专利名称：一种化学振荡反应信号的频率获取方法
技术领域：
本发明涉及化学振荡反应，尤其涉及一种化学振荡反应信号的频率获取 方法。
背景技术：
化学振荡是指有些自催化反应有可能使反应体系中某些物种的颜色、氧
化还原电势、pH值、浓度随时间或空间发生周期性的变化，是自然界非线性、 非平衡现象的直接展示。对于一个特定的化学振荡反应，如果保持温度、反 应物初始浓度等外界条件不变，则在一定的时间内，它的振荡周期和振幅是 恒定的；如果在振荡期间向该体系加入其它的化学物质，则会导致振荡周期 和振幅发生变化，而这种变化与所加入的化学物质呈线性关系。
目前已将化学振荡的这种性质应用于分析、检测化学样品，国内外一般 的做法是计算加入外加物前后振荡周期和振幅变化的平均值，然后对照标准 样品来确定外加物的物种和浓度。这种利用平均值计算周期和频率的方法不 但无法准确地反映外加物对化学振荡反应的线性影响，而且由于测定该振荡 周期所采用的傅立叶(Fourier)变换频率谱(参见图5)通常是被用来提取简 单无干扰周期信号的频率值，但由于其自身的缺限在提取复杂有干扰信号频 率值时显得很困难，原信号的微小波动会使提取得到的频率值产生显著误差， 甚至无法得到其频率值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种有效分析复杂信号频率、可准确 表达频域特征的化学振荡反应信号的频率获取方法。
为解决上述问题，本发明所述的一种化学振荡反应信号的频率获取方法， 包括以下步骤
(1) 建立化学振荡体系；
(2) 采用开环电路技术获得化学振荡的信号
(3) 对获得的信号f(t)实施连续小波变换后，获取小波频率谱。
所述步骤(1)中的化学振荡体系为别洛索夫一扎鲍廷斯基振荡体系。 所述步骤(3)中的信号f(t)的连续小波变换定义为<formula>formula see original document page 4</formula>
其中a—小波变换的尺度因子；6—小波变换的平移因子；t时间；V|/* 一小波基函数。
所述步骤(3)中的小波频率谱是将尺度值按々^ = MHz变换为频率后获得 的，表达式如下<formula>formula see original document page 4</formula>
其中O—记录振荡信号电位的起始时间点；/2—记录振荡信号电位的终 止时间点；々W—频率；"一尺度；当数据为离散数据时，上式则为
<formula>formula see original document page 4</formula>
其中co。=0.8Hz。
所述小波基函数为莫利特小波，基频率为0.8Hz。 本发明与现有技术相比具有以下优点-
本发明利用连续小波变换CWT (Continuous wavelettransform)技术创建 了小波频率谱WFS (Wavelet fr叫uency spectrum)。小波频率谱WFS以CWT 为基础，不但继承了其优点，而且可以非常准确地分析信号的频率特征，从 而较好地解决了复杂信号的频谱分析难题。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明。 图1为本发明的BZ振荡信号图。
图2为本发明的330秒时加入2ml KBr03的BZ振荡信号图。
图3为本发明的BZ振荡信号的WFS图。
图4为本发明的BZ振荡反应装置示意图。
图5为本发明的BZ振荡信号的傅立叶变换频率图。
图中(1)— 加入KBrO3前信号的WFS谱 (2)—加入KBrQ3后信号的WFS谱 3—计算机 4—CHI900电化学工作站 5—恒温水浴 6—温度传感器 7—电磁搅拌8—水套玻璃管9—工作电极10—对电极 11—参比电极
具体实施例方式
实验仪器:美国奥斯汀CH仪器有限公司提供的CHI900电化学工作站4; 上海辰华仪器公司生产的50ml加套玻璃管8、 Cs-501恒温水浴5、 213铂盘 电极(工作电极)9、普通铂盘电极(对电极)10、饱和甘汞电极(参比电极) 11。
实验温度303±2K (即30士2。C)。
电化学技术采用开环电路技术OCPT (open circuit potential-time)。由于
开环电路没有反馈电路，不对输出电压进行侦测反馈，因此它的输出电压随 输入电压改变而发生改变。
本发明利用CHI900电化学工作站实现开环电路技术OCPT对实验体系 输出电压的检测，即仪器的输出电压记录会随着BZ振荡体系的电压变化而 变化。
(1) 建立别洛索夫一扎鲍廷斯基振荡体系(即BZ振荡化学振荡体系) 按如图4所示的BZ振荡反应装置示意图连接好实验装置。将6.00 ml硫
