. Фрумкин А.Н. Потенциалы нулевого заряда. М.: Наука, 1979. - 260 с

10. Бек Р.Ю., Лаврова Т.А. Исследование кинетики электроосаждения золота и серебра из тиомочевинных и роданистых электродов // Изв. СО АН СССР, сер. хим. наук, 1971. № 14. - вып. 6. - С. 102 - 106.

11. Медведев А.Ж., Маслий А.И., Пирогов Б.Я. Кинетика электроосаждения меди на твердых медных электродах // Изв. СО АН СССР, сер. хим. наук, 1986. № 15. - вып. 6. - С. 70 - 75.

12. Фрейдман Л.И., Макаров В.А., Брыксин И.У. Потенциостатические методы в коррозионных исследованиях и электрохимической защите. Л.: Химия, 1972. - 240 с.

13. Соколов Ю.М., Тедорадзе Г.А., Аракелян P.A. Измерение емкости двойного электрического слоя на частотах от 1 до 20 Гц // Электрохимия, 1973.-Т. 9.-№4.-С. 554- 557.

14. Абдулов С.Д. Зелинский А.Г. Бек Р.Ю. Емкость обновляемого золотого электрода в смешанных растворах фтористого и хлористого натрия с постоянной ионной силой // Электрохимия, 1980. Т. 16. - № 5. - С. 655 - 661.

15. Чеботин В.Н., Ремез И.Д., Соловьева Л.Н., Карпачев C.B. Особенности двойного электрического слоя в твердых и расплавленных электролитах // Электрохимия, 1969. Т. 11. - № 10. - С. 1471 - 1477.

16. Укше Е.А., Букун Н.Г., Лейкис Д.И. Влияние природы электролита на емкость двойного слоя в расплавленных солях // Журнал физ. химии, 1962. -Т.36.-№ 11.-С. 2322- 2338.

17. Александрова Д.П., Лейкис Д.И. Емкость двойного электрического слоя в концентрированных растворах солей // Электрохимия, 1965. Т. 1. -№2.-С. 241 -243.

18. Тедорадзе Г.А., Соколов Ю.М., Аракелян P.A. Об измерении емкости двойного электрического слоя на инфразвуковых частотах // Электрохимия, 1973. Т. 9. - № 2. - С. 240 - 244.

19. Ремез И.Д., Карпачев C.B. Емкость двойного электрического слоя на золотом электроде в чистом и легированном AgCl // Электрохимия, 1979.1. Т. 15.-С. 1867- 1869.

20. Ремез И.Д., Закс И.А., Карпачев С.В. Двойной электрический слой в CaF2 в контакте с платиновым электродом // Доклады АН СССР, 1980. Т. 2. -№ 2. - С. 407 - 409.

21. Дамскин Б.Б., Петрий О.А. Введение в электрохимическую кинетику. М.: Высшая школа, 1975. - 416 с.

22. Таганова А.А. Химические источники тока. Л.: Энергоатомиздат, 1987.- 109 с.

23. Боровков B.C., Графов Б.М., Добрынин Е.М., Луковцев П.Д., Новиков А.А., Новицкий М.А., Соколов Л.А., Цикалов В.А. Электрохимические преобразователи первичной информации. М.: Машиностроение, 1969. -196 с.

24. Кабанов Б.Н., Рыбалка К.В., Шалдаев B.C. Исследование системы РЬ -PbS04 в растворе серной кислоты в неравновесных условиях методом импеданса // Электрохимия, 1978. Т. 14. - № 5. - С. 776 - 780.

25. Keddam М., Stoynov S., Takenouti Н. Impedance measurement on Pb/H2S04 batteries // Journal of Applied Electrochemistry, 1977. № 7. - P. 539 -544.

26. Укше E.A., Букун Н.Г. Твердые электролиты. М.: Наука, 1977.176 с.

27. Укше А.Е. Методы измерения электрохимического импеданса в ин-франизкочастотном диапазоне // Электрохимия, 1985. Т. 21. - № 5. - С. 682 -687.

28. Укше Е.А., Укше А.Е. Импеданс поликристаллического твердого электролита // Электрохимия, 1981. Т. 27. - № 5. - С. 776 - 779.

29. Укше Е.А., Вершинин Н.Н. Измерение импеданса при инфранизких частот // Электрохимия, 1980. Т. 16. - № 11. - С. 1773 - 1776.

30. Иванов-Шиц А.К., Цветнова Л.А., Романчикова Г.В. Низкочастотное поведение импеданса тонкопленочных электрохимических ячеек с твердымэлектролитом Ag4RbI5 // Электрохимия, 1990. T. 26. - № 6. - С. 786 - 788.

31. Ремез И.Д., Карпачев C.B. Потенциалы нулевого заряда некоторых металлических электродов в твердых окисных электролитах // Электрохимия, 1977. Т. 13. - вып. 6. - С. 883 - 887.

