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    基于自由軸法的智能RLC測(cè)量?jī)x研究

    2015-06-07 03:06:31錢(qián)瑩晶張仁民
    儀表技術(shù)與傳感器 2015年8期
    關(guān)鍵詞:差分基準(zhǔn)元件

    錢(qián)瑩晶,張仁民

    (懷化學(xué)院物理與信息工程系,湖南懷化 418008)

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    基于自由軸法的智能RLC測(cè)量?jī)x研究

    錢(qián)瑩晶,張仁民

    (懷化學(xué)院物理與信息工程系,湖南懷化 418008)

    為解決電阻R、電容C、電感L元件參數(shù)測(cè)量過(guò)程中自動(dòng)換檔、類(lèi)型識(shí)別和測(cè)量精度問(wèn)題,提出一種改進(jìn)的自由軸法智能RLC測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)方法。在方法上,使用自由軸法解決固定軸法中所要求的測(cè)量電路激勵(lì)信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)具有固定相位關(guān)系的問(wèn)題;采用脈沖積分鑒相法解決乘法鑒相法中直流電平易漂移的難題。在電路實(shí)現(xiàn)上,測(cè)量電路采用8級(jí)基準(zhǔn)參考電阻、差分儀表放大等改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)提高測(cè)量精度;脈沖積分鑒相采用模擬開(kāi)關(guān)正交鑒相、差分提取投影標(biāo)量提高電路性能。實(shí)測(cè)結(jié)果表明:該RLC測(cè)量?jī)x結(jié)合自適應(yīng)換檔算法,能實(shí)現(xiàn)量程內(nèi)各種元件參數(shù)測(cè)量的自動(dòng)換檔、元件屬性自動(dòng)識(shí)別,電阻測(cè)量范圍10 Ω~1 MΩ內(nèi),精度0.5%;電容測(cè)量范圍50 pF~470 μF內(nèi),精度2%;電感測(cè)量范圍50 μH~10 mH內(nèi),精度5%。

    RLC測(cè)量;自由軸法;脈沖積分鑒相

    0 引言

    阻抗及元件參數(shù)(電阻R、電感L、電容C)的測(cè)量廣泛應(yīng)用于復(fù)阻抗測(cè)量[1]、生物醫(yī)學(xué)阻抗分析[2]、磁體分析設(shè)計(jì)[3]等領(lǐng)域。常見(jiàn)的測(cè)量方法有電橋法、諧振法及伏安法。電橋法能獲得較高的測(cè)量精度,但因需要通過(guò)反復(fù)調(diào)節(jié)電橋平衡,因而測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)、過(guò)程較為繁瑣,很難實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)測(cè)量。諧振法利用諧振回路的諧振特性而建立的測(cè)量方法,但要求有較高頻率的激勵(lì)信號(hào),精度不如電橋法,而且也很難實(shí)現(xiàn)智能測(cè)量[4]。

    伏安法有固定軸法和自由軸法2種。固定軸法要求鑒相器的相位參考基準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)阻抗電壓的相位嚴(yán)格一致,由于鑒相器的相位參考基準(zhǔn)代表著坐標(biāo)軸的方向,所以固定軸法要求坐標(biāo)軸是確定的。因此存在硬件電路復(fù)雜、調(diào)試?yán)щy、可靠性低和存在同相誤差等問(wèn)題,已很少使用[5-6]。自由軸法中鑒相器的相位參考基準(zhǔn)可任意選擇,只需要保證兩個(gè)坐標(biāo)軸準(zhǔn)確正交,從而使硬件電路得到簡(jiǎn)化[7]。常見(jiàn)的自由軸法有兩種鑒相方式,乘法鑒相方式和脈沖積分鑒相方式。乘法鑒相方式中由于鑒相器前端易出現(xiàn)直流漂移會(huì)導(dǎo)致鑒相精度較低問(wèn)題。本文在給出自由軸法數(shù)學(xué)證明和從時(shí)域上證明差分脈沖積分鑒相電路模型的基礎(chǔ)上,提出了一種能提高測(cè)量精度的差分測(cè)量電路和差分脈沖積分鑒相電路。該種方法和電路既可以用于阻抗測(cè)量又可以用于元件參數(shù)測(cè)量。

    1 智能RLC測(cè)量?jī)x系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    1.1 測(cè)量原理

    1.1.1 矢量自由軸法

    (1)

    圖1 測(cè)量原理圖

    (2)

