專利名稱：微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試方法及實現(xiàn)該方法的在線測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微弧氧化負(fù)載阻抗譜的測試方法。
背景技術(shù)：
微弧氧化是一種在鋁、鎂、鈦等金屬及其合金表面原位生成陶瓷相氧化膜的表面改性新技術(shù)，因其生成的膜層具有優(yōu)良的耐磨、耐蝕性能而受到了廣泛的關(guān)注。而隨著該技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的發(fā)展，由工藝能耗過大導(dǎo)致的成本過高的問題日益突出，降低微弧氧化電能消耗也成為了研究的重點，因此研究微弧氧化電源的負(fù)載特性，明確電源對負(fù)載的作用效能，對改善膜層性能、降低工藝能耗從而促進微弧氧化技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用有重要的意義。目前，能夠明確微弧氧化負(fù)載特性的主要方法是一種電化學(xué)阻抗譜法 (EIS-Electrochemical Impedance Spectroscopy)，這種方法是電化學(xué)領(lǐng)域研究金屬表面各種轉(zhuǎn)化膜層或涂層的常用方法，一般將具有某種膜層的工件浸于電解液中，對其施加微小幅值(mV或mA級)的正弦擾動信號，并測量掃頻擾動的響應(yīng)，再通過擾動與響應(yīng)信號的幅頻/相頻關(guān)系來研究膜層的結(jié)構(gòu)、耐磨耐蝕性能或阻抗變化特征，同時也可用來確定膜層的等效電路及其參數(shù)。但電化學(xué)阻抗譜法實際上是將膜層已經(jīng)生長完畢的工件作為研究對象，因此其描述的是膜層處于靜態(tài)時的特性，顯然這種特性和膜層在強烈的電化學(xué)反應(yīng)下生長時的特性是大不一樣的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有電化學(xué)阻抗譜法難以描述膜層在強烈的電化學(xué)反應(yīng)下生長時的特性的問題，提供一種微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試方法及實現(xiàn)該方法的在線測試系統(tǒng)。本發(fā)明所述的微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試方法是在現(xiàn)有微弧氧化電源上疊加變頻的正弦交流擾動信號，然后在微弧氧化電源連接負(fù)載工作的過程中，在線實時檢測負(fù)載的供電電源的電壓信號和供電電源的電流信號，進而通過所述電壓信號和電流信號獲得微弧氧化電源在帶負(fù)載工作過程中的負(fù)載阻抗譜。實現(xiàn)上述微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試方法的系統(tǒng)，它由疊加擾動信號的微弧氧化電源、電壓檢測電路、電流檢測電路和微弧氧化負(fù)載組成，微弧氧化電源的電源輸出端連接微弧氧化負(fù)載的供電輸入端，電壓檢測電路并聯(lián)在疊加擾動信號的微弧氧化電源與微弧氧化負(fù)載之間，用于測量微弧氧化負(fù)載的供電電源的電壓信號，電流檢測電路用于測量微弧氧化負(fù)載的供電電源的電流信號；疊加擾動信號的微弧氧化電源由正弦交流擾動信號電路和微弧氧化電源組成，正弦交流擾動信號電路的輸出端連接在微弧氧化電源的擾動信號輸入端。本發(fā)明是在微弧氧化電源提供微弧氧化條件進行氧化反應(yīng)的同時，在微弧氧化電源上疊加變頻的正弦交流擾動信號電路電源，按階段進程進行擾動信號的快速掃頻，通過電壓檢測電路和電流檢測電路取得相同時刻在線的電壓值和電流值，通過電壓信號與電流信號的幅頻和相頻關(guān)系得到實際氧化過程中的負(fù)載阻抗譜，進而獲得低幅擾動下各個階段的負(fù)載在線等效電路及參數(shù)。通過對負(fù)載頻率響應(yīng)得到膜層在電化學(xué)反應(yīng)下生長時的相頻和幅頻特性，從而實現(xiàn)在微弧氧化的過程中在線測試負(fù)載阻抗的目的。


圖I為本發(fā)明所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為具體實施方式