酸H2SO4(0.8M)、6.25 ml溴酸钾KBrO3(0.2M)、 1 ml硫酸锰Mn(SO4)2(0.4M) 和6.75 ml丙二酸CH2(COOH)2 (0.5M)的混合溶液放入50ml水套玻璃管内， 开启恒温水浴5分钟左右，使体系温度维持在30±2°C。
(2) 开启CHI900电化学工作站并打开电脑，利用CHI卯0电化学工作站的 开环电路技术检测并记录振荡体系的时间-电位关系曲线，即化学振荡信号/W
(参见图l)，时间间隔为l秒。从图1可知，当振荡体系电位升高时，体系 处于氧化态，即峰顶的电位状态；当体振荡系电位降低时，体系处于还原态， 即峰谷的电位状态。
(3) 在330秒时，加入2mlKBr03 (摩尔浓度为0.2M)(参见图2);在600 秒时结束。
首先对获得的信号f(t)按照<formula>formula see original document page 5</formula>实施连续 小波变换CWT后，将尺度值a按freq=0.8/a HZ变换为频率，然后按照
<formula>formula see original document page 6</formula>(当数据为离散数据时，则按<formula>formula see original document page 6</formula>)
获取小波频率谱WFS (如图3所示)。
上述公式中a—小波变换的尺度因子；6—小波变换的平移因子；t时间； V*—小波基函数，所选基函数为莫利特(Morlet)小波，其基频率为0.8Hz;
戶^一频率；^一记录振荡信号电位的起始时间点；^一记录振荡信号电位的
终止时间点；co。=0.8Hz。
其中图3中的曲线(1)为图1中振荡信号的WFS图谱，曲线(2)为图 2中加入KBr03后振荡信号的WFS图谱；图中峰的数目代表频率组分，其最 高峰位对应的频率就是相应化学振荡信号的频率，峰的高度代表该频率处的 振幅。图中曲线(1)的频率组分为0.02759赫兹和0.06154赫兹，曲线(2) 的频率组分为0.03478赫兹和0.06667赫兹；其中较小的频率值(0.02759赫 兹和0.03478赫兹)为相应体系从氧化态变至还原态时的频率，较大的频率 值(0.06154赫兹和0.06667)为相应体系从还原态变至氧化态时的频率。可 见，在加入Kbr03后，不论是从氧化态变至还原态还是从还原态变至氧化态， 体系的频率值都明显增大了。因此，按照本发明的方法，根据加入物质引起 的振荡体系频率的变化程度，就可以实现对未知样品的检测。
图5为本发明的BZ振荡信号的傅立叶变换频率图，对照图3可以看出 傅立叶变换不能实现对振荡体系频率的准确分析。
权利要求
1、一种化学振荡反应信号的频率获取方法，包括以下步骤(1)建立化学振荡体系；(2)采用开环电路技术获得化学振荡的信号f(t)；(3)对获得的信号f(t)实施连续小波变换后，获取小波频率谱。
2、 如权利要求1所述的一种化学振荡反应信号的频率获取方法，其特征 在于所述步骤(1)中的化学振荡体系为别洛索夫一扎鲍廷斯基振荡体系。
3、 如权利要求1所述的一种化学振荡反应信号的频率获取方法，其特征在于所述步骤(3)中的信号/W的连续小波变换定义为其中a—小波变换的尺度因子；Z>—小波变换的平移因子；t时间；V)/* —小波基函数。
4、如权利要求1所述的一种化学振荡反应信号的频率获取方法，其特征 在于所述步骤(3)中的小波频率谱是将尺度值按^^-^Hz变换为频率后获得的，表达式如下<formula>formula see original document page 2</formula>其中^一记录振荡信号电位的起始时间点；^一记录振荡信号电位的终 止时间点；>^一频率；"一尺度；当数据为离散数据时，上式则为<formula>formula see original document page 2</formula>其中 o=0.8Hz。
5、如权利要求3所述的一种化学振荡反应信号的频率获取方法，其特征 在于所述小波基函数为莫利特小波，基频率为0.8Hz。
全文摘要
本发明涉及一种化学振荡反应信号的频率获取方法，包括以下步骤(1)建立化学振荡体系；(2)采用开环电路技术获得化学振荡的信号f(t)；(3)对获得的信号f(t)实施连续小波变换CWT后，获取小波频率谱WFS。本发明利用连续小波变换CWT技术创建了小波频率谱WFS，解决了Fourier分析不能准确表达复杂信号频率信息的问题。
文档编号G01N31/00GK101358955SQ20081015109
公开日2009年2月4日 申请日期2008年9月13日 优先权日2008年9月13日
发明者刘宏德, 卢小泉, 晶 陈 申请人:西北师范大学