基于交流阻抗谱法检测水泥砂浆裂缝试验研究

以预设不同尺度裂缝的水泥砂浆块体和无裂缝水泥砂浆块体等三组试件为试验研究对象,基于交流阻抗谱测试技术,采用变化频率的正弦波脉冲作为激励信号,测试各试件电压信号峰峰值和相位差,计算相应的阻抗幅模量和进行相关数据分析。结果表明,同类试件的阻抗谱具有很好的相似性和一致性,阻抗谱可作为表征水泥砂浆材料性能的本征参数;有无预设裂缝水泥砂浆试件的阻抗幅模量差异明显,基于阻抗谱检测水泥砂浆内部裂缝可行;阻抗特性与裂缝几何尺度之间存在量化关系;水泥砂浆试件呈现电容性。     

基于压电技术的结构健康诊断便携式系统

针对在对附着于结构表面的压电材料的阻抗检测中高性能阻抗分析仪价格昂贵,不便于携带的问题．设计开发出一种便携式的小型阻抗测量系统．用该小型阻抗测量系统对机械结构中螺栓松动的情况进行反复实验,结果证明：所设计的阻抗测量系统的精确度与目前商用的多用途阻抗分析仪相差无几,不但可以对机械结构进行实时在线损伤检测,而且对于微小损伤的检测也非常有效．     

低噪声光电检测电路的设计和噪声估算

论述了低噪声光电检测电路的设计及相关问题,指出光电检测电路要求具有较高的信噪比,在较宽的频带范围无频率失真,信号具有较大的传输功率;低噪声前置放大器的选择应与源阻抗相适应,对于内阻约为几十kΩ至上百kΩ的硅光电失探测器,可采用高性能场效应管作前置放大器;考虑到光电二极管具有恒流源特性及内阻在的特点,为了获得较大的信号幅度,光电转换需要把高阻抗的电流源变成低阻抗的电压源,然后再与负载相连。分析了频带与噪声电压的关系,计算了光电探测器的噪声电压和噪声电流以及它们在放大器输出形成的噪声电压,并对光电转换的信噪比进行了计算。基于低噪声光电探测电路的设计的光纤电压压感器可获得0．2％的电压测量精度,并满足暂态信号的测量要求。     

基于Hausdorff距离的穴位阻抗重复性

为了实现人体电阻抗的自动连续扫描,开发设计一套基于直角坐标机器人的穴位点与经络阻抗扫描系统.为了检测该阻抗扫描系统的稳定性与可重复性,提出采用Hausdorff距离来评价不同数据曲线的相似程度.选取人体背部两肩胛冈下角点之间的直线段作为扫描路径.采用同惠公司生产的TH2825阻抗分析器来测量阻抗数据.该实验中激励信号为幅值为1 V、频率为1 kHz的正弦波,量程设为100 kΩ.直角坐标机器人经过调节可以沿着上述的直线段自动、连续地测量处于凝胶电极与银电极之间的阻抗.该实验共选取7名受试者,在25 ℃、湿度为50%的环境下进行测量.每名受试者在同一直线上进行5次连续扫描.采用Hausdorff距离来评估从同一名受试者获得的5次阻抗采样数据曲线的可重复性与相似性.实验结果表明,该阻抗测量系统具有良好的稳定性与可重复性.     

考虑土-结构相互作用效应的结构地震响应时域子结构分析法

为了在地基阻抗力的计算中能考虑基础动力阻抗函数频率相关性和避免反复进行傅里叶变换,采用地基阻抗力的时域差分计算方法,进行了基于通用有限元软件的结构时程分析程序二次开发,增加了考虑土-结构相互作用效应的结构动力响应时程分析计算模块．对圆盘基础上的多层结构在三维地震激励下的响应进行了数值计算和分析．数值模型结果表明,该方法物理意义明确,能反映土-结构相互作用耦合体系的基础动力阻抗对激振频率的依赖性．     

基于交流阻抗法的蓄电池内阻测量

给出了一种基于交流阻抗法的铅酸蓄电池内阻测量方法．用精密电阻和电池构成串联电路,采用交流注入法对蓄电池注入微弱正弦波信号．通过对输出响应进行一系列的滤波、正峰值检测、放大以及AD转换和采集,然后根据测量到的电压比来推算电池内阻．为验证该方法的有效性,设计了基于C8051FD40单片机的电池内阻测量系统．以20Hz的正弦交流信号作为激励源,分别测量电池和精密电阻两端的响应信号,从而推算出电池内阻．试验结果表明：该方法能够被有效地用于铅酸电池内阻测量,测量结果稳定有效．     

