【摘要】：近年來(lái)，太陽(yáng)能作為一種可替代的清潔能源日益受到社會(huì)的廣泛關(guān)注，隨之而來(lái)的是光伏發(fā)電、太陽(yáng)能電池的研究熱潮。目前發(fā)展最快的是動(dòng)態(tài)光譜調(diào)制阻抗譜掃描測(cè)試方法IMPS(Intensity Modulated Photocurrent)/IMVS (Photovoltage Spectroscopy)，它實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)調(diào)制光譜強(qiáng)度的同時(shí)完成阻抗測(cè)量及阻抗譜的繪制。在電化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，傳統(tǒng)的頻譜掃描是由電化學(xué)工作站完成，由于電化學(xué)工作站針對(duì)常規(guī)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)制光電光譜的功能，亦無(wú)法實(shí)現(xiàn)兩者精準(zhǔn)的同步控制。在硬件設(shè)計(jì)方面，，傳統(tǒng)電化學(xué)工作站基于單片機(jī)設(shè)計(jì)，使用邏輯器件來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能擴(kuò)展，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)DDS輸出及信號(hào)采集、存儲(chǔ)控制等功能。但隨著電化學(xué)研究的不斷深入，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的響應(yīng)速度、測(cè)量精度提出越來(lái)越高的要求，硬件結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計(jì)也越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案已經(jīng)無(wú)法滿足不斷更新的實(shí)驗(yàn)要求。該論文以光譜電化學(xué)測(cè)量為基礎(chǔ)，基于ARM平臺(tái)及高速高精度模數(shù)混合電路提出了一套強(qiáng)度調(diào)制的光電化學(xué)掃描頻譜儀的設(shè)計(jì)方案，并完成了設(shè)計(jì)方案的硬件設(shè)計(jì)及測(cè)試工作。該設(shè)計(jì)方案包括以下內(nèi)容：基于AD7671的雙通道數(shù)據(jù)采集器、基于FPGA設(shè)計(jì)的任意信號(hào)發(fā)生器（DDS）、高精度恒電位儀、高精度恒電流儀、頻率響應(yīng)分析儀（FRA）、iR降補(bǔ)償電路、多級(jí)信號(hào)放大、多段可選巴特沃斯低通濾波器以及USB、TCP/IP隔離通信。 最后，配合光強(qiáng)調(diào)制設(shè)備完成了標(biāo)準(zhǔn)體系的阻抗譜掃描測(cè)試，測(cè)試結(jié)果：DDS正弦輸出頻率范圍10uHz-1MHz，頻率控制精度0.01%以內(nèi)；阻抗測(cè)試范圍在10-3-1011，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
[Abstract]:In recent years, solar energy as a kind of alternative clean energy has been paid more and more attention by the society, followed by the research boom of photovoltaic power generation and solar cells. At present, the fastest development is IMPS (intensity modulated current) / IMVS (Photovoltaic Spectroscopy), which realizes the measurement of impedance and the rendering of impedance spectrum simultaneously. In the field of electrochemical application, the traditional spectrum scanning is accomplished by the electrochemical workstation. Because the electrochemical workstation is designed for the conventional electrochemical experimental method, it can not realize the function of dynamically modulating the photoelectric spectrum. They can not achieve accurate synchronization control. In the aspect of hardware design, the traditional electrochemical workstation is designed on the basis of single chip microcomputer. The logic device is used to realize the function expansion, and then the functions of DDS output, signal acquisition, storage and control are realized. However, with the deepening of electrochemical research, the response speed and measurement accuracy of the experimental equipment are required more and more, and the hardware structure and software design are becoming more and more complex. The traditional design scheme can not meet the requirements of the constantly updated experiment. Based on the spectroelectrochemical measurement, this paper presents a design scheme of the intensity modulated photoelectrochemical scanning spectrometer based on arm platform and high speed and high precision analog / digital hybrid circuit. The hardware design and testing work of the design scheme are also completed. The design includes the following contents: a dual-channel data acquisition device based on AD7671, an arbitrary signal generator (DDS) based on FPGA, a high-precision potentiostat, a high-precision constant current meter, a frequency response analyzer (FRA) / iR compensation circuit, and multistage signal amplification. Multistage optional Butterworth lowpass filter and USB TCP / IP isolated communication. Finally, the impedance spectrum scanning test of the standard system is completed with the light intensity modulation equipment. The test results show that the frequency range of sinusoidal output is 10uHz-1MHz, and the precision of frequency control is less than 0.01%, and the impedance measurement range is 10-3-1011.The technical specifications meet the design requirements.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM935.21

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本文編號(hào)：2120787