六所述的一種正弦交流擾動信號電路1-1的電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為具體實施方式
八所述的正弦交流擾動信號電路1-1的電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖4至7為具體實施方式
六所述的一種正弦交流擾動信號電路1-1在產(chǎn)生正弦交流擾動信號過程中的四種工作模式下的電路原理圖。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式所述微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試方法，它是在現(xiàn)有微弧氧化電源上疊加變頻的正弦交流擾動信號，然后在微弧氧化電源連接負(fù)載工作的過程中，在線實時檢測負(fù)載的供電電源的電壓信號和供電電源的電流信號，進而通過所述電壓信號和電流信號獲得微弧氧化電源在帶負(fù)載工作過程中的負(fù)載阻抗譜。
具體實施方式
二本實施方式是對實施方式一所述微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試方法的進一步限定，本實施方式中，微弧氧化電源采用電壓型微弧氧化電源，采用正弦交流擾動電壓信號電路在微弧氧化電源上疊加變頻的正弦交流擾動信號。電壓型微弧氧化電源與正弦交流擾動電壓信號電源通過變壓器耦合串聯(lián)，輸出高于脈沖臨界擊穿電壓且疊加有正弦擾動電壓信號的直流電壓，并連接到微弧氧化負(fù)載。
具體實施方式
三本實施方式是對實施方式一所述微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試方法的進一步限定，本實施方式中，微弧氧化電源采用電流型微弧氧化電源，采用正弦交流擾動電流信號電路在微弧氧化電源上疊加變頻的正弦交流擾動信號。電流型微弧氧化電源與正弦交流擾動電流信號電源通過變壓器耦合并聯(lián)，輸出疊加有正弦擾動信號的直流電流，并連接到微弧氧化負(fù)載。
具體實施方式
四結(jié)合圖I說明本實施方式，實現(xiàn)實施方式一所述的微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試方法的在線測試系統(tǒng)，它由疊加擾動信號的微弧氧化電源I、電壓檢測電路2、電流檢測電路3和微弧氧化負(fù)載組成，微弧氧化電源I的電源輸出端連接微弧氧化負(fù)載的供電輸入端，電壓檢測電路2并聯(lián)在疊加擾動信號的微弧氧化電源I與微弧氧化負(fù)載之間，用于測量微弧氧化負(fù)載的供電電源的電壓信號，電流檢測電路3用于測量微弧氧化負(fù)載的供電電源的電流信號；疊加擾動信號的微弧氧化電源I由正弦交流擾動信號電路1-1和微弧氧化電源1-2組成，正弦交流擾動信號電路1-1的輸出端連接在微弧氧化電源1-2的擾動信號輸入端。通過電壓檢測電路2測得電壓信號與電流檢測電路3測得的電流信號的幅頻和相頻關(guān)系得到實際氧化過程中的負(fù)載阻抗譜。
具體實施方式
五本實施方式是對實施方式四所述微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試系統(tǒng)的進一步限定，微弧氧化電源1-2采用電壓型微弧氧化電源，正弦交流擾動信號電路1-1采用正弦交流擾動電壓信號電路。
具體實施方式
六參見圖2說明本實施方式。本實施方式是對實施方式五所述微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試系統(tǒng)的進一步限定，正弦交流擾動信號電路1-1由直流電源1-1-1、一號開關(guān)管S1、二號開關(guān)管S2、三號開關(guān)管S3、四號開關(guān)管S4、一號電阻R1、二號電阻R2、三號電阻R3、四號電阻R4、一號電容C1、二號電容C2、三號電容C3、四號電容C4、五號電容C5、一號二極管D1、二號二極管D2、三號二極管D3、四號二極管D4、電感L1和變壓器T1組成，直流電源1-1-1的正極同時連接在一號開關(guān)管S1的漏極、一號二極管D1的陰極、一號電容C1的一端、三號開關(guān)管S3的漏極、三號二極管D3的陰極和三號電容C3的一端,一號電容C1的另一端通過一號電阻R1同時連接在一號開關(guān)管S1的源極、一號二極