【分享】电化学噪声的分析原理和测量

噪声功率密度谱是频域图谱，表示噪声与频率的关系，即噪声频率分量的振幅随频率变化的曲线。噪声功率密度谱易于解析和分析规律性。
由电化学噪声的时域图谱变换为频域图谱是通过快速傅立叶变换(FFT)实现的。若恒电位控制，则通过FFT得到电压自功率密度谱为：
P(E) = E(w).E*(w)
电流互动功率密度谱为：
P(I) = I(w).E*(w)
式中，E(w) – 施加电位的频域谱；
E*(w) – 施加电位的频域谱的复数共轭值；
I(w) – 响应电流的频域谱。

logP为功率密度(PDS)的对数，通过噪声的功率密度谱(即功率密度随频率的变化)，通常以PDS – logf作图，可以得到表征局部腐蚀的主要参数fc。从电化学噪声功率谱分析，所测噪声均为1/fn噪声，即噪声功率密度logP与logf成直线关系，斜率为n。功率谱的主要参数fc的表示如图9-8所示。图中纵坐标PDS，单位为dBV/ÖHz。横坐标为频率，单位为Hz。
在一定频率以上，功率密度PDS降到最小值(-50)，此时的相应频率表示为fc。以fc的数值表示噪声的频率范围，可以通过fc的值来判断局部腐蚀过程中的一些规律。fc的大小与噪声波波动的速度有关。波动速度越快，fc越大。

电化学噪声的测量
电化学噪声的测量系统分为两大类，即恒电流方法和恒电位方法。
恒电流条件下测量电化学噪声比较简单，特别是在自腐蚀电位时更为简便。图9-9为测量装置示意图。
将试验系统置于屏蔽盒中，以消除外界电磁场的干扰。恒电流控制通常采用直流电池与大电阻组成的经典恒电流电路，参考电极R1用来测量腐蚀金属电极(W)的电化学噪声谱，参考电极R2用于检测腐蚀电极的电位。从R1输出的电化学噪声信号经低噪声前置放大器放大后输入FFT频谱分析仪，连续测量和存储腐蚀电极的噪声电压谱，噪声功率谱，同时绘图仪画出所测结果。
恒电流条件下也可采用双通道频谱分析仪，图9-10为测量装置原理框图。其特点是用两个参考电极同时测量噪声信号，经低噪声前置放大后输入FFT分析仪。通过互相关技术能够消除只用一个参考电极时具有的各种寄生干扰。然后借助于双通道频谱分析仪，可得到电压噪声的互功率密度谱。

恒电压条件下的电化学噪声测量，其电位的控制是由恒电位仪实现的。图9-11为测量装置示意框图。测量的关键是必须选用低噪声恒电位仪(一般为直流供电)。使用双参比电极，其中一个作为检测电位用。采用双通道频谱分析仪存储和显示被测腐蚀体系电极电位和响应电流的自相关噪声谱以及它们的互相关功率谱。通过电流互功率谱可以从响应于电极电位的电流信号中辨别出由电极特征参数的随机波动所引起的噪声信号。这样有利于消除仪器的附加噪声。

电化学噪声测量的关键装置是频谱分析仪，它具备FFT的数学处理功能，能自动完成噪声时间谱，频率谱和功率密度谱的显示，存储和测量。