ПОЛЯРОГРАФ

Полезная модель относится к средствам полярографии и может быть использована для широкого класса электрофизических и электроаналитических исследований.
Известен полярограф, который содержит задатчик, соединенный с электродом сравнения полярографической ячейки, в которую помещены рабочий электрод и два компенсирующих электрода. Электроды через переключатели соединены с входами измерительных усилителей. Выходы усилителей соединены с входами дополнительного сумматора, выходы усилителей компенсирующих электродов соединены с входами дополнительного сумматора, выходы усилителя рабочего электрода и дополнительного сумматора подключены ко входам блока деления и сумматора, С блоками деления соединен блок автоматической настройки, к которому присоединены элементы памяти. Выход сумматора соединен с регистратором (а.с. №783674 кл. G.01N 27/48, Б. №44, 1980).
Но такой полярограф требует предварительной настройки.
Известен вольтамперограф, выбранный в качестве прототипа, который содержит генератор линейно изменяющегося напряжения, генератор переменного напряжения, сумматор с тремя входами, усилитель мощности, блок токоснимающих резисторов, датчик, измерительный усилитель, формирователь, фазовый детектор, регистратор, управляемую нелинейную индуктивность и регулятор. Выходы генератора линейно изменяющегося напряжения и генератора переменного напряжения подключены соответственно к первому и второму входам сумматора. Выход сумматора через последовательно соединенный усилитель мощности и блок токоснимающих резисторов соединен с датчиком. Входы измерительного усилителя подключены к блоку токоснимающих резисторов. Выход измерительного усилителя через третий выход формирователя соединен с сигнальным входом фазового детектора, вход опорного сигнала которого
подключен к генератору переменного напряжения. Выход фазового детектора соединен с регистратором. Формирователь представляет собой усилитель постоянного тока с тремя выходами. Второй выход формирователя соединен через управляемую нелинейную индуктивность с датчиком, а первый через регулятор подключен к третьему входу сумматора (а.с. №1427282 кл. G.01N 27/48, Б. №36, 1988).
Но такой вольтамперограф для компенсации емкостного тока требует высокоточной нелинейной индуктивности.
Решаемой технической задачей полезной модели является упрощение эксплуатации и упрощение процесса компенсации емкостного тока.
Решение технической задачи в полярографе, содержащем сумматор, измерительный усилитель, достигается тем, что введены звуковая карта, плата ввода/вывода, управляющие входы которых соединены с соответствующими входами компьютера, потенциостат, первый вход и выход которого соединены соответственно с первым выходом и входом трехэлектродного датчика, выходы платы ввода/вывода и звуковой карты соединены соответственно с соответствующими входами сумматора, выход сумматора соединен со вторым входом потенциостата, второй выход трехэлектродного датчика соединен с входом усилителя, выход усилителя подключен к линейному входу звуковой карты.
На чертеже изображена функциональная схема полярографа.
Полярограф, содержит сумматор 1, измерительный усилитель 2, звуковую карту 3, плату ввода/вывода 4, управляющие входы которых соединены с соответствующими входами компьютера 5, потенциостат 6, выход и первый вход которого соединены соответственно с входом и первым выходом трехэлектродного датчика 7, выходы платы ввода/вывода 4 и звуковой карты 3 соединены соответственно с соответствующими входами сумматора 1, выход сумматора 1 соединен с первым входом потенциостата 6, второй выход трехэлектродного датчика 7 соединен с входом измерительного усилителя 2, выход измерительного усилителя 2
подключен к входу звуковой карты 3. Алгоритм работы заложенной в компьютер программы формирования, вывода, ввода и обработки сигнала приведен в приложении. Для функционирования компьютера и реализации заложенной программы необходимо наличие операционной системы Windows, пакета прикладных программ LabView 7.0. Блоки, входящие в состав полярографа, могут быть выполнены по стандартным опубликованным в литературе схемам. У всех блоков полярографа, требующих электропитания, имеются подводящие электропитание линии, не показанные на функциональной схеме.
Полярограф работает следующим образом. Подводят электропитание, включают составляющие полярограф блоки. Компьютер 5 формирует цифровые ступенчатый и синусоидальный сигналы, первый из которых выводится при помощи платы ввода/вывода 4, второй - при помощи звуковой карты 3. Такое техническое решение позволяет значительно снизить требования к разрядности и быстродействию платы ввода/вывода 4, задача которой сводится к выводу постоянного напряжения. Аналоговые сигналы звуковой карты 3 и платы ввода/вывода 4 поступают на сумматор 1, далее их сумма поступает на потенциостат 6, обеспечивающий заданный закон изменения напряжения на границе электрод/электролит, через него сигнал воздействует на трехэлектродный датчик 7. Выходной сигнал трехэлектродного датчика 7 поступает на измерительный усилитель 2, с него - на звуковую карту 3, где он оцифровывается, после чего поступает в компьютер 5 и обрабатывается, полученные результаты выводятся на экран компьютера 5.
Поскольку воздействующее напряжение представляет собой ступенчатую развертку с наложенной гармонической составляющей, то обработка осуществляется для каждой ступени отдельно. Для каждой ступени принимаемый звуковой картой 3 сигнал состоит из сдвинутых относительно друг друга на фазовый угол полезного сигнала и помехи. Поэтому для обработки используется программно реализованный фазовый
детектор, который при известном фазовом угле помехи может полностью ее устранить. Однако реально полностью помеха не устраняется из-за того, что ее фазовый угол не может быть точно определен. Был реализован алгоритм, позволяющий уменьшить влияние помехи на выбранном участке полярограммы. Суть алгоритма заключается в следующем: на полярограмме выбирается диапазон напряжений, на котором требуется уменьшить влияние помехи, в начальной точке диапазона подбирается такой фазовый угол φ опорного напряжения фазового детектора, чтобы на его выходе был ноль. Детектирование всех последующих точек заданного диапазона осуществляется с найденным фазовым углом φ. Поскольку вблизи потенциала полуволны скорость изменения фазы помехи намного меньше скорости изменения фазы полезного сигнала, достигается увеличение отношения сигнал/шум в выбранном диапазоне.
На вход программы обработки поступает двумерный массив оцифрованных звуковой картой данных А[i,j], каждая строка массива содержит отклик на одну ступень развертывающего напряжения. Блок-схема программы обработки показана в приложении. Предполагается, что массив А[i,j] соответствует диапазону, в котором необходимо уменьшить влияние емкостного тока.
Элементы управления полярографа вынесены на экран компьютера, манипуляции с ними осуществляются при помощи мыши и клавиатуры, что повышает удобство эксплуатации. Использование вычислительных ресурсов компьютера позволяет уменьшать влияние основной помехи и повышает чувствительность.