    圖2 自由軸法相量圖

    由圖可知,Zx完全由兩相量極徑和二者間夾角決定,而坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)(即自由軸)并不改變兩向量的極徑和夾角。因此,只要保證在測(cè)量上式分子分母時(shí)是在同一直角坐標(biāo)系即可。式(2)進(jìn)一步寫(xiě)為

    (3)

    1.1.2 脈沖積分鑒相法

    獲取式(1)中分子分母中實(shí)部和虛部(同相分量和正交分量)的方法有模擬鑒相法、數(shù)字DA乘法鑒相和脈沖鑒相法。采用前2種乘法鑒相方法由于鑒相前端的直流易產(chǎn)生漂移,在乘法器中直流也會(huì)產(chǎn)生漂移,造成噪聲的處理和濾波復(fù)雜。在此采用一種改進(jìn)的脈沖積分鑒相法,其原理如圖3所示。

    圖3 脈沖積分鑒相原理圖

    測(cè)量實(shí)部時(shí),用I路方波對(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行脈沖積分鑒相。I路脈沖方波控制兩個(gè)開(kāi)關(guān)方向,開(kāi)關(guān)后的電阻電容構(gòu)成兩個(gè)上下并列的低通濾波器。以上面一條脈沖積分支路為例,其輸出為

    (4)

    類(lèi)似的

    (5)

    I路終輸出取二者的之差,所以為

    (6)

    測(cè)量虛部時(shí),用Q路方波對(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行脈沖積分鑒相。同樣可以得到

    (7)

    去掉負(fù)號(hào)則

    (8)

    同樣可以得到待測(cè)元件上的脈沖積分鑒相結(jié)果

    (9)

    將式(7)~式(9)代入式(1)中得到的結(jié)果與式(3)完全相同,這說(shuō)明采用該種脈沖積分鑒相的方法是正確的。

    1.1.3 計(jì)算方法

    與待測(cè)阻抗Zx相關(guān)的UIx、UQx、UIr、UQr4個(gè)量均為標(biāo)量,可以經(jīng)過(guò)ADC進(jìn)行采集分別對(duì)應(yīng)NIx、NQx、NIr、NQr。將ADC采集的這4個(gè)數(shù)字量與4個(gè)電壓物理量對(duì)應(yīng),可建立測(cè)量RLC參數(shù)的數(shù)學(xué)模型如下:

    (10)

    式中e為A/D轉(zhuǎn)換器的刻度系數(shù)。

    所以

    (11)

    通過(guò)ADC采集到NIx、NQx、NIr、NQr4個(gè)量,利用該式即可計(jì)算出待測(cè)元件的阻抗,根據(jù)計(jì)算出的阻抗虛實(shí)關(guān)系可以自動(dòng)判斷出元件的屬性和類(lèi)別,再根據(jù)電阻、電容和電感元件的阻抗公式即可算出元件的參數(shù)。

    1.2 系統(tǒng)組成

    根據(jù)上述原理,設(shè)計(jì)出如圖4所示的RLC測(cè)量?jī)x系統(tǒng)。該系統(tǒng)由中央處理器、正交信號(hào)發(fā)生器、正弦波發(fā)生器、前端測(cè)量電路、選擇放大電路、相敏檢波電路和采集調(diào)理電路等模塊組成。中央處理器產(chǎn)生3組相應(yīng)測(cè)試頻點(diǎn)的方波信號(hào)經(jīng)正交信號(hào)發(fā)生器分頻移位后得到2個(gè)相互正交的方波信號(hào);該方波信號(hào)一方面直接進(jìn)入相敏檢波電路,另一方面其中的0°同相支路信號(hào)進(jìn)入正弦波發(fā)生器經(jīng)濾波后作為前端測(cè)量電路的正弦激勵(lì);正弦激勵(lì)在前端測(cè)量電路中的待測(cè)網(wǎng)絡(luò)和基準(zhǔn)電阻形成響應(yīng),該響應(yīng)經(jīng)選擇放大后在中央控制器的控制下分別與正交方波信號(hào)的同相分量與正交分量信號(hào)在相敏檢波電路中進(jìn)行鑒相,得到待測(cè)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)分量和基準(zhǔn)電阻參數(shù)分量;這4個(gè)分量經(jīng)ADC采集后送入中央處理器中進(jìn)行計(jì)算,最終得到待測(cè)元件的阻抗值。

    圖4 RLC測(cè)量?jī)x系統(tǒng)組成框圖

    2 硬件設(shè)計(jì)

