专利名称：微弧氧化负载阻抗谱在线测试方法及实现该方法的在线测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及微弧氧化负载阻抗谱的测试方法。
背景技术：
微弧氧化是一种在铝、镁、钛等金属及其合金表面原位生成陶瓷相氧化膜的表面改性新技术，因其生成的膜层具有优良的耐磨、耐蚀性能而受到了广泛的关注。而随着该技术工业应用的发展，由工艺能耗过大导致的成本过高的问题日益突出，降低微弧氧化电能消耗也成为了研究的重点，因此研究微弧氧化电源的负载特性，明确电源对负载的作用效能，对改善膜层性能、降低工艺能耗从而促进微弧氧化技术的工业化应用有重要的意义。目前，能够明确微弧氧化负载特性的主要方法是一种电化学阻抗谱法 (EIS-Electrochemical Impedance Spectroscopy)，这种方法是电化学领域研究金属表面各种转化膜层或涂层的常用方法，一般将具有某种膜层的工件浸于电解液中，对其施加微小幅值(mV或mA级)的正弦扰动信号，并测量扫频扰动的响应，再通过扰动与响应信号的幅频/相频关系来研究膜层的结构、耐磨耐蚀性能或阻抗变化特征，同时也可用来确定膜层的等效电路及其参数。但电化学阻抗谱法实际上是将膜层已经生长完毕的工件作为研究对象，因此其描述的是膜层处于静态时的特性，显然这种特性和膜层在强烈的电化学反应下生长时的特性是大不一样的。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有电化学阻抗谱法难以描述膜层在强烈的电化学反应下生长时的特性的问题，提供一种微弧氧化负载阻抗谱在线测试方法及实现该方法的在线测试系统。本发明所述的微弧氧化负载阻抗谱在线测试方法是在现有微弧氧化电源上叠加变频的正弦交流扰动信号，然后在微弧氧化电源连接负载工作的过程中，在线实时检测负载的供电电源的电压信号和供电电源的电流信号，进而通过所述电压信号和电流信号获得微弧氧化电源在带负载工作过程中的负载阻抗谱。实现上述微弧氧化负载阻抗谱在线测试方法的系统，它由叠加扰动信号的微弧氧化电源、电压检测电路、电流检测电路和微弧氧化负载组成，微弧氧化电源的电源输出端连接微弧氧化负载的供电输入端，电压检测电路并联在叠加扰动信号的微弧氧化电源与微弧氧化负载之间，用于测量微弧氧化负载的供电电源的电压信号，电流检测电路用于测量微弧氧化负载的供电电源的电流信号；叠加扰动信号的微弧氧化电源由正弦交流扰动信号电路和微弧氧化电源组成，正弦交流扰动信号电路的输出端连接在微弧氧化电源的扰动信号输入端。本发明是在微弧氧化电源提供微弧氧化条件进行氧化反应的同时，在微弧氧化电源上叠加变频的正弦交流扰动信号电路电源，按阶段进程进行扰动信号的快速扫频，通过电压检测电路和电流检测电路取得相同时刻在线的电压值和电流值，通过电压信号与电流信号的幅频和相频关系得到实际氧化过程中的负载阻抗谱，进而获得低幅扰动下各个阶段的负载在线等效电路及参数。通过对负载频率响应得到膜层在电化学反应下生长时的相频和幅频特性，从而实现在微弧氧化的过程中在线测试负载阻抗的目的。
图I为本发明所述系统的结构示意图，图2为具体实施方式
六所述的一种正弦交流扰动信号电路1-1的电路结构示意图，图3为具体实施方式
八所述的正弦交流扰动信号电路1-1的电路结构示意图，图4至7为具体实施方式
