提高阵列腐蚀电流检测精度的关键技术研究

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金属材料从原材料到产品的储存和应用都会遭到不同程度的大气腐蚀,腐蚀不仅会降低材料的性能寿命,还会导致严重的功能故障和事故的发生,给社会造成巨大的损失。阵列电极技术可以有效的检测金属大气腐蚀的发生,但阵列电极产生的腐蚀电流容易受到环境电磁噪声与电路器件噪声等多方面影响,测量精度低或无法有效分辨腐蚀电流与噪声电流。为此,文本结合阵列电极检测方法,研究了提高腐蚀电流检测精度的关键技术,设计一套检测系统用于检测阵列腐蚀电流值。系统在STM32芯片基础上,设计了消除空间噪声的对称式阵列传感检测电路,并通过相应的软件控制算法与模拟数字转换技术,实现高精度的腐蚀电流检测。主要研究内容归纳如下:首先,通过对金属大气腐蚀机理研究,建立测量技术方案,在前期实验基础上,研究并分析得出了影响电流测量精度的主要来源于空间电磁噪声干扰的结论,有针对地设计了含参考电极的阵列电极传感器。其次,介绍了提高腐蚀电流检测精度的两个关键技术。一是提出采用二分法的程序控制快速消除失调电压的检测方法:设计消失调电压的检测电路的基础上,用二分法的算法控制,快速调整数模转换(DAC)输出调压,消除运放偏置导致的静态微电流系统误差;二是提出一种消除空间电磁噪声的方法:充分利用阵列传感器的工作电极与参考电极,通过设计对称式测量电路,结合两个多路模拟电子开关切换算法,实现工作电极与参考电极电流同步模数(AD)采样,对比消除空间随机噪声电流的影响。第三,详细介绍检测系统的总体方案结构,完成电路设计以及软件设计。电路设计包括阵列腐蚀电流电压转换电路、模拟开关切换电路、消偏置电路以及主控芯片STM32F407接口电路等。系统软件包括STM32单片机的程序设计、基于visual studio软件编程的上位机程序设计以及串口通讯程序的设计等。最后,通过实验观察与验证了所提出的快速消失调电压方法与空间电磁噪声的消除方法,实验结果与前期的分析设计一致,满足提高测量精度的要求。对阵列电极腐蚀电流进行了测量,证明本系统实现了对0.1μA腐蚀电流的检测。
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