博碩士論文 93327010 詳細資訊




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姓名 李彥學(Yan-Syue Li)  查詢紙本館藏   畢業系所 光機電工程研究所
論文名稱 頻率響應分析儀實作
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摘要(中) 本論文主要為以電化學量測應用為目的而發展的頻率響應分析儀(Frequency Response Analyzer )。當與「恆電位/電流儀」PotentioStat/GalvanoStat量測系統整合後成為一個同時具有交/直流分功能之量測系統。經由〈交流阻抗分析〉功能,可實行各種電化學相關實驗,如利用頻率響應分析找出硫酸銅溶液之等效模型及其它衍生應用…等等。
本量測系統同時具備直流與交流分析功能;如〈定電壓控制〉、〈定電流控制〉、〈電壓/電流即時監測〉、〈交流阻抗分析〉…等等。在直流分析功能中,使用控制理論-PI控制,可輸出不受負載影響之穩定電壓/電流源;而在交流分析功能中,亦使用了控制理論-系統鑑別演算法,完成交流阻抗分析,且得到交流阻抗圖譜,可提供使用者重建待測系統之等效模型之參考。各種驗證系統電化學量測實驗中,包含與Solartron儀器之實驗結果比較,也有為了解化學溶液等效電路中各項參數而實行交流阻抗與化學溶液之各項特性與溶液濃度變化關係之實驗。
初步先以軟體模擬驗證了系統鑑別理論於交流阻抗分析之可行性,並將該演算方法實現於數位訊號處理器上,再與類比控制電路整合後,終於實現交流阻抗分析,進而完成驗證其功能的各種電化學相關實驗。
摘要(英) The objective of the present study was to implement F.R.A(Frequency Response Analyzer) for electrochemical analysis and application. It provides both AC and DC analysis function when integrating into PotentioState/GalvanoState. Besides, By E-I-S (Electrochemical Impedance Scope) technique, we know the equivalent circuit models of electrochemical solution (CuSO4) and other applications.
Our measure system includes both AC and DC analysis function; for example, Potential Mode、Galvano Mode、V-I Monitor、EIS Mode,…etc. Among DC analysis function, we use control theory—PI control to accomplish the voltage and current source. In the same way, among AC analysis function, we also use control theory--System Identification algorithm to accomplish the EIS analysis. We provide user with Impedance Chart after EIS analysis. And users will get to re-structure equivalent circuit models from Impedance Chart.
At first, we run several simulations in proof of this system Identification algorithm, and implement it on contraction monitor and integrate into electric circuit afterward. Finally, we study EIS analysis and others experiment in proof of this measure system.
關鍵字(中) ★ 頻率響應分析
★ 頻率響應分析儀
★ 交流阻抗
關鍵字(英) ★ EIS
★ Frequency Response Analyzer
論文目次 第一章 緒論(INTRODUCTION) 1
第二章 目標系統數學模型(MATHEMATIC MODEL) 4
第一節 電鍍系統的等效電路模型(EQUIVALENT CIRCUIT MODELS) 4
2.1.1 Randles Cell 等效電路模型 7
2.1.2其他Schematic Diagram 9
第二節 電化學交流阻抗量測理論與方法 11
2.2.1交流阻抗量測理論 11
2.2.2量測方法介紹 14
第三節 本系統所使用的線性估測方法 17
2.3.1 R-L-S預測系統參數 20
2.3.2 R-L-S鑑別弦波訊號之系統參數演算法 21
2.3.3系統參數與增益相位轉換關係 24
第三章 系統規劃與設計(SYSTEM DESIGN) 26
第一節 頻率響應分析儀介紹 26
3.1.1使用者電腦控制界面 27
3.1.2系統控制板主要功能 27
3.1.3實體系統圖 28
第二節 系統規格介紹 28
第三節 硬體之次系統功能模組說明 29
3.3.1 DSP核心控制模組 29
3.3.2恆電位/電流儀控制模組 31
第四節 恆電位/電流儀控制模組功能方塊說明 31
3.4.1恆電位/電流儀控制板-DC控制電路 32
3.4.2恆電位/電流儀控制板-AC控制電路 35
第四章 模擬設計與結果(SIMULATION&RESULT) 38
第一節 所使用軟體演算法的可行性 38
4.1.1預測相位驗證 39
4.1.2預測增益驗證 40
第二節 尋找最佳取樣頻率與雜訊抵抗能力 41
4.2.1無雜訊下的取樣頻率與誤差關係 41
4.2.2有雜訊下的取樣頻率與誤差關係 43
第三節 抗雜訊能力 45
4.3.1為單一通道(ChA)引入雜訊干擾後,對預測結果的影響 45
4.3.2同時對兩通道引入雜訊干擾後,對預測結果的影響。 47
第四節 模擬結果討論 49
第五節 軟體演算法實現功能方塊圖 50
第五章 系統校正及結果(SYSTEM CALIBRATION&RESULT) 53
第一節 ANALOG-DIGITAL SYSTEM通道間所產生的GROUP DELAY 53
第二節 類比濾波器所造成的相位延遲 57
第六章 實驗數據與討論(EXPERIMENT&DISCUSS) 59
第一節 DUMMY CELL 量測 59
第二節 本實作系統與SOLARTRON(I-1255、I-1286)量測結果之比較 65
6.1.1子實驗一使用不鏽鋼電極試片 65
6.1.2子實驗二使用銅電極試片 69
第三節 硫酸銅濃度分析 71
第四節 應用於「微電鍍陽極引導系統」之引導電鍍控制 73
第七章 結論與未來展望(CONCLUSION) 75
參考文獻 76
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指導教授 江士標(Shyh-Biau Jiang) 審核日期 2006-7-11
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