六所述的一种正弦交流扰动信号电路1-1在产生正弦交流扰动信号过程中的四种工作模式下的电路原理图。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式所述微弧氧化负载阻抗谱在线测试方法，它是在现有微弧氧化电源上叠加变频的正弦交流扰动信号，然后在微弧氧化电源连接负载工作的过程中，在线实时检测负载的供电电源的电压信号和供电电源的电流信号，进而通过所述电压信号和电流信号获得微弧氧化电源在带负载工作过程中的负载阻抗谱。
具体实施方式
二本实施方式是对实施方式一所述微弧氧化负载阻抗谱在线测试方法的进一步限定，本实施方式中，微弧氧化电源采用电压型微弧氧化电源，采用正弦交流扰动电压信号电路在微弧氧化电源上叠加变频的正弦交流扰动信号。电压型微弧氧化电源与正弦交流扰动电压信号电源通过变压器耦合串联，输出高于脉冲临界击穿电压且叠加有正弦扰动电压信号的直流电压，并连接到微弧氧化负载。
具体实施方式
三本实施方式是对实施方式一所述微弧氧化负载阻抗谱在线测试方法的进一步限定，本实施方式中，微弧氧化电源采用电流型微弧氧化电源，采用正弦交流扰动电流信号电路在微弧氧化电源上叠加变频的正弦交流扰动信号。电流型微弧氧化电源与正弦交流扰动电流信号电源通过变压器耦合并联，输出叠加有正弦扰动信号的直流电流，并连接到微弧氧化负载。
具体实施方式
四结合图I说明本实施方式，实现实施方式一所述的微弧氧化负载阻抗谱在线测试方法的在线测试系统，它由叠加扰动信号的微弧氧化电源I、电压检测电路2、电流检测电路3和微弧氧化负载组成，微弧氧化电源I的电源输出端连接微弧氧化负载的供电输入端，电压检测电路2并联在叠加扰动信号的微弧氧化电源I与微弧氧化负载之间，用于测量微弧氧化负载的供电电源的电压信号，电流检测电路3用于测量微弧氧化负载的供电电源的电流信号；叠加扰动信号的微弧氧化电源I由正弦交流扰动信号电路1-1和微弧氧化电源1-2组成，正弦交流扰动信号电路1-1的输出端连接在微弧氧化电源1-2的扰动信号输入端。通过电压检测电路2测得电压信号与电流检测电路3测得的电流信号的幅频和相频关系得到实际氧化过程中的负载阻抗谱。
具体实施方式
五本实施方式是对实施方式四所述微弧氧化负载阻抗谱在线测试系统的进一步限定，微弧氧化电源1-2采用电压型微弧氧化电源，正弦交流扰动信号电路1-1采用正弦交流扰动电压信号电路。
具体实施方式
六参见图2说明本实施方式。本实施方式是对实施方式五所述微弧氧化负载阻抗谱在线测试系统的进一步限定，正弦交流扰动信号电路1-1由直流电源1-1-1、一号开关管S1、二号开关管S2、三号开关管S3、四号开关管S4、一号电阻R1、二号电阻R2、三号电阻R3、四号电阻R4、一号电容C1、二号电容C2、三号电容C3、四号电容C4、五号电容C5、一号二极管D1、二号二极管D2、三号二极管D3、四号二极管D4、电感L1和变压器T1组成，直流电源1-1-1的正极同时连接在一号开关管S1的漏极、一号二极管D1的阴极、一号电容C1的一端、三号开关管S3的漏极、三号二极管D3的阴极和三号电容C3的一端,一号电容C1的另一端通过一号电阻R1同时连接在一号开关管S1的源极、一号二极管D1的阳极、电感L1的一端、二号开关管S2的漏极、二号二极管D2的阴极和二号电容C2的一端,二号电容C2的另一端连接在二号电阻R2的一端，电感L1的另一端同时连接在五号电容C5的一端、变压器T1初级绕组的一端，三号电容C3的另一端通过三号电阻R3同时连接在三号开关管S3的源极、三号二极管D3的阳极、四号开关管S4的漏极、四号二极管D4的阴