32. Вьюков JT.A., Демьяновский О.Б., Дешевый A.C. Измерение составляющих комплексного импеданса структур металл диэлектрик - полупроводник // Приборы и техника эксперимента, 1975. - № 6. - С. 235 - 238.

33. Разработка прибора измерителя импеданса полупроводниковых материалов. Отчет о НИР / ИХТТИМС СО АН СССР. Руководитель С.П. Новицкий. - Инв. № 9, 1975. - 27 е.: ил. 15.

34. Мямлин В.А., Плесков Ю.В. Электрохимия полупроводников. М.: Наука, 1965.- 327 с.

35. Гуревич Ю.Я., Плесков Ю.В. Фотоэлектрохимия полупроводников. -М.: Наука, 1983.-311 с.

36. Сахарова А .Я., Севастьянов А.Э., Плесков Ю.В., Теплицкая Г.Л., Суриков В.В., Волошин A.A. Электроды из синтетического полупроводникового алмаза. Оценка однородности из измерений импеданса // Электрохимия, 1991. Т. 27.-№ 2. - С. 263 - 268.

37. Методы измерения поляризации горных пород переменным током. Сб. статей / Под ред. Г.В. Астраханцева, Г.С. Франтова. Свердловск: Изд - во УНЦ АН СССР, 1974. - 133 с.

38. Электромагнитные методы при исследовании земных недр. Сб. статей / Под ред. Г.В. Астраханцева. Свердловск: Йзд - во УНЦ АН СССР, 1983.- 120 с.

39. Левицкая П.М., Кензин В.И., Новицкий С.П. Изучение вызванной поляризации в образцах карбонатных горных пород в области низких частот // Прикладная геофизика, 1988. вып. 119. - С. 60 - 64.

40. Штамбергер Г.А. Измерение и геофоизика. В сб.: Проблемы электрометрии. - Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1967. - С. 48 - 55.

41. Утямышев Р.И. Радиоэлектронная аппаратура для исследований физиологических процессов. М.: Энергия, 1969. - 343 с.

42. Азаров Ю.К., Дубровин Э.Д. Устройство для получения электроско-пической информации о биологических объектах. В кн.: Радиоэлектронные приборы для биологических и медицинских исследований. - М.: Наука, 1966. -96 с.

43. Тарусов Б.Н. и др. "Биофизика". М.: Высшая школа, 1968. - 214 с.

44. Минц А.Я., Ронкин М.А. Реографическая диагностика сосудистых заболеваний головного мозга. Киев: Наукова думка, 1967. - 159 с.

45. Бецкий О.В., Гриндель О.М. Фазочастотный метод анализа переходных характеристик сложных биологических систем. В сб.: Проблемы нейро-кибернетики. - Ростов: Изд - во Ростовского гос. университета, 1976. - С. 22 -23.

46. Новицкий С.П. Принципы построения и вопросы теории преобразователей для быстрого раздельного измерения параметров электродных процессов на переменном токе. Дис. . д-ра техн. наук: 05.11.12. Новосибирск, 1988. - 400 с.

47. Gabrielli С. Identification of electrochemical processes by frequency response analysis. Technical report № 004/83. Solartron Instruments. Issue 2, 1984. - 120 p.

48. Z. Stoynov. Fourier analysis in the presence of nonstationary aperiodic noise. Diss. Doct. Techn. Sc. Zürich, 1985. - 151 p.

49. Кнеллер В.Ю. Автоматическое измерение составляющих комплексного сопротивления. М. - Л.: Энергия, 1967. - 368 с.

50. Кензин В.И., Новицкий С.П. Автокомпенсационные измерительные преобразователи комплексная проводимость напряжение, обеспечивающие требуемую поляризацию // Автометрия, 1982. - № 2. - С. 102 - 105.

51. A.c. 507831 (СССР). Измерительный преобразователь комплексная проводимость напряжение / Новицкий С.П., Кензин В.И. - Опубл. в Б.и.,1976.-№11.

52. Филатов A.B., Новицкий С.П., Вайс A.A., Фадеева JI.B. Высокочастотный измерительный преобразователь импеданс напряжение // Измерительная техника, 1996. - № 8. - С. 54 - 58.

53. Карандеев К.Б. Специальные методы электрических измерений. М.- Л.: Госэнергоиздат, 1963. 344 с.

54. Лейкис Д.И. Импеданс электрохимических систем с твердыми электродами как источник информации о свойствах этих систем. Автореферат дис. . д-ра хим. наук. М., 1967. - 23 с.

55. Дамаскин Б.Б. Принципы современных методов изучения электрохимических реакций. М.: Изд-во МГУ, 1965. - 103 с.

56. Кнеллер В.Ю., Боровских Л.П. Определение параметров многоэлементных двухполюсников. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 144 с.

57. Феттер К. Электрохимическая кинетика. М.: Химия, 1967. - 856 с.

58. Укше Е.А. К анализу эквивалентных схем электродного импеданса // Электрохимия, 1968. Т. 4. - № 9. - С. 1116 - 1120.

59. Укше Е.А. Синтез электрохимических цепей переменного тока. М.: Деп. ВИНИТИ, 1970. № 1410 - 70.