一种虚拟LCR测试仪的设计

介绍了一种基于自由轴法实现的虚拟LCR测试仪。它利用FPGA实现直接数字频率合成,产生正弦信号作为激励源;相敏检波器采用数字全波鉴相,改善了鉴相效果;应用程序使用LabVIEW开发,通过串口实现对硬件的控制。该LCR测试仪可实现100H~10KHz任意频率点处对被测元器件的阻抗测量。     

CeO2-Y2O3电解质薄膜等效电路研究

测量了采用溶胶-凝胶法制备的CeO2-Y2O3电解质薄膜的阻抗谱，结果表明阻抗谱与薄膜的热处理温度有关。根据阻抗谱的变化及薄膜的XRD图，提出了薄膜内部的模拟等效电路，并由此对不同热处理温度下薄膜的阻抗谱进行了分析。     

一种高分辨率低杂散频率合成器的研制

提出了一种基于改进型三重调节算法的高分辨率、低杂散的频率合成方法,采用DDS AD9850研制实现了在92．1-120．499 MHz既保证信号高分辨率又能够改善其杂散指标的频率合成器．理论分析和实验结果表明,在步进100 Hz时,杂散指标优于-70 dBc,相噪指标优于-102 dBc/Hz@1 kHz．     

基于交流阻抗法的土壤湿度测量

采用交流阻抗法快速测量土壤的湿度. 将双探针传感器一端插入土中,作为阻抗器件,另一端与NE555芯片相连,组成电阻频率转换电路,使加载在被测土壤上的直流电变为交变电流,同时将土壤的交变阻抗转换成频率信号,不需要模数转换,就可以通过单片机测得频率值. 通过频率与土壤湿度间的线性关系,获得土壤湿度值. 交流阻抗法有效克服了在直流电作用下带来的土壤电极极化现象,在快速测量的同时保证了测量精度. 实验结果表明该方法能有效测量0%~20%的土壤湿度范围.     

A portable single-cell analysis system integrating hydrodynamic trapping with broadband impedance spectroscopy

In this paper, we present a portable single-cell analysis system with the hydrodynamic cell trapping and the broadband electrical impedance spectroscopy(EIS). Using the least flow resistance path principle, the hydrodynamic cell trapping in serpentine arrays can be carried out in a deterministic and automatic manner without the assistance of any external fields. The experimental results show that a cell trap rate of higher than 95% can be easily achieved in our cell trapping microdevices. Using the maximum length sequences(MLS) technique, our home-made EIS is capable of measuring the impedance spectrum ranging from 1.953 kHz to 1 MHz in approximately 0.5 ms. Finally, on the basis of the developed single-cell analysis system, we precisely monitor the trapping process of human breast tumor cells(MCF-7 cells) according to the changes of electrical impedance. The MCF-7 cells with different trapping conditions or sizes can also be clearly distinguished through the impedance signals. Our portable single-cell analysis system may provide a promising tool to monitor single cells for long periods of time or to discriminate cell types.     

CMOS环型压控振荡器的设计

设计和分析了一种高稳定度、低噪声的CMOS环型压控振荡器。该电路具有较低的压控增益,较好的线性范围,较低的相位噪声。应用复制偏置电路,对差分环型压控振荡器的控制电压进行复制,通过对压控振荡器相位噪声的计算和分析,以提高对环型压控振荡器电源电压噪声和衬底噪声的抑制。该设计和分析是基于上华0.5 μmCMOS工艺,当控制电压从1～3 V变化时,相应的振荡频率为100～500 MHz;在偏离中心频率1 kHz、10 kHz、100 kHz和1 MHz频率处得到的相位噪声分别为?50 dBc/Hz、?75 dBc/Hz、?98 dBc/Hz和?120 dBc/Hz。     

Interpretation of electrochemical impedance spectroscopy(EIS) circuit model for soils

Based on three different kinds of conductive paths in microstructure of soil and theory of electrochemical impedance spectroscopy(EIS), an integrated equivalent circuit model and impedance formula for soils were proposed, which contain 6 meaningful resistance and reactance parameters. Considering the conductive properties of soils and dispersion effects, mathematical equations for impedance under various circuit models were deduced and studied. The mathematical expression presents two semicircles for theoretical EIS Nyquist spectrum, in which the center of one semicircle is degraded to simply the equivalent model. Based on the measured parameters of EIS Nyquist spectrum, meaningful soil parameters can easily be determined. Additionally, EIS was used to investigate the soil properties with different water contents along with the mathematical relationships and mechanism between the physical parameters and water content. Magnitude of the impedance decreases with the increase of testing frequency and water content for Bode graphs. The proposed model would help us to better understand the soil microstructure and properties and offer more reasonable explanations for EIS spectra.     