极、四号电容C4的一端、五号电容C5的另一端和变压器T1初级绕组的另一端，四号电容C4的另一端连接在四号电阻R4的一端，直流电源1-1-1的负极同时连接在二号开关管S2的源极、二号二极管D2的阳极、四号开关管S4的源极、四号二极管D4的阳极、二号电阻R2的另一端和四号电阻R4的另一端，变压器T1的次级绕组的一端连接在微弧氧化电源1-2的正极，变压器T1的次级绕组的另一端连接在微弧氧化负载的一端，微弧氧化电源1-2的负极连接在微弧氧化负载的另一端;所述一号开关管S1、二号开关管S2、三号开关管S3和四号开关管S4均选用MOSFET或IGBT开关管。本实施方式所述的正弦交流扰动信号电路1-1在产生正弦交流扰动信号过程中有四种工作模式第一种工作模式的电路原理参见图4所示一号开关管S1和四号开关管S4开通，电流L正向流动，并且线性上升，直流稳压电源1-1-1给电感L1充电；关断一号开关管S1和四号开关管S4，第一种工作模式结束。第二种工作模式的电路原理参见图5所示关断一号开关管S1和四号开关管S4,电流k继续正向流动，电感通过二号二极管D2和三号二极管D3续流并且电流线性下降；电流降为零时，第二种工作模式结束。第三种工作模式的电路原理参见图6所示二号开关管S2和三号开关管S3开通，电流k反向流动，并且反向线性上升，直流稳压电源1-1-1给电感L1反向充电；关断二号开关管S2和三号开关管S3，第三种工作模式结束。第四种工作模式的电路原理参见图7所示关断二号开关管S2和三号开关管S3,电流k继续反向流动，电感通过一号二极管Dl和四号二极管D4续流并且电流线性下降； 电流降为零时，第四种工作模式结束。
具体实施方式
七本实施方式是对实施方式六所述微微弧氧化负载阻抗谱在线测试系统的进一步限定，微弧氧化电源1-2采用电流型微弧氧化电源，正弦交流扰动信号电路1-1采用正弦交流扰动电流信号。电流型微弧氧化电源与正弦交流扰动电流信号电源通过变压器耦合并联，输出叠加有正弦扰动信号的直流电流，并连接到微弧氧化负载。
具体实施方式
八参见图3说明本实施方式。本实施方式是对实施方式七所述微弧氧化负载阻抗谱在线测试系统的进一步限定，正弦交流扰动信号电路1-1由直流电源1-1-1、一号开关管S1、二号开关管S2、三号开关管S3、四号开关管S4、一号电阻R1、二号电阻R2、三号电阻R3、四号电阻R4、一号电容C1、二号电容C2、三号电容C3、四号电容C4、一号二极管D1、二号二极管D2、三号二极管D3、四号二极管D4、五号二极管D5、六号二极管D6、电感L1和变压器T1组成，直流电源1-1-1的正极同时连接在一号开关管S1的漏极、一号二极管D1的阴极、一号电容C1的一端、三号开关管S3的漏极、三号二极管D3的阴极和三号电容C3的一端，一号电容C1的另一端通过一号电阻R1同时连接在一号开关管S1的源极、一号二极管D1的阳极、电感L1的一端、二号开关管S2的漏极、二号二极管D2的阴极和二号电容C2的一端，二号电容C2的另一端连接在二号电阻R2的一端，电感L1的另一端连接在变压器T1初级绕组的一端，三号电容C3的另一端通过三号电阻R3同时连接在三号开关管S3的源极、三号二极管D3的阳极、四号开关管S4的漏极、四号二极管D4的阴极、四号电容C4的一端和变压器T1初级绕组的另一端，四号电容C4的另一端连接在四号电阻R4的一端，直流电源1-1-1的负极同时连接在二号开关管S2的源极、二号二极管D2的阳极、四号开关管S4的源极、四号二极管队的阳极、二号电阻R2的另一端和四号电阻R4的另一端，变压器T1的次级绕组的 一端连接在五号二极管D5的阳极,五号二极管D5的阴极同时连接在微弧氧化电源1-2的正极与微弧氧化负载的一端，变压器T1的次级绕组的另一端连接在六号二极管D6的阴极，六号二极管D6的阳极同时连接在微弧氧化电源1-2的负极与微弧氧化负载的另一端。
