扫描电化学显微镜控制及数据处理软件的研究

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1、山东大学硕士学位论文扫描电化学显微镜控制及数据处理软件的研究姓名：崔蕾申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：张玉林20070508山东大学硕士学位论文摘要扫描电化学显微镜(ScanningE1ectroChemicalMicroscopy。简称SECM)是80年代末由A．J．Bard提出并迅速发展起来的一种新型扫描探针显微镜，弥补了扫描隧道显微镜不能提供电化学信息的不足，在化学、生物领域得到了广泛应用。SECM基于电化学原理工作，可测量微区内物质氧化或还原所给出的电化学电流，电流值经采

2、集、数据处理后以图形图像等形式反映微区内电化学活性分布情况。cHl900扫描电化学显微镜自带的CHl900软件不能直接将扫描电流值转换为更直观的形式一一三维图形，以前的做法是将得到的二维扫描图像导入Origin环境中实现三维图形的转换，但是该方法得到的三维图形效果不好(有网格存在)，并且无法实现图形的截取。扫描过程中由于实验工作环境等因素的影响，得到的扫描曲线和图像常含有噪音，CHl900软件不能根据得到的实验曲线和图像的不同特点进行相应的处理。针对CHl900软件的上述缺点，本论文提出了改进，设计

3、了一套上位机软件完成数据处理以及对SECM进行控制，其主要特点也是本文的创新点如下：(1)采用Matlab和Visualc++6．0(以下简称VC)混合编程。由于Matlab软件有强大的数据处理功能，在图形图像显示、处理方面实现起来简单、灵活，Vc采用面向对象技术编程，提供良好的人机界面，执行速度快，因此本文将二者相结合，充分发挥二者的优势，采用Matlab和Vc混合编程来设计上位机软件，代码简单，易于实现，提高了开发效率，图形图像处理效果较好。(2)实时将实验数据转换为三维图形。三维图形能更直观地

4、反映被扫描基底的电化学活性分‘靠，本文通过Matlab和Vc混合编程能实时完成该转换，并且可以很方便地利用Matlab环境中的图形缩放、旋转等功能对三维图形进行优化．(3)采用小波变换等方法处理实验曲线和图像。由于小波变换具有良好的时频特性，已成为信号处理的强有力的工具，因此本文采用小波变换对实验曲线和扫描图像进行降噪处理，如果扫描的图像在实验过程中带有亮细节，则采用数学形态学和小波变换相结合进行图像降噪，有较好的降噪效果。本文设计的上位机软件利用VC构造良好的人机交互界面、实时采集实验数据、发送命

5、令参数、接收应答信号等；采用Vc调用Matlab引擎的方法进行图形图像的显示与处理。其不仅能对SECM实验进行有效实时控制，而且有较好的数据处理效果。关键词：扫描电化学显微镜：混合编程；小波变换；数学形态学ABSTRACTScanningelectrochemicalmicroscopy，proposedbyA．J．Bardinthelate1980’Sanddevelopedquickly，isanewtypeofscanningprobemicroscopy．Itmakesuptheshortc

6、omingsofscanningtunnelingmicroscopywhichcannotsupplyelectrochemicalinformation，therefore，itisappliedwidelyinthefieldsofbothchemistryandbiology．Basedontheprinciplesofelectrochemistry，scanningelectrochemicalmicroscopyiscapableofdetectingtheelectrochemica

7、lcurrentattheprobeastheprobeisscannedacrossthetinnyareaofsubstratesurfacewheretheoxidationorreductionoccurs．Thecurrentiscollectedandrefleetedintheformofgraphicsandimageselectrochemicalactivitysubstratetopographythatatthecontaininformationsubstratesurfa

8、ceaswellaboutastheTheCHl900softwareofscanningelectrochemicalmicroscopycannotconvertthescannedcurrentintoamoreintuitionalform．thatis，three·dimensionalgraphics．Toimplementtheconversion，inthepast，wehadtoshifttheplanarimageintoOriginsoftwar