管D1的陽極、電感L1的一端、二號開關(guān)管S2的漏極、二號二極管D2的陰極和二號電容C2的一端,二號電容C2的另一端連接在二號電阻R2的一端，電感L1的另一端同時連接在五號電容C5的一端、變壓器T1初級繞組的一端，三號電容C3的另一端通過三號電阻R3同時連接在三號開關(guān)管S3的源極、三號二極管D3的陽極、四號開關(guān)管S4的漏極、四號二極管D4的陰極、四號電容C4的一端、五號電容C5的另一端和變壓器T1初級繞組的另一端，四號電容C4的另一端連接在四號電阻R4的一端，直流電源1-1-1的負(fù)極同時連接在二號開關(guān)管S2的源極、二號二極管D2的陽極、四號開關(guān)管S4的源極、四號二極管D4的陽極、二號電阻R2的另一端和四號電阻R4的另一端，變壓器T1的次級繞組的一端連接在微弧氧化電源1-2的正極，變壓器T1的次級繞組的另一端連接在微弧氧化負(fù)載的一端，微弧氧化電源1-2的負(fù)極連接在微弧氧化負(fù)載的另一端;所述一號開關(guān)管S1、二號開關(guān)管S2、三號開關(guān)管S3和四號開關(guān)管S4均選用MOSFET或IGBT開關(guān)管。本實施方式所述的正弦交流擾動信號電路1-1在產(chǎn)生正弦交流擾動信號過程中有四種工作模式第一種工作模式的電路原理參見圖4所示一號開關(guān)管S1和四號開關(guān)管S4開通，電流L正向流動，并且線性上升，直流穩(wěn)壓電源1-1-1給電感L1充電；關(guān)斷一號開關(guān)管S1和四號開關(guān)管S4，第一種工作模式結(jié)束。第二種工作模式的電路原理參見圖5所示關(guān)斷一號開關(guān)管S1和四號開關(guān)管S4,電流k繼續(xù)正向流動，電感通過二號二極管D2和三號二極管D3續(xù)流并且電流線性下降；電流降為零時，第二種工作模式結(jié)束。第三種工作模式的電路原理參見圖6所示二號開關(guān)管S2和三號開關(guān)管S3開通，電流k反向流動，并且反向線性上升，直流穩(wěn)壓電源1-1-1給電感L1反向充電；關(guān)斷二號開關(guān)管S2和三號開關(guān)管S3，第三種工作模式結(jié)束。第四種工作模式的電路原理參見圖7所示關(guān)斷二號開關(guān)管S2和三號開關(guān)管S3,電流k繼續(xù)反向流動，電感通過一號二極管Dl和四號二極管D4續(xù)流并且電流線性下降； 電流降為零時，第四種工作模式結(jié)束。
具體實施方式
七本實施方式是對實施方式六所述微微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試系統(tǒng)的進一步限定，微弧氧化電源1-2采用電流型微弧氧化電源，正弦交流擾動信號電路1-1采用正弦交流擾動電流信號。電流型微弧氧化電源與正弦交流擾動電流信號電源通過變壓器耦合并聯(lián)，輸出疊加有正弦擾動信號的直流電流，并連接到微弧氧化負(fù)載。
具體實施方式
八參見圖3說明本實施方式。本實施方式是對實施方式七所述微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試系統(tǒng)的進一步限定，正弦交流擾動信號電路1-1由直流電源1-1-1、一號開關(guān)管S1、二號開關(guān)管S2、三號開關(guān)管S3、四號開關(guān)管S4、一號電阻R1、二號電阻R2、三號電阻R3、四號電阻R4、一號電容C1、二號電容C2、三號電容C3、四號電容C4、一號二極管D1、二號二極管D2、三號二極管D3、四號二極管D4、五號二極管D5、六號二極管D6、電感L1和變壓器T1組成，直流電源1-1-1的正極同時連接在一號開關(guān)管S1的漏極、一號二極管D1的陰極、一號電容C1的一端、三號開關(guān)管S3的漏極、三號二極管D3的陰極和三號電容C3的一端，一號電容C1的另一端通過一號電阻R1同時連接在一號開關(guān)管S1的源極、一號二極管D1的陽極、電感L1的一端、二號開關(guān)管S2的漏極、二號二極管D2的陰極和二號電容C2的一端，二號電容C2的另一端連接在二號電阻R2的一端，電感L1的另一端連接在變壓器T1初級繞組的一端，三號電容C3的另一端通過三號電阻R3同時連接在三號開關(guān)管S3的源極、三號二極管D3的陽極、四號開關(guān)管S4的漏極、四號二極管D4的陰極、四號電容C4的一端和變壓器T1初級繞組的另一端，四號電容C4的另一端連接在四號電阻R4的一端，直流電源1-1-1的負(fù)極同時連接在二號開關(guān)管S2的源極、二號二極管D2的陽極、四號開關(guān)管S4的源極、四號二極管隊的陽極、二號電阻R2的另一端和四號電阻R4的另一端，變壓器T1的次級繞組的 一端連接在五號二極管D5的陽極,五號二極管D5的陰極同時連接在微弧氧化電源1-2的正極與微弧氧化負(fù)載的一端，變壓器T1的次級繞組的另一端連接在六號二極管D6的陰極，六號二極管D6的陽極同時連接在微弧氧化電源1-2的負(fù)極與微弧氧化負(fù)載的另一端。