    正交信號(hào)發(fā)生器用于產(chǎn)生相敏檢波時(shí)需要的正交信號(hào),該正交信號(hào)的頻率為3個(gè)測(cè)試頻點(diǎn)需要的100 Hz、1 kHz和10 kHz。由MSP430G2553單片機(jī)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)測(cè)試頻點(diǎn)的頻率為10 kHz、100 kHz和1 MHz的方波信號(hào)SinClk;SinClk經(jīng)過(guò)多次分頻和移位后輸出相位相差90°的正交方波信號(hào)[8]。

    正弦波發(fā)生器用于產(chǎn)生前端測(cè)量電路需要的正弦激勵(lì)信號(hào),該正弦信號(hào)的頻率為三個(gè)測(cè)試頻點(diǎn)需要的100 Hz、1 kHz和10 kHz。

    系統(tǒng)中的核心硬件主要包括前端測(cè)量電路、選擇放大電路、相敏檢波電路和ADC轉(zhuǎn)換電路。下面重點(diǎn)介紹這幾個(gè)模塊電路的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)。

    2.1 前端測(cè)量電路

    I/V轉(zhuǎn)換器由待測(cè)元件Zx、TL081運(yùn)放U17和經(jīng)CD4051模擬開(kāi)關(guān)U14選通的基準(zhǔn)電阻Zr組成,構(gòu)成反相比例運(yùn)算電路(參見(jiàn)圖1)。由正弦波信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)V_RLC通過(guò)待測(cè)元件Zx加到反相比例運(yùn)算電路運(yùn)放的反相輸入端,經(jīng)CD4051模擬開(kāi)關(guān)U14從8個(gè)基準(zhǔn)電阻中選擇出的電阻跨接在運(yùn)放的反饋通路上。

    差分放大器有2個(gè)作用:一是將I/V轉(zhuǎn)換器的輸出高品質(zhì)放大以便后級(jí)的選擇放大電路進(jìn)行常規(guī)放大;二是解決沒(méi)有共地的問(wèn)題。差分放大器有2組,分別是用于放大待測(cè)元件電壓信號(hào)的INA128運(yùn)放U11和用于放大基準(zhǔn)電阻Zr電壓信號(hào)的INA128運(yùn)放U12,二者工整對(duì)稱(chēng)。這些差分放大器選擇采用集成儀表運(yùn)放INA128可以使測(cè)量精度得到明顯提高。當(dāng)Ref引腳接地時(shí),輸出電壓為

    Vo=(Vin3-Vin2)·(1+50/Rg)

    (12)

    此處Rg為10 kΩ精密電阻,所以?xún)x表差放輸出放大6倍。而運(yùn)放供電電壓為±5 V,所以輸入電壓V_RLC不得大于1.5 V,但此電壓還不能作為最終的輸入電壓,后面還有其他因素要考慮。

    基準(zhǔn)電阻選擇網(wǎng)絡(luò)由8個(gè)基準(zhǔn)電阻和選通開(kāi)關(guān)組成。這八檔基準(zhǔn)電阻分別為33.3 Ω、100 Ω、500 Ω、2.2 kΩ、10 kΩ、50 kΩ、220 kΩ和680 kΩ,除了33.3 Ω檔外其他每檔相差5倍左右關(guān)系,每檔電阻測(cè)量范圍為其阻值的40%到250%,這樣任何被測(cè)元件都能選擇到跟其阻抗最接近的檔位上,測(cè)量精度更高。選通開(kāi)關(guān)雖然可以用撥碼開(kāi)關(guān)或者繼電器切換檔位,但前者不能做到自動(dòng)換檔,而繼電器的則由于工作電流過(guò)大、體積龐大無(wú)法實(shí)現(xiàn)便攜式,故本系統(tǒng)采用模擬開(kāi)關(guān)CD4051。CD4051為單8通道數(shù)字模擬開(kāi)關(guān),可以進(jìn)行8個(gè)檔位的選擇。

