电化学信号分析仪

概述

对电化学噪声，即自由腐蚀电化学系统产生的电流和电压信号的研究已经有超过 25 年的时间。 尽管有这一经验，仍然经常遇到数据采集无效和分析不一致的情况。

ESA410 电化学信号分析仪可解决过往的问题，并能满足未来电化学噪声测量的需要。 其主要目标是作为化学过程常规研究的一种技术，用以帮助进行噪声评估。 它将多功能数据采集的方便套件与复杂的数据分析相结合。

采集方面，ESA410 与 Gamry 恒电位仪一起工作，采用电位、恒流或零电阻电流计 (ZRA) 模式，可生成可靠的数据。 样品连续性、采集速率、过滤和自变换量程得到高度重视，可提供精确的信号表示。

为了将测得的噪声转换为信息，ESA410 提供优良的信号分析工具包： 分块统计、傅立叶和大熵法 (MEM) 频域分析、相关性分析、直方图和强大的 JFTA（联合时频分析）。 这些算法可用于计算数据的定量分析结果。 当电化学噪声中隐藏信息时，您可利用 ESA410 找到这些信息。

系统要求

• Gamry PCI4/Series G 或 Reference 系列仪器
• Microsoft® Windows™ XP SP3/Vista/7（32 位或 64 位）

电化学噪声概述

各种物理和化学过程可能产生看似随意的低频信号。 这些现象包括点蚀和缝隙腐蚀、均匀腐蚀、涂层失效、缓蚀剂活性、开裂、钝化膜稳定性、吸附和气体产生。 这些随机过程产生的电位和/或电流波动，作为整体，称为电化学噪声。

噪声信号可以用几种方式来采集。 利用零电阻电流计/电位计，在开路的条件下使用两个相同电极进行实验，从而在没有外部扰动的情况下进行测量，严密地模拟环境的现实条件。 可以同时测量电位和电流。

ESA410 还可以在我们独特的偏置 ZRA 模式中使用。 在两个相同电极之间施加电位会将阳极腐蚀过程移动到正极化电极。 这确保测量到更多的相关电流。 它还提供了一个有用方法，用电化学方法施压于材料，以测量其耐局部腐蚀的能力。

一些研究人员发现在电位或恒电流控制下研究系统以加快特定过程（如钝化）时非常有利。 这种情况下，分别随时间监控电流和电位。 除 ZRA 模式外，ESA410 还提供电位和恒电流控制。

ESA410 还能够将计算机生成的白噪声信号应用于被测系统。 虽然这似乎可能是电化学噪声仪器的异常情况，但用于阻抗分析时，它有助于提高仪器的性能。

正确完成数据采集

区别化学过程产生的信号和仪器的电子噪声非常重要。 我们特别注意保持数据的完整性，将使用的过滤器调整到符合奈奎斯特反走样标准的采样率；奈奎斯特反走样标准表明大于 ½ 采样频率的信号将表现为较低频率的信号。 在 ESA410™ 中，通过一系列的模拟和数字滤波器消除了高频率的计算机噪声。 过滤器设计成在相位上是线性的，从而确保峰形和高阶统计矩不失真。

适用于信号分析的硬件

电化学噪声信号往往非常小。 ESA410 利用 Gamry 恒电位仪的偏移和增益功能来观察细微的相互作用。 这好比使用放大镜来放大信号的相对固定部分。 独特的 DC 补偿电路减去了背景值，因此您可以随后应用终放大值来提高感兴趣的信号。 数据采集期间，在背景中连续计算和调整该偏移和增益，以确保始终关注感兴趣的信号。

为了消除开关瞬态，一个恒电位仪专门为一个样品收集数据。 为了提高您实验室的效率，ESA410 可以同时控制多个 Gamry 恒电位仪，各自使用不同的恒电位仪范围和设置来运行独立的噪声实验。

难以预计电化学噪声测量的时间尺度。 因此，ESA410 经过设计，能够以不间断的方式持续监控电势和电流信号。 如果愿意，您可以收集几个月的数据！ 这样，您不会错过可能需要启动期的任何长期事件。 实际上，您仅受限于硬盘驱动器上的自由空间！ 为了节约硬盘驱动器上的空间，我们将数据保存为电压和电流记录的二进制文件。

能够以 1000 Hz 到 0.1 Hz 的可选采样率来收集数据。 数据采集速率的选择取决于所研究现象的时间尺度。 使用 Gamry EIS300 执行的电化学阻抗谱是确定适当采样频率的很好方法。

信号分析工具

研究人员仍在研究信号分析技术，以确定哪些是有用的技术。 为了帮助您判断，我们已经为 ESA410 提供了通用、种类丰富的信号分析数学工具。

噪声实验数据在时域中进行采集，即随着时间测量电流和/或电位。 对于分析而言，将该数据转换为频域通常较为方便，信号幅度的函数随频率的变化图将绘制在其中。 能够使用快速傅立叶变换 (FFT) 或大熵法 (MEM) 完成该谱表示。

联合时频分析 (JTFA)

ESA410 包括功能强大的可视化技术——联合时频分析，可观察和总结电化学噪声数据。

信号通常在时域或频域中进行分析。 JTFA 同时在时域和频域中分析信号。 信号的振幅绘制为强度图，X 轴对应时间，Y 轴对应频率。

此外，JFTA 显示初的时间序列数据以及电流和电压信号的瞬时或整体谱，使用一个图表即可汇总您的信号。