60. Методы измерений в электрохимии / Ред. Егер Э. и Залкид А. Пер. с англ. под ред. Чизмаджева Ю.А. М.: Мир, 1977. Т. I. - 588 с.

61. Sluygters J.H. On the impedance of galvanic cells // Ree. trav. ehem., 1960. b. 9. - № 9/10. - P. 1092 - 1100.

62. Кац М.Я., Графов Б.М., Казаринов B.E. Некоторые аспекты аналитических методов исследования электродного импеданса. М.: ВИНИТИ, 1977.-деп. №4510-22.-37 с.

63. Новицкий С.П., Фадеева Л.В. Применение корреляционных методов для обработки сигналов при измерении импеданса электрохимических объектов // Метрология, 1997. № 7. - С. 20 - 30.

64. Атабеков Г.И. Основы теории цепей. М.: Энергия, 1969. - 424 с.

65. Кензин В.И., Новицкий С.П. Измеритель иммитанса электрохимических систем Х-2071 для области низких и инфранизких частот // Электрохимия, 1988. Т. 24. - № 64. - С. 184 - 189.

66. Models: 378 1 and 378 - 2. Electrochemical impedance systems (Prospects) // EG&G Princeton Applied Research: Electrochemical Instruments Division; USA, 1986. - p. 1.

67. Шеремет Л.П. Принципы построения мостовых измерительных цепей для одновременного уравновешивания на нескольких частотах. Проблемы технической электродинамики, 1975. - вып. 54. - С. 14 - 19.

68. Гриневич Ф.Б. Автоматические мосты переменного тока. Новосибирск: Изд-во СО АН СССР, 1964. - 216 с.

69. Гольденберг Л.М., Матюшкин Д.М., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов: Справочник. М.: Радио и связь, 1985. - 312 с.

70. Ремез Г.А. Радиоизмерения. М.: Связь, 1966. - 424 с.

71. Дехтяренко П.И. Синхронное детектирование в измерительной технике. Киев: Техника, 1965. - 314 с.

72. Агмалов Ю.А., Бобылев Д.А., Кнеллер В.Ю. Измеритель анализатор параметров комплексных сопротивлений на основе персональной ЭВМ // Измерительная техника, 1996. - № 6. - С. 56 - 60.

73. Патент № 2076546. Способ измерения компонентов гармонической составляющей сложного электрического сигнала / Новицкий С.П., Фадеева Л.В. Опубл. в Б.и., 1997. - № 9.

74. Гейровский Я., Кута Я. Основы полярографии. М.: Мир, 1965.560 с.

75. Укше Е.А., Букун Н.Г. Влияние токопроводов при измерениях импеданса электрохимических ячеек // Электрохимия, 1973. Т. 9. - № 2. - С. 244 -247.

76. Андреев Ю.А., Абрамзон Г.В. Преобразователи тока для измеренийбез разрыва цепи. Л.: Энергия, 1979. - 144 с.

77. Мячин Ю.А. 180 аналоговых микросхем (справочник). М.: Символ Р, 1998.- 152 с.

78. Нефедов A.B., Аксенов А.И. Элементы схем бытовой радиаппарату-ры. Микросемы. Часть 1: Справочник. М.: Радио и связь, 1993. - 240 с.

79. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. -М.: Наука, 1970.- 104 с.

80. Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин. Л.: Наука,1974.- 108 с.

81. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. Киев: Ви-ща школа, 1980. - 560 с.

82. Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Советское радио, 1979. - 368 с.

83. Волгин Л.И. Аналоговые операционные преобразователи с компенсацией методической погрешности // Измерения, контроль, автоматизация,1975.-№2.-С. 29-37.

84. Алексеенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых ИС. М.: Радио и связь, 1981. - 224 с.

85. Алексеенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых микросхем. М.: Радио и связь, 1985. - 304 с.

86. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. М.: Мир, 1982. - 512 с.

87. Гик Л.Д., Козачок А.Г., Кунов В.М., Щепеткин Ю.А. Высокочувст151вительные измерительные усилители. Новосибирск: Наука, 1970. - 183 с.

88. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Радио и связь, 1986.-512 с.

89. Новицкий С.П., Фадеева Л.В., Матасов А.Г. Устранение влияния апериодической аддитивной помехи при измерении импеданса исследуемых объектов методом п-полупериодного фазочувствительного детектирования // Метрология, 1999. № 1. - С. 28 - 40.

90. Федорков Б.Г., Телец В.А., Дегтяренко В.П. Микроэлектронные цифро аналоговые и аналого - цифровые преобразователи. - М.: Радио и связь, 1984. - 120 с.

91. Маслий А.И., Сидельникова О.Н., Николаев Г.В., Пирогов Б.Я. Исследование кинетики и электролизации серебра на моногранных серебренных жэлектродах. В кн.: Тезисы VI Всесоюзной конференции по электрохимии. М.: ВИНИТИ, 1982.-Т.1.-С. 270.