Három jelző, három külön kérdés
Egy sima Nyquist-görbe még nem bizonyítja a mérés érvényességét. Az EC-Lab minőségjelzői a válaszjel különböző összetevőit vizsgálják:
- THD — Total Harmonic Distortion: az alapharmonikus egész számú többszörösein megjelenő összetevők relatív nagysága; a linearitás ellenőrzését segíti.
- NSD — Non-Stationary Distortion: a beállási folyamat és az időbeli változás hatására érzékeny.
- NSR — Noise-to-Signal Ratio: a jelhez viszonyított zajt jellemzi, a THD-hez és NSD-hez rendelt frekvenciák elkülönítésével.
Az áram- és feszültségjel mutatói külön is számítanak. BioLogic AN64: a minőségjelzők definíciói.
Számítsunk ki egy THD-értéket
Saját oktatási példánkban egy mesterséges feszültségjel alapharmonikusa 10 mV amplitúdójú. A második harmonikus 0,3 mV, a harmadik 0,4 mV; a további harmonikusok amplitúdója nulla. Ugyanazt az amplitúdódefiníciót használjuk minden összetevőre.
A harmonikus amplitúdók négyzetösszegének gyöke:
√(0,3² + 0,4²) = 0,5 mV.
Az alapharmonikushoz viszonyítva ez 100 × 0,5 / 10 = 5% THD. A képletben a harmonikusok nem egyszerűen összeadódnak: a 0,3 + 0,4 = 0,7 mV használata tévesen 7%-ot adna.
A borítóábra ezt a mesterséges spektrumot mutatja logaritmikus amplitúdótengellyel. A frekvenciák f, 2f és 3f; a példa nem egy konkrét műszer mérése. A 10 mV itt a vizsgált válaszjel alapharmonikusának amplitúdója, nem javasolt gerjesztési beállítás. Az alkalmazott THD-képlet forrása: AN64.
Ha mindhárom amplitúdót megkétszerezzük, az arány változatlanul 5%. Ez a normalizálás következménye, nem annak állítása, hogy egy valódi cella a gerjesztés növelésekor így viselkedik.
Az 5% nem általános elfogadási határ
A BioLogic az 5%-ot gyakorlati irányszámként tárgyalja; az elfogadhatóság rendszer- és frekvenciafüggő. Az amplitúdó csökkentése segítheti a lineáris viselkedést, de ronthatja a jel–zaj viszonyt. Ezért a THD-t, NSD-t és NSR-t együtt, a frekvencia függvényében érdemes vizsgálni. Gyártói útmutató az EIS megbízhatóságáról.
Szerkesztői következtetés: az „összes mutató 5% alatt van” feltételből nem következik, hogy a cellabekötés helyes, a műszer az adott impedancián kellően pontos, vagy az illesztett fizikai modell megfelelő. Az adatminőség és a modell értelmezhetősége külön ellenőrzést igényel.
Miért fontos a kisfrekvenciás mérési idő?
Az NSD megemelkedhet akkor is, ha a minta még beáll, és akkor is, ha a tulajdonságai folyamatosan változnak. Az ismételt spektrumok és a mért időfüggés segíthetnek megkülönböztetni ezeket. A driftkorrekció alkalmazhatóságát a konkrét változáshoz kell megvizsgálni. BioLogic: időben változó rendszerek EIS-mérése.
Saját időskála-példa: 10 mHz-en egy periódus 100 s; három periódus 300 s. Ha a DC-potenciál ezalatt 0,02 mV/s sebességgel változik, az összes eltolódás 6 mV. Ez önmagában nem NSD-számítás: a mutató a spektrális összetevőkből készül. A példa azt mutatja, miért érdemes a hosszú mérés alatt a munkapontot is követni.
Javasolt ellenőrzési sorrend
Az alábbi munkamenet szerkesztői javaslat; a konkrét beállításokat a mintához kell igazítani.
- Rögzítse a kiindulási állapotot. Cella, elektródák, hőmérséklet, DC-munkapont, áram- és feszültségtartomány, szoftververzió.
- Nézze meg az időfüggést. Jegyezze fel a várakozást és azt, mennyit változik a minta a spektrum alatt.
- Hasonlítson össze gerjesztési amplitúdókat. Más feltételeket tartson azonosan; ellenőrizze, hogy az ismétlések alatt a minta nem változott-e meg.
- Vizsgálja együtt a mutatókat és a spektrumot. Jelölje meg a problémás frekvenciákat, ne csak egy átlagértéket mentsen el.
- Ismételjen meg egy indokolt változtatást. A beavatkozás és az eredmény legyen visszakövethető.
- Csak ezután illesszen. A kizárt pontokat és a kizárás okát dokumentálja; az eredeti adatokat őrizze meg.
Mit küldjön szakmai egyeztetésre?
A nyers mérési fájl mellett a DC-időfüggést, a THD/NSD/NSR görbéket, a beállításokat és a cellabekötés leírását is érdemes előkészíteni. Írja le, melyik frekvencián milyen eltérést lát, és milyen változtatás után mi történt.
Az EIS alapútmutató a spektrum értelmezéséhez, az EC-Lab oldala a szoftveres munkához ad kiindulópontot. Műszer- és konfigurációs kérdésben a magyar képviselettel egyeztethet; a dokumentumtárban az eredeti gyártói jegyzetek is elérhetők.
Az ellenőrzött adatok kiértékeléséhez az EIS-illesztési útmutató ad modellválasztási és ellenőrzési szempontokat.