權(quán)利要求
1.微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試方法，其特征在于，該方法是在現(xiàn)有微弧氧化電源上疊加變頻的正弦交流擾動信號，然后在微弧氧化電源連接負(fù)載工作的過程中，在線實時檢測負(fù)載的供電電源的電壓信號和供電電源的電流信號，進而通過所述電壓信號和電流信號獲得微弧氧化電源在帶負(fù)載工作過程中的負(fù)載阻抗譜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試方法，其特征在于，所述微弧氧化電源采用電壓型微弧氧化電源，采用正弦交流擾動電壓信號電路在微弧氧化電源上疊加變頻的正弦交流擾動信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試方法，其特征在于，所述微弧氧化電源采用電流型微弧氧化電源，采用正弦交流擾動電流信號電路在微弧氧化電源上疊加變頻的正弦交流擾動信號。
4.實現(xiàn)權(quán)利要求I所述的微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試方法的在線測試系統(tǒng)，其特征是，它由疊加擾動信號的微弧氧化電源(I)、電壓檢測電路(2)、電流檢測電路(3)和微弧氧化負(fù)載組成，微弧氧化電源(I)的電源輸出端連接微弧氧化負(fù)載的供電輸入端，電壓檢測電路(2)并聯(lián)在疊加擾動信號的微弧氧化電源(I)與微弧氧化負(fù)載之間，用于測量微弧氧化負(fù)載的供電電源的電壓信號，電流檢測電路(3)用于測量微弧氧化負(fù)載的供電電源的電流信號；疊加擾動信號的微弧氧化電源⑴由正弦交流擾動信號電路(ι-i)和微弧氧化電源(1-2)組成，正弦交流擾動信號電路(1-1)的輸出端連接在微弧氧化電源(1-2)的擾動信號輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試系統(tǒng)，其特征在于，微弧氧化電源(1-2)采用電壓型微弧氧化電源，正弦交流擾動信號電路(1-1)采用正弦交流擾動電壓信號電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試系統(tǒng)，其特征在于，正弦交流擾動信號電路(1-1)由直流電源(1-1-1)、一號開關(guān)管S1、二號開關(guān)管S2、三號開關(guān)管S3、四號開關(guān)管S4、一號電阻R1、二號電阻R2、三號電阻R3、四號電阻R4、一號電容C1、二號電容C2、三號電容C3、四號電容C4、五號電容C5、一號二極管D1、二號二極管D2、三號二極管D3、四號二極管D4、電感L1和變壓器T1組成，直流電源(1-1-1)的正極同時連接在一號開關(guān)管S1的漏極、一號二極管D1的陰極、一號電容C1的一端、三號開關(guān)管S3的漏極、三號二極管D3的陰極和三號電容C3的一端,一號電容C1的另一端通過一號電阻R1同時連接在一號開關(guān)管S1的源極、一號二極管D1的陽極、電感L1的一端、二號開關(guān)管S2的漏極、二號二極管D2的陰極和二號電容C2的一端,二號電容C2的另一端連接在二號電阻R2的一端，電感L1的另一端同時連接在五號電容C5的一端、變壓器T1初級的一端,三號電容C3的另一端通過三號電阻R3 同時連接在三號開關(guān)管S3的源極、三號二極管D3的陽極、四號開關(guān)管S4的漏極、四號二極管D4的陰極、四號電容C4的一端、五號電容C5的另一端和變壓器T1初級的另一端，四號電容C4的另一端連接在四號電阻R4的一端，直流電源(1-1-1)的負(fù)極同時連接在二號開關(guān)管S2的源極、二號二極管D2的陽極、四號開關(guān)管S4的源極、四號二極管D4的陽極、二號電阻R2的另一端和四號電阻R4的另一端， 