便携式阻抗谱分析仪的研制

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文便携式阻抗谱分析仪的研制硕士研究生：蒋莉娟指导教师：杨军教授俞育德研究员学位级别：工学硕士学科、专业：光学工程所在单位：理学院论文提交日期：2012年12月论文答辩日期：2013年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学便携式阻抗谱分析仪的研制ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchofPortableImpedanceSpectroscopyAnalyzerCandidate:J

2、iangLijuanSupervisor:Prof.YangJunProf.YuYudeAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:OpticalEngineeringDateofSubmission:Dec.2012DateofOralExamination:Mar.2013University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学硕士学位论文哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作

3、者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或

4、全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日便携式阻抗谱分析仪的研制摘要阻抗谱分析技术是分析器件、电极系统、材料等频率响应的一门技术。传统的阻抗谱分析设备一般体积较大、价格昂贵、操作专业性强

5、，随着科技术的迅猛发展和市场的日益完善，设备的设计也越来越面向用户、面向应用，尤其是嵌入式系统的。因此，本文的目的是设计出集操作简单、成本低廉、便携于一体的阻抗谱分析设备。本文比较现有的分析技术、手段，选择出适用于中低频率、阻抗测量范围也比较大的自动平衡电桥法，并从原理上说明了该方案，并给出了该方法下的阻抗谱数据处理方法，即离散傅立叶变换的推导过程。同时还指出了，在离散傅立叶变换，采样频率不合理的设置会可能会导致频谱泄露的问题，进一步提出解决该问题的一些办法。另一方面，电化学阻抗谱分析也是一个重要的应用领域，特别介绍了电化学

6、的阻抗测量的原理、等效电路模型以及电极系统的一些基础概念。本装置以触控一体机为显示和总控制系统，以STM32系列单片机为底层控制单元，AD5933集成阻抗分析芯片为测量单元，辅以反馈、校准电阻网络和测量通道切换电路。根据固件函数库、寄存器相关协议等，编写程序。对电路中一些关键器件的选型、参数的具体设置做了一定的比较与研究。通过比较选出最优的反馈电阻实现了高精度、宽阻抗范围、多频率点的便携式阻抗谱测量。利用本装置对电子元件及KCl溶液的测量，并与LCR仪、电化学工作站的实验结果进行了比对，误差分析，结果表明本装置具有成本低廉、

7、体积小、精度高等特点。本课题从原理和应用上，对研制便携式阻抗谱分析仪作了一些尝试，并对工程中遇到的问题进行了分析与论述，为以后更多的相关工作作铺垫。关键字：便携式；阻抗谱分析技术；AD5933；反馈电阻网络；便携式阻抗谱分析仪的研制AbstractElectrochemicalimpedancespectroscopy(EIS)isusedforanalyzingthefrequencyresponseofelements,electrodesystemandmaterials.ConventionalEISequipmen

8、tsalwayshavelargevolumeandhighpriceandrequireprofessionaloperation.Withthedevelopmentoftechnologyandmarket,thedesignofthisequipmentincreasinglyfa