权利要求
1.微弧氧化负载阻抗谱在线测试方法，其特征在于，该方法是在现有微弧氧化电源上叠加变频的正弦交流扰动信号，然后在微弧氧化电源连接负载工作的过程中，在线实时检测负载的供电电源的电压信号和供电电源的电流信号，进而通过所述电压信号和电流信号获得微弧氧化电源在带负载工作过程中的负载阻抗谱。
2.根据权利要求I所述的微弧氧化负载阻抗谱在线测试方法，其特征在于，所述微弧氧化电源采用电压型微弧氧化电源，采用正弦交流扰动电压信号电路在微弧氧化电源上叠加变频的正弦交流扰动信号。
3.根据权利要求I所述的微弧氧化负载阻抗谱在线测试方法，其特征在于，所述微弧氧化电源采用电流型微弧氧化电源，采用正弦交流扰动电流信号电路在微弧氧化电源上叠加变频的正弦交流扰动信号。
4.实现权利要求I所述的微弧氧化负载阻抗谱在线测试方法的在线测试系统，其特征是，它由叠加扰动信号的微弧氧化电源(I)、电压检测电路(2)、电流检测电路(3)和微弧氧化负载组成，微弧氧化电源(I)的电源输出端连接微弧氧化负载的供电输入端，电压检测电路(2)并联在叠加扰动信号的微弧氧化电源(I)与微弧氧化负载之间，用于测量微弧氧化负载的供电电源的电压信号，电流检测电路(3)用于测量微弧氧化负载的供电电源的电流信号；叠加扰动信号的微弧氧化电源⑴由正弦交流扰动信号电路(ι-i)和微弧氧化电源(1-2)组成，正弦交流扰动信号电路(1-1)的输出端连接在微弧氧化电源(1-2)的扰动信号输入端。
5.根据权利要求4所述微弧氧化负载阻抗谱在线测试系统，其特征在于，微弧氧化电源(1-2)采用电压型微弧氧化电源，正弦交流扰动信号电路(1-1)采用正弦交流扰动电压信号电路。
6.根据权利要求5所述微弧氧化负载阻抗谱在线测试系统，其特征在于，正弦交流扰动信号电路(1-1)由直流电源(1-1-1)、一号开关管S1、二号开关管S2、三号开关管S3、四号开关管S4、一号电阻R1、二号电阻R2、三号电阻R3、四号电阻R4、一号电容C1、二号电容C2、三号电容C3、四号电容C4、五号电容C5、一号二极管D1、二号二极管D2、三号二极管D3、四号二极管D4、电感L1和变压器T1组成，直流电源(1-1-1)的正极同时连接在一号开关管S1的漏极、一号二极管D1的阴极、一号电容C1的一端、三号开关管S3的漏极、三号二极管D3的阴极和三号电容C3的一端,一号电容C1的另一端通过一号电阻R1同时连接在一号开关管S1的源极、一号二极管D1的阳极、电感L1的一端、二号开关管S2的漏极、二号二极管D2的阴极和二号电容C2的一端,二号电容C2的另一端连接在二号电阻R2的一端，电感L1的另一端同时连接在五号电容C5的一端、变压器T1初级的一端,三号电容C3的另一端通过三号电阻R3 同时连接在三号开关管S3的源极、三号二极管D3的阳极、四号开关管S4的漏极、四号二极管D4的阴极、四号电容C4的一端、五号电容C5的另一端和变压器T1初级的另一端，四号电容C4的另一端连接在四号电阻R4的一端，直流电源(1-1-1)的负极同时连接在二号开关管S2的源极、二号二极管D2的阳极、四号开关管S4的源极、四号二极管D4的阳极、二号电阻R2的另一端和四号电阻R4的另一端， 变压器T1的次级绕组的一端连接在微弧氧化电源(1-2)的正极，变压器T1的次级绕组的另一端连接在微弧氧化负载的一端，微弧氧化电源(1-2)的负极连接在微弧氧化负载的另一端；所述一号开关管S1、二号开关管S2、三号开关管S3和四号开关管S4均选用MOSFET或IGBT开关管。
