Анализ шумового сигнала электрохимических систем

Внедрение: 2019 г.

Примечательно, что данная тема авторских исследований М.А. Абатурова [1], [2] прослеживается, начиная с консультации автора на нашем форуме по поводу выбора оборудования.  

Работа относится к общей проблеме исследования шумов в электрохимии. Рассмотрен частный вопрос выделения слабого сигнала на фоне шумов аппаратуры. В качестве объекта использованы химические источники тока (ХИТ). Целью данного исследования является разработка принципов предварительного анализа регистрируемого шумового сигнала электрохимических систем при измерениях, сопровождаемых собственными шумами измерительного усилителя. Задача, решаемая в настоящей работе, заключается в анализе конкретных результатов измерения шумов на реальной электрохимической системе на фоне аппаратурных шумов и выделении полезного сигнала из общего записанного сигнала. Результаты данного исследования могут быть полезными при разработке общих методов предварительного анализа экспериментальных данных по измерению шумов электрохимических систем.

В качестве электрохимического объекта исследования в данной работе использовались серийно выпускаемые ХИТ типа LS 14500 фирмы SAFT. Измерения проводились в режиме «разомкнутой цепи». В качестве объекта исследований использовались спаренные элементы со взаимно скомпенсированной постоянной составляющей напряжения. Для измерения шумового сигнала использовалась авторская измерительная установка, собранная на базе малошумящего предварительного усилителя с применением микросхемы AD8599 (Analog Devices Inc.). Последующая оцифровка сигнала и ввод в компьютер осуществлялись с помощью системы сбора данных LTR‑CEU‑1‑4 в составе с модулем LTR24. Разрядность оцифровки составляла 24  бита. Частота выборок была равна 610 Гц с применением антиалиасинговой фильтрации, что позволяло анализировать сигнал в низкочастотном диапазоне примерно до 300 Гц. Этот диапазон характерен для типичных электрохимических систем.

Рисунок 1. Запись измеренного шумового сигнала U в зависимости от времени t: исходная запись (слева), запись после полосовой фильтрации 100÷ Гц (справа).

В результате проведенного исследования на примере ХИТ автором установлено, что стационарные шумы электрохимических систем допускают проведение их анализа с достаточно высокой точностью до 0,1 %. Было показано, что надежным критерием корректности анализа сложного шумового сигнала может служить соблюдение квадратичного закона сложения его составляющих компонент. Выявлено, что использование двух независимых объектов для измерения в комплексе позволяет уверенно выделить исследуемые компоненты шума на фоне привносимых аппаратурных шумовых помех.

Источники:

1. Абатуров М.А. Методы предварительного анализа шумового сигнала при измерениях на электрохимических системах // Электрохимическая энергетика. – 2019. – Т. 19, № 4. – С. 204‑211.
2. Абатуров М.А. Прецизионность оценки интенсивности шумового сигнала при исследованиях электрохимических систем // Естественные и технические науки. – Москва, изд-во: ООО "Издательство "Спутник+". – 2019. – № 12 (138). – С. 49‑52.

Разработчик: Абатуров М.А. (ФГБУН Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, Москва)