一种阻抗快速比较测量方法及测量电路技术

本发明专利技术为一种阻抗快速比较测量方法及测量电路。该方法基于传统的交流电桥技术，采用两路任意信号发生器作为两路串联数字源，实现任意矢量电压比率。两个串联的被比较阻抗与两路数字源构成一个四臂电桥。本发明专利技术还提出一种自动虚地方法，实现被比较阻抗中心点自动虚地电位，大大降低对数字源调节细度的要求。利用同步差分采样技术，可实现被比较阻抗比率的快速、精密测量，从而实现任意被测阻抗到参考标准阻抗的快速量值溯源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计量测试
，涉及电学交流阻抗精密测量的一种数字比较测量方法及测量电路，尤其涉及能够实现任意阻抗比、提高测量精度的自动虚地方法。
技术介绍
在正弦稳态下，线性时不变二端电路的以向量表示的电压相量与电流相量之比，即在电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。三个基本阻抗量为交流电阻、电容和电感。阻抗常用Z表示，即复数阻抗的简称，其实部称为电阻，虚部称为电抗。电抗中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗，电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗。交流阻抗测量是电气测量技术的一个重要部分。通过被测阻抗与参考阻抗的比较(差值)测量，可快速准确地获得被测阻抗量值。电压矢量比法是比较常用的一种阻抗比较测量方法，在数字电桥(LCR测量仪)中被广泛应用。数字技术的发展使得电压矢量比法在现代阻抗测量仪器获得普遍应用。为实现高精度的交流阻抗比较测量，需仔细考虑测量线路接地及屏蔽设计。但常规电压矢量比较法存在虚地电位不完善、存在泄露电流、采样测量精度不高等缺点。测量精度都在0.02％及以下。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提出一种可实现任意阻抗比的阻抗比较测量方法。该方法基于传统的交流电桥技术，采用两路任意信号发生器作为两路串联数字源，实现任意矢量电压比率。两个串联的被比较阻抗与两路数字源构成一个四臂电桥。提出一种自动虚地方法，实现被比较阻抗中心点自动虚地电位，大大降低对数字源调节细度的要求。利用差分同步采样技术，可实现被比较阻抗比率的快速、精密测量，从而实现任意被测阻抗到参考标准阻抗的快速量值溯源。根据本专利技术的一个方面，提供一种阻抗快速比较测量方法，该方法包括以下步骤：采用信号发生数字源U1和U2，公共端相串联且公共端接地电位；被比较阻抗Z1和Z2串联后与信号发生数字源U1和U2并联；通过放大器A放大阻抗Z1和Z2中心点o的电位，再通过变压器T1将信号反向注入信号发生数字源U1或U2的输出端；通过双通道同步差分数字采样，消除阻抗Z1和Z2低端Lp1和Lp2中间的阻抗中心引线影响，并实现被比较阻抗Z1和Z2上电压比率的准确测量。进一步地，采用数字采样器ADC0和ADC1。进一步地，在双通道同步差分数字采样线路中，两个阻抗Z1和Z2的输出低端Lp1和Lp2引线串接高精度跟随器F1和F2。进一步地，由信号发生数字源U1和U2和被比较阻抗Z1和Z2所形成的电路中，阻抗Z1和Z2高端加入扼流圈C1和C2。进一步地，信号发生数字源U1和U2与数字采样器ADC0和ADC1之间，通过仪器总线进行信号同步和采样触发，实现同步数字信号采样。进一步地，变压器T1变比设置为任意比n:1，其中n>1。进一步地，变压器T1变比设置为10:1。根据本专利技术的另一个方面，提供一种阻抗快速比较测量电路，该电路包括：信号发生数字源U1和U2，公共端相串联且公共端接地电位；被比较阻抗Z1和Z2串联后与信号发生数字源U1和U2并联；放大器A连接至阻抗Z1和Z2中心点o，变压器T1与放大器A连接将信号反向注入信号发生数字源U1或U2的输出端；两个双通道同步差分数字采样模块分别连接至阻抗Z1和Z2两端。进一步地，两个阻抗Z1和Z2的输出低端Lp1和Lp2引线串接高精度跟随器F1和F2。进一步地，在信号发生数字源U1和U2和被比较阻抗Z1和Z2所形成的电路中，在阻抗Z1和Z2串联扼流圈C1和C2。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：区别于常规电压矢量比测量方法，本专利技术提出的自动虚地电位获取方法和差分同步采样线路，原理上不影响阻抗比测量，阻抗比测量精度仅由采样器测量精度决定。可实现准确快速的交流阻抗测定。附图说明通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1显示了电压矢量比法测量阻抗的原理图。图2显示了一种可实现任意阻抗比的阻抗比较测量的原理图。图3显示了组合跟随器电路图。图4显示了2路差分采样器原理图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。下面结合附图详细说明本专利技术技术方案中所涉及的各个细节问题对本专利技术进行阐述。应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。传统的电压矢量比法是常用的一种阻抗比较测量方法，原理图如图1所示。通过运用运算放大器的高开环增益设置a点的虚地电位，并保证流过参考阻抗ZO和被测阻抗ZX的电流相等，由下面公式可以求出被测阻抗ZX。 V X · Z X = V O · R O ⇒ Z X V X · R O V O · = R O [ Re V X · V O · + Im V X · V O · ] - - - ( 1 ) ]]>在精密交流测量中，屏蔽防护非常重要。上述电压矢量比较法存在虚地电位不完善、存在泄露电流、采样测量精度不高等缺点。图1中运算放大器A0的放大倍数限制了虚地电位精度，另外运算放大器A0输入端和输出端之间的等效电容并联在被测阻抗ZX上，存在电流泄漏，测量精度受到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻抗快速比较测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：采用信号发生数字源U1和U2，公共端相串联且公共端接地电位；被比较阻抗Z1和Z2串联后与信号发生数字源U1和U2并联；通过放大器A放大阻抗Z1和Z2中心点o的电位，再通过变压器T1将信号反向注入信号发生数字源U1或U2的输出端；通过双通道同步差分数字采样，消除阻抗Z1和Z2低端Lp1和Lp2中间的阻抗中心引线影响，并实现被比较阻抗Z1和Z2上电压比率的准确测量。

【技术特征摘要】
1.一种阻抗快速比较测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：采用信号发生数字源U1和U2，公共端相串联且公共端接地电位；被比较阻抗Z1和Z2串联后与信号发生数字源U1和U2并联；通过放大器A放大阻抗Z1和Z2中心点o的电位，再通过变压器T1将信号反向注入信号发生数字源U1或U2的输出端；通过双通道同步差分数字采样，消除阻抗Z1和Z2低端Lp1和Lp2中间的阻抗中心引线影响，并实现被比较阻抗Z1和Z2上电压比率的准确测量。2.如权利要求1所述的方法，在双通道同步差分数字采样线路中，采用数字采样器ADC0和ADC1。3.如权利要求1所述的方法，在双通道同步差分数字采样线路中，两个阻抗Z1和Z2的输出低端Lp1和Lp2引线串接高精度跟随器F1和F2。4.如权利要求1所述的方法，由信号发生数字源U1和U2和被比较阻抗Z1和Z2所形成的电路中，阻抗Z1和Z2高端加入扼流圈C1和C2。5.权利要求2所述方法，信号发生数字源U1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雁，陆文骏，黄璐，王维，陆祖良，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11