變壓器T1的次級繞組的一端連接在微弧氧化電源(1-2)的正極，變壓器T1的次級繞組的另一端連接在微弧氧化負(fù)載的一端，微弧氧化電源(1-2)的負(fù)極連接在微弧氧化負(fù)載的另一端；所述一號開關(guān)管S1、二號開關(guān)管S2、三號開關(guān)管S3和四號開關(guān)管S4均選用MOSFET或IGBT開關(guān)管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試系統(tǒng)，其特征在于，微弧氧化電源(1-2)采用電流型微弧氧化電源，正弦交流擾動信號電路(1-1)采用正弦交流擾動電流信號電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試系統(tǒng)，其特征在于，正弦交流擾動信號電路(1-1)由直流電源(1-1-1)、一號開關(guān)管S1、二號開關(guān)管S2、三號開關(guān)管S3、四號開關(guān)管S4、一號電阻R1、二號電阻R2、三號電阻R3、四號電阻R4、一號電容C1、二號電容C2、三號電容C3、四號電容C4、一號二極管D1、二號二極管D2、三號二極管D3、四號二極管D4、五號二極管D5、六號二極管D6、電感L1和變壓器T1組成，直流電源(1-1-1)的正極同時連接在一號開關(guān)管S1的漏極、一號二極管D1的陰極、一號電容C1的一端、三號開關(guān)管S3的漏極、三號二極管D3的陰極和三號電容C3的一端,一號電容C1的另一端通過一號電阻R1同時連接在一號開關(guān)管S1的源極、一號二極管D1的陽極、電感L1的一端、二號開關(guān)管S2的漏極、二號二極管D2的陰極和二號電容C2的一端,二號電容C2的另一端連接在二號電阻R2的一端，電感L1的另一端連接在變壓器T1初級的一端，三號電容C3的另一端通過三號電阻R3同時連接在三號開關(guān)管S3的源極、三號二極管D3的陽極、四號開關(guān)管S4的漏極、四號二極管D4的陰極、四號電容C4的一端和變壓器T1初級的另一端，四號電容C4的另一端連接在四號電阻 R4的一端，直流電源(1-1-1)的負(fù)極同時連接在二號開關(guān)管S2的源極、二號二極管D2的陽極、四號開關(guān)管S4的源極、四號二極管D4的陽極、二號電阻R2的另一端和四號電阻R4的另一端，變壓器T1的次級繞組的一端連接在五號二極管D5的陽極，五號二極管D5的陰極同時連接在微弧氧化電源(1-2)的正極與微弧氧化負(fù)載的一端，變壓器T1的次級繞組的另一端連接在六號二極管D6的陰極，六號二極管D6的陽極同時連接在微弧氧化電源(1-2)的負(fù)極與微弧氧化負(fù)載的另一端。
全文摘要
微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試方法及實現(xiàn)該方法的在線測試系統(tǒng)，涉及微弧氧化負(fù)載阻抗譜的測試方法，它為了解決現(xiàn)有電化學(xué)阻抗譜法難以描述膜層在強烈的電化學(xué)反應(yīng)下生長時的特性的問題。本發(fā)明所述的微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試方法是在現(xiàn)有微弧氧化電源上疊加變頻的正弦交流擾動信號，在線實時檢測負(fù)載的電壓信號和電流信號，進而通過所述電壓信號和電流信號獲得微弧氧化電源在帶負(fù)載工作過程中的負(fù)載阻抗譜。實現(xiàn)微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試方法的系統(tǒng)，它由疊加擾動信號的微弧氧化電源、電壓檢測電路、電流檢測電路和微弧氧化負(fù)載組成，通過電壓信號與電流信號的幅頻和相頻得到負(fù)載阻抗譜。本發(fā)明適用于微弧氧化負(fù)載阻抗譜在線測試領(lǐng)域。
文檔編號G01R27/14GK102621391SQ20121008020
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者劉宏洋, 劉曉芳, 楊世彥, 楊威, 韓基業(yè) 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)