赵明忠,陈庆荣,袁迎春,李晨杰,顾 斌

(1.南京林业大学大学信息科学技术学院,南京 210003;2.中科院南京土壤研究所,南京 210008;3.南京信息职业技术学院电子信息学院,南京210023)

基于FPGA的溶液电化学阻抗谱测量系统设计

赵明忠1*,陈庆荣2,袁迎春3*,李晨杰3,顾 斌3

(1.南京林业大学大学信息科学技术学院,南京 210003;2.中科院南京土壤研究所,南京 210008;3.南京信息职业技术学院电子信息学院,南京210023)

电化学阻抗谱是土壤及其溶液的一项重要电化学参数。基于直接数字合成DDS (Direct Digital Synthesis)技术和现场可编程门阵列FPGA(Field-Programmable Gate Array)器件设计了一套测量精度较高的溶液电化学阻抗谱EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy)测量系统。基于FPGA+数模转换器D/A(Digital-to-Analogue Converter)形成DDS子系统,其功能是输出频率连续可调的正弦波信号;基于FPGA+模数转换器A/D(Analogue-to-Digital Converter)形成数字信号处理DSP(Digital Signal Processing)子系统,其功能是获取被测物的频率响应。将二个子系统结合,获取反映电化学阻抗谱的奈奎斯特图,由此进一步获得溶液的欧姆电阻、电荷传递电阻和电极溶液界面双电层电容等电化学参数。结果表明,DDS和FGPA等现代电子技术的应用,为电化学参数的高精度测量提供了有效途径。

电化学阻抗谱;测量;FPGA;DDS

电化学阻抗谱EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy)是反应溶液传导电流能力的一个重要参数。测量溶液EIS的方法有很多种,目前国内普遍使用交流伏安法和电化学阻抗法[1]。本文采用后者,其原理是,利用波形发生器产生一个小幅正弦信号,形成电势施加于电化学系统,将输出电流信号经电流/电势转换,再利用锁相放大器或频谱分析仪,检测复阻抗的模量和相角。……