    需要說(shuō)明的是,此系統(tǒng)中有2個(gè)模擬開(kāi)關(guān)U13和U14。二者雖然輸入端口均接在一起,但輸出信號(hào)連接完全不同,其作用也不同。U13是將對(duì)應(yīng)檔位基準(zhǔn)電阻上的電壓送入儀表運(yùn)放進(jìn)行放大,而U14用于選擇不同檔位的基準(zhǔn)電阻連接在I/V轉(zhuǎn)換器運(yùn)放的反饋通路上。這樣做的目的是考慮到模擬開(kāi)關(guān)雖然導(dǎo)通內(nèi)阻較小,但是畢竟存在,特別是當(dāng)參考基準(zhǔn)電阻較小時(shí)其內(nèi)阻上的分壓對(duì)測(cè)量影響較大??梢钥闯觯琔14的內(nèi)阻與基準(zhǔn)參考電阻串聯(lián)跨接在I/V轉(zhuǎn)換器運(yùn)放的反饋通路上,但其上的電壓并沒(méi)有被儀表運(yùn)放放大;而U13的內(nèi)阻雖然也是和基準(zhǔn)參考電阻串聯(lián)接至儀表運(yùn)放的反相輸入端,但由于運(yùn)放的輸入電阻很大,而R44為1 MΩ,所以流過(guò)模擬開(kāi)關(guān)U13的電流近似為0 mA,其上的壓降也為0 V。

    在此基礎(chǔ)上,可以進(jìn)一步考慮到輸入電壓V_RLC的大小。當(dāng)待測(cè)電阻為基準(zhǔn)電阻的40%時(shí),基準(zhǔn)電阻上的電壓為輸入電壓的2.5倍,再經(jīng)INA128放大6倍,共放大15倍,而運(yùn)放電源供電為±5 V,所以激勵(lì)信號(hào)大小為V_RLC≤10/15=0.66 V,考慮一定裕量,V_RLC取峰峰值0.6 V。

    2.2 選擇放大電路

    選擇放大電路用于選擇進(jìn)入相敏檢波器的信號(hào)(待測(cè)元件上的電壓或基準(zhǔn)參考電阻上的電壓)和進(jìn)一步選擇該信號(hào)的放大倍數(shù)。選擇放大電路如圖6所示,該電路由CD4053模擬開(kāi)關(guān)U15和OPA704運(yùn)放U16構(gòu)成。

    圖5 前端測(cè)量電路

    圖6 選擇放大電路

    模擬開(kāi)關(guān)aY引腳處的A信號(hào)和aX引腳處的B信號(hào)分別是前端測(cè)量電路的2路輸出。CD4053的A引腳用來(lái)從這2個(gè)信號(hào)中選擇其一進(jìn)入運(yùn)放OPA704進(jìn)行放大。引腳B則是選擇運(yùn)放OPA704的工作方式。當(dāng)B接地時(shí),bX連接到b,運(yùn)放工作在跟隨狀態(tài),不具備放大作用;而接高電平時(shí),bY連接到b,此時(shí)構(gòu)成同相輸入比例運(yùn)算電路,輸出電壓

    由于此處對(duì)放大倍數(shù)要求不高,所以只設(shè)置1倍和5倍兩個(gè)檔位。5倍放大檔位主要是針對(duì)小電阻和小電感的情況,而其他情況下不需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大,運(yùn)放直接作跟隨即可。

    2.3 相敏檢波與A/D采集調(diào)理電路

    相敏檢波器的作用是將待測(cè)元件或基準(zhǔn)電阻上的電壓相量用一組相互正交的參考相位信號(hào)進(jìn)行鑒相,其輸出為相量電壓的投影UIx、UQx或UIr、UQr。A/D采集調(diào)理電路則是將這組雙極性的投影信號(hào)調(diào)整成適合ADC進(jìn)行采集的正極性信號(hào),然后經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量NIx、NQx或NIr、NIx。如圖7所示,相敏檢波器由CD4053模擬開(kāi)關(guān)U4、TL081運(yùn)放U3或U7為核心的兩個(gè)并列的二階有源低通濾波器、TL081差分運(yùn)放U5組成;A/D采集調(diào)理電路由以TL081運(yùn)放U2為核心的直流基準(zhǔn)電壓電路、以TL081運(yùn)放U6為核心的求和電路組成。這部分電路是該系統(tǒng)的又一核心電路。

    圖7 相敏檢波與AD采集調(diào)理電路

    在相敏檢波電路中,P1端口處是選擇放大電路的輸出相量信號(hào),0_clk和90_clk是正交信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生的一組正交信號(hào),P3端口處是單片機(jī)的控制信號(hào),該控制信號(hào)用于選擇一個(gè)正交信號(hào)從模擬開(kāi)關(guān)的a引腳輸出進(jìn)入模擬開(kāi)關(guān)的B、C引腳,進(jìn)而得到相量信號(hào)某一個(gè)分量(同相分量或正交分量)的差分脈動(dòng)投影量。該差分脈動(dòng)投影量同時(shí)經(jīng)過(guò)上下兩路二階有源低通濾波器(U3和U7)濾波后變成直流量,該直流量再經(jīng)過(guò)差分運(yùn)放(U5)求差后即為脈沖鑒相的結(jié)果,也就是相量信號(hào)在坐標(biāo)軸的投影標(biāo)量。