7.根据权利要求6所述微弧氧化负载阻抗谱在线测试系统，其特征在于，微弧氧化电源(1-2)采用电流型微弧氧化电源，正弦交流扰动信号电路(1-1)采用正弦交流扰动电流信号电路。
8.根据权利要求7所述微弧氧化负载阻抗谱在线测试系统，其特征在于，正弦交流扰动信号电路(1-1)由直流电源(1-1-1)、一号开关管S1、二号开关管S2、三号开关管S3、四号开关管S4、一号电阻R1、二号电阻R2、三号电阻R3、四号电阻R4、一号电容C1、二号电容C2、三号电容C3、四号电容C4、一号二极管D1、二号二极管D2、三号二极管D3、四号二极管D4、五号二极管D5、六号二极管D6、电感L1和变压器T1组成，直流电源(1-1-1)的正极同时连接在一号开关管S1的漏极、一号二极管D1的阴极、一号电容C1的一端、三号开关管S3的漏极、三号二极管D3的阴极和三号电容C3的一端,一号电容C1的另一端通过一号电阻R1同时连接在一号开关管S1的源极、一号二极管D1的阳极、电感L1的一端、二号开关管S2的漏极、二号二极管D2的阴极和二号电容C2的一端,二号电容C2的另一端连接在二号电阻R2的一端，电感L1的另一端连接在变压器T1初级的一端，三号电容C3的另一端通过三号电阻R3同时连接在三号开关管S3的源极、三号二极管D3的阳极、四号开关管S4的漏极、四号二极管D4的阴极、四号电容C4的一端和变压器T1初级的另一端，四号电容C4的另一端连接在四号电阻 R4的一端，直流电源(1-1-1)的负极同时连接在二号开关管S2的源极、二号二极管D2的阳极、四号开关管S4的源极、四号二极管D4的阳极、二号电阻R2的另一端和四号电阻R4的另一端，变压器T1的次级绕组的一端连接在五号二极管D5的阳极，五号二极管D5的阴极同时连接在微弧氧化电源(1-2)的正极与微弧氧化负载的一端，变压器T1的次级绕组的另一端连接在六号二极管D6的阴极，六号二极管D6的阳极同时连接在微弧氧化电源(1-2)的负极与微弧氧化负载的另一端。
全文摘要
微弧氧化负载阻抗谱在线测试方法及实现该方法的在线测试系统，涉及微弧氧化负载阻抗谱的测试方法，它为了解决现有电化学阻抗谱法难以描述膜层在强烈的电化学反应下生长时的特性的问题。本发明所述的微弧氧化负载阻抗谱在线测试方法是在现有微弧氧化电源上叠加变频的正弦交流扰动信号，在线实时检测负载的电压信号和电流信号，进而通过所述电压信号和电流信号获得微弧氧化电源在带负载工作过程中的负载阻抗谱。实现微弧氧化负载阻抗谱在线测试方法的系统，它由叠加扰动信号的微弧氧化电源、电压检测电路、电流检测电路和微弧氧化负载组成，通过电压信号与电流信号的幅频和相频得到负载阻抗谱。本发明适用于微弧氧化负载阻抗谱在线测试领域。
文档编号G01R27/14GK102621391SQ20121008020
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月23日 优先权日2012年3月23日
发明者刘宏洋, 刘晓芳, 杨世彦, 杨威, 韩基业 申请人:哈尔滨工业大学