一种矢量阻抗测量电路的原理与设计

针对常用频带和阻抗范围、低功耗场合的矢量阻抗测量应用,该文提出基于矢量伏安法和同步检波技术的自由轴法数字化矢量阻抗测量方法,采用直接数字频率合成芯片产生激励信号和用于检波的参考信号,通过测量被测对象上的电压与电流,以计算阻抗的实部和虚部,并给出了基于两端对网络模型的测量校准与软件补偿算法.介绍了该测量系统的结构方案,及以嵌入式CPU、DDS芯片、混频器、椭圆滤波器等为主的电路实现.该测量系统已获实际应用.     

模拟海洋大气环境下304光亮不锈钢耐蚀性研究

建立了基于电化学阻抗谱(EIS)及电化学噪声技术(EN)的不锈钢大气腐蚀检测方法.设计并制作了配套的电解池.运用所建立的方法测试并计算得到了光亮退火、传统退火工艺处理的304不锈钢在模拟潮湿海洋大气环境中低频阻抗模值和电位噪声功率密度谱的白噪声水平.结果表明:在模拟近海及海洋大气环境中,不锈钢的腐蚀速率随Cl-浓度的增大而增大,同一浓度下,光亮不锈钢的腐蚀速率明显低于普通不锈钢;白噪声水平随Cl-浓度的增大呈现上升趋势,光亮不锈钢钝化膜的稳定性优于普通不锈钢.显示了光亮不锈钢在近海及海洋大气环境中优异的耐蚀性能.     

混凝土中的Lamb波传播

将PZT压电陶瓷片直接粘贴在混凝土梁表面来产生和接收超声波，由该系统发射不同频率的超声脉冲，依据接收的时域波形测量幅值最大波包在混凝土内的传播时间，由此得到波速随频率变化的频散关系。通过比较理论的与实测的频散曲线，表明PZT系统能在混凝土内产生某些模态的Lamb波。在50～100kHz的频率范围内，混凝土中的Lamb波模态接近于A3模态。而在110-160kHz的频率范围内，Lamb波模态接近S4模态。     

干涉型分布式光纤振动传感周界安防监测系统研究

针对长距离、大范围周界安防的需求,设计了复合干涉型分布式光纤振动传感周界安防系统。研究了光纤干涉方式实现振动传感的机理,为克服传统干涉结构两路传感光纤需等长且相互隔离的问题,提出采用Sagnac与Mach-Zehnder复合光路结构,通过测量干涉光强的变化还原调制光信号中的振动信号,实现对入侵行为的感知。实验结果证明,本系统的频率响应范围在100 Hz~20 kHz,可良好还原外界振动信号,在20 km的测试距离内,可灵敏感知外界扰动。     

酸雨作用下酸性土壤酸化过程中铜的腐蚀行为

利用极化曲线技术,电化学阻抗测试技术(EIS),扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)等方法,研究模拟酸雨作用下酸性土壤酸化过程中铜的腐蚀行为.实验结果表明,模拟酸雨加速了铜在酸性土壤中的腐蚀.随着淋入的模拟酸雨酸性增加,铜的腐蚀速率增加.随着腐蚀的进行,铜在淋溶酸雨的土壤中腐蚀速率增加,而在淋溶蒸馏水对比液的土壤中腐蚀速率有所减小.腐蚀初期,铜的阻抗谱为偏心半圆容抗弧;腐蚀后期,当淋溶液为模拟酸雨时,土壤中铜的阻抗谱表现为双容抗弧,铜的腐蚀受电荷传递过程控制,当淋溶液为蒸馏水对比液时,铜的阻抗谱表现为高频的容抗和低频的Warburg阻抗,铜的腐蚀受扩散过程控制.铜表面的腐蚀产物主要为Cu_2O和CuO等Cu的氧化物,同时还夹杂有SiO_2等土壤成分.     

Electrochemical characterization of ion selectivity in electrodeposited nickel hexacyanoferrate thin films

The ion selectivity of electrodeposited nickel hexacyanoferrate （NiHCF） thin films was investigated using electrochemical impedance spectroscopy （EIS） and cyclic voltammetry （CV）. NiHCF thin films were prepared by cathodic deposition on Pt and Al substrates. EIS and CV curves were determined in 1 mol/L （KNO3＋C5NO3） and 1 mol/L （NaNO3＋CsNO3） mixture solutions, which were sensitive to the concentration of Cs^＋ in the electrolytes. Experimental results show that all Nyquist impedance plots show depressed semicircles in the high-frequency range changing over into straight lines at lower frequencies. With increasing amounts of Cs^＋, the redox potentials in CV curves shift toward more positive values and the redox peaks broaden; the semicircle radius in corresponding EIS curves and the charge transfer resistance also increase. EIS combining CV is able to provide valuable insights into the ion selectivity of NiHCF thin films. 2008 University of Science and Technology Beijing. All rights reserved.