    由于差分運(yùn)放輸出可能為正也可能為負(fù),但MSP430G2553單片機(jī)內(nèi)部ADC只能采集正值信號(hào),所以必須把相敏檢波后的信號(hào)進(jìn)行抬升至0 V以上。REF5030基準(zhǔn)源輸出3 V電壓,經(jīng)R1、R2分壓后得到1.78 V電壓信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)運(yùn)放TL081隔離跟隨后,再與相敏檢波輸出的直流投影標(biāo)量信號(hào)在同相加法器中求和,最后送入單片機(jī)內(nèi)部。A/D采集的信號(hào)為

    這樣,相敏檢波得到的實(shí)軸和虛軸上的投影信號(hào)均抬高了1.78V,所以A/D采集得到的電壓都要減去1.78V,這樣才是真實(shí)坐標(biāo)投影值。將相量運(yùn)算轉(zhuǎn)化為乘除法四則運(yùn)算,在單片機(jī)中做相應(yīng)的算術(shù)運(yùn)算后即可得到相關(guān)元件參數(shù)。

    3 軟件設(shè)計(jì)

    MSP430G2553單片機(jī)內(nèi)的軟件需要完成產(chǎn)生3個(gè)測(cè)試頻點(diǎn)所需要的相應(yīng)方波信號(hào)、發(fā)送控制字到模擬開(kāi)關(guān)、A/D數(shù)據(jù)采集、計(jì)算參數(shù)和協(xié)調(diào)控制各個(gè)模塊正常工作等工作任務(wù)。軟件主要包括主程序、系統(tǒng)時(shí)鐘子程序、波形產(chǎn)生子程序設(shè)計(jì)、測(cè)量狀態(tài)控制子程序、A/D采樣子程序設(shè)計(jì)、人機(jī)接口子程序。下面僅對(duì)主程序進(jìn)行說(shuō)明。

    系統(tǒng)主程序如圖8所示。MSP430G2553單片機(jī)內(nèi)部資源和測(cè)量檔位初始化后,利用單片機(jī)內(nèi)部A/D采樣待測(cè)元件和標(biāo)準(zhǔn)電阻在實(shí)軸和虛軸投影的分量,將采樣的數(shù)值量進(jìn)行四則運(yùn)算后算出Zx值。依據(jù)Zx值的范圍判別該元件是電阻R、電感L還是電容C,同時(shí)將此計(jì)算結(jié)果與當(dāng)前檔位比較判斷出當(dāng)前檔位是否為最佳精度檔位。如高于該檔位測(cè)量范圍,檔位數(shù)加1,如低于該檔位測(cè)量范圍,則檔位數(shù)減1。最后用低功耗的Nokia5110液晶分屏將電阻、電感、電容的測(cè)量值顯示出來(lái)。

    4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    將待測(cè)電阻、電容和電感先用高頻導(dǎo)納電橋(LCR-829)進(jìn)行測(cè)量得到R0、C0和L0,再用自制的RLC智能測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量得到R1、C1和L1,并計(jì)算出測(cè)量誤差,測(cè)量結(jié)果如表1所示。

    圖8 軟件流程圖

    R0/ΩR1/Ω誤差/%C0/pFC1/pF誤差/%L0/μHL1/μH誤差/% 10 100.00 47.1 470.2157593.511001000.00472.54720.1197961.037707710.13215021660.741231251.62510050990.0244280439740.693653533.2946400463780.0596800969300.136506391.694717004702000.322284002290320.289909751.516820006808000.18950000093900001.16440043660.77100300010053470.2344500000454300002.09819081690.26

    5 結(jié)論

    本文通過(guò)理論推導(dǎo)證明了自由軸法相位參考基準(zhǔn)投影軸可以任意選取,驗(yàn)證了脈沖積分鑒相法的數(shù)學(xué)模型及電路模型的正確性。這兩種方法在R、L、C測(cè)量中分別可以簡(jiǎn)化硬件和克服乘法鑒相中直流電平易漂移帶來(lái)的測(cè)量精度低等問(wèn)題。實(shí)測(cè)結(jié)果表明,改進(jìn)的測(cè)量電路提高了測(cè)量精度,采用模擬開(kāi)關(guān)正交鑒相、差分提取投影標(biāo)量的脈沖積分鑒相電路提高了性能。結(jié)合自適應(yīng)換檔算法,能實(shí)現(xiàn)量程內(nèi)各種元件參數(shù)測(cè)量的自動(dòng)換檔、元件屬性自動(dòng)識(shí)別,電阻測(cè)量范圍10 Ω~1 MΩ內(nèi),精度為0.5%;電容測(cè)量范圍50 pF~470 μF內(nèi),精度為2%;電感測(cè)量范圍50 μH~10 mH內(nèi),精度為5%。同時(shí),本系統(tǒng)在軟件上稍加修改即可用于網(wǎng)絡(luò)阻抗測(cè)試。具有較好的應(yīng)用價(jià)值和工程參考價(jià)值。

    [1] 李文強(qiáng),黃剛,楊錄.大量程全自動(dòng)阻抗測(cè)量?jī)x研究.儀器儀表學(xué)報(bào),2014,35(4):859-865.

    [2] 蘇密勇,譚永紅,王子民.用于顱內(nèi)壓監(jiān)護(hù)的多頻阻抗同步測(cè)試系統(tǒng).電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào),2014,28(6):637-643.

    [3] 謝劍鋒,黃瀾濤,張貝,等.基于數(shù)字鎖相的脈沖磁體阻抗測(cè)量系統(tǒng)的研究.儀表技術(shù)與傳感器,2013(7):99-101.

    [4] 黃利君,何蓉.基于數(shù)字鑒相的自由軸法RLC測(cè)量.現(xiàn)代電子技術(shù),2009(15):112-114.

    [5] 王選民,陳柘,黃利君.新型RLC測(cè)試儀設(shè)計(jì).西安科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011,31(3):371-375.

    [6] 王選民,張利川,黃利君.自由軸式RLC測(cè)量新方法及應(yīng)用.解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,12(6):577-581.

    [7] 郭建強(qiáng),寧小偉,高曉蓉,等.基于MSP430單片機(jī)的智能阻抗測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì).現(xiàn)代電子技術(shù),2012,35(12):182-185.

    [8] 李晨,曾國(guó)強(qiáng),葛良全.基于LM3S615的數(shù)字式LCR測(cè)量?jī)x.儀表技術(shù)與傳感器,2013(2):16-18.

    Research of Intelligent RLC Measuring Instrument Based on Free-axis Method

    QIAN Ying-jing,ZHANG Ren-min

    (Department of Physics and Information Engineering,Huaihua College,Huaihua 418008,China)

    In order to solve some problems in traditional RLC(resistance,capacitance and inductance) parameter measuring instrument,such as automatic shift,character recognition,measure precision and so on,an improved intelligent RLC measuring instrument using free-axis method was proposed.In free-axis method,the phase relation between excitation signal and reference signal was not restricted,which was absolutely different from the fixed-axis method.The pulse integrator phase detecting method was adopted to solve DC drift problem in multiplier phase detector.Higher accuracy was obtained in the measurement circuit by using 8 range reference resistors,difference instrumentation amplifier and the improved measurement structure.The circuit performance was improved in the pulse integrator phase detector,which was composed of analog switch detecting orthogonal phase and differential circuit extracting the projection coordinate.Experimental results show that the instrument combining adaptive algorithm can achieve automatic measurement and character recognition.Resistance measurement range is from 10 Ω to 1 MΩ,and the accuracy is 0.5%.The capacitance measurement range is from 50 pF to 470 μF,and the accuracy is 2%.The inductance measurement range is from 50 μH to 10 mH,and the accuracy is 5%.

    RLC measuring;free-axis method;pulse integrator phase detecting

    湖南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(12C0835);湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013GK3145)

    2014-11-16 收修改稿日期:2015-03-02

    TB551 TH73

    A

    1002-1841(2015)08-0036-05

    錢(qián)瑩晶(1983—),講師,碩士,主要研究方向?yàn)閷?shí)時(shí)信號(hào)處理、高性能電路。E-mail:equ123456@sina.com 張仁民(1981—),副教授,博士研究生,主要研究方向?yàn)閷?shí)時(shí)信號(hào)處理,嵌入式儀器儀表。E-mail:zrm@pku.edu.cn

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