高精度交流阻抗测试系统及其测试方法技术方案

本发明专利技术涉及一种高精度交流阻抗测试系统及其测试方法，包括电脑主板、外围设备、电源模块、矢量信号测试模块、程控高精度低失真度信号源和混频本振信号源、误差电流检测模块、程控平衡信号源。本发明专利技术综合运用了程控高精度低失真信号源、程控平衡信号源、不同频率选择不同的标准参考电阻、带有混频的矢量信号测试技术来进行测试，测试精度0.05％，测试频率范围10Hz‑130MHz，解决了现有技术中对各种元器件、固体材料、液体材料、气体材料等物体进行交流阻抗测试时，缺乏适合测试频率的测试系统及设备的问题。

【技术实现步骤摘要】
高精度交流阻抗测试系统及其测试方法
：本专利技术涉及交流阻抗测试
，尤其涉及一种高精度交流阻抗测试系统及其测试方法。
技术介绍
：现代科学技术不断发展已经进入了信息化、数字化时代，对电子产品的各种要求也越来越高，准确可靠的交流阻抗测量是各类军用及民用电子产品至关重要的基础。从上世纪80年代开始，交流阻抗测量技术被迅速扩展到生物医学、电化学、电力控制、大规模集成电路制造、空间技术等领域。如目前生物医学领域，生物体的基本单元是细胞，大量生物组织常用交流阻抗模型来表示，可通过监测组织的复杂介电常数(其代表了各组织类型)，其通过安置在体表的电极向检测对象送入微弱的交流电，检测相应的电阻变化情况，然后根据不同的应用目的，获得相关的生理和病理信息进行疾病诊断、人体成份分析或交流阻抗断层成像，并通过测量一定频率下的交流阻抗来诊断病例；在电化学领域，通过检测材料的交流阻抗判断材料或装置的腐蚀程度等；而在工业自动化检测领域，交流阻抗测量系统不仅要求具有高精度、宽量程、宽频带测量的能力，还要求设备体积小、功耗低、操作方便，同时要具有毫秒级的测量速度、快速构成自动测量系统的能力。现有高端交流阻抗测试设备(注：这里高端定义为测试精度0.05％且测试频率大于30MHz)被国外企业垄断，其技术垄断、昂贵的价格和长达数月的供货周期都已经严重制约我国相关产业的发展，这种现状已经远远不能满足与日俱增的宽频高精度交流阻抗测量的要求。现代流行的交流阻抗测试技术主要分为自动平衡电桥法、射频IV法和射频网络分析法。其中只有自动平衡电桥法能达到0.05％的测试精度。射频IV法和射频网络分析法虽然测试频率范围从5Hz-3GHz，但测试精度比较低测试领域比较窄。自动平衡电桥法目前可查的国内外测试设备测试频率范围最宽为20Hz-120MHz。
技术实现思路
：针对上述问题，本专利技术提出了一种基本测试精度0.05％、测试频率范围10Hz-130MHz的高精度交流阻抗测试系统及测试方法，解决了现有技术中对各种元器件、固体材料、液体材料、气体材料等物体进行交流阻抗测试时，缺乏适合测试频率的测试设备的问题。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种高精度交流阻抗测试系统，包括电脑主板，用于控制整套系统运行；外围设备，与电脑主板相连，用于人机交互；电源模块，为整套系统提供电源；矢量信号测试模块，与电脑主板相连，并通过标准参考电阻与被测件相连，用于测量被测件和标准参考电阻上的电压数据，将其发送至电脑主板；程控高精度低失真度信号源和混频本振信号源，分别与电脑主板、矢量信号测试模块、被测件相连，用于产生测试用的主信号和提供矢量信号测量模块用的混频本振信号；误差电流检测模块，与被测件相连，用于检测测试信号通过被测件及平衡信号通过标准参考电阻产生的误差电流；程控平衡信号源，分别与误差电流检测模块、矢量信号测量模块及标准参考电阻相连，用于产生一个和测试信号频率相同的信号。在本专利技术一较佳实施例中，所述被测件通过HPOT端口与矢量信号测试模块连接，被测件通过HCUR端口与程控高精度低失真度信号源和混频本振信号源连接，被测件通过LCUR端口与标准参考电阻连接，被测件通过LPOT端口与误差电流检测模块连接。其中，所述标准参考电阻包括采用一个或多个不同频率的标准参考电阻阵列。作为优选，所述误差电流检测模块包括切换开关A，与被测件相连，根据不同的测试频率切换使用信号；电流/电压变换模块，与切换开关A相连，将电流信号变化为电压信号；自动增益控制模块，与电流/电压变换模块相连，将电压信号自动控制增益；低通滤波器，与自动增益控制模块相连，将增益信号进行低通滤波；切换开关B，与低通滤波器相连，根据不同的输出频率切换使用信号；模数转换器，与切换开关B相连，将模拟信号转成数字信号；可编程数字逻辑电路，与模数转换器相连，根据数字信号进行计算和处理。作为优选，所述矢量信号测量模块包括自动增益控制模块，分别与程控高精度低失真度信号源和混频本振信号源及程控平衡信号源相连，根据测试信号的频率和幅度将程控高精度低失真度信号源和混频本振信号源以及程控平衡信号源的信号进行增益控制；低通滤波器，与自动增益控制模块相连，对自动增益控制模块发出的信号进行低通滤波；混频器，与低通滤波器相连，对低通滤波器发出的信号进行混频，其中对低于本振频率的信号进行上混频，高于本振频率的信号进行下混频；模数转换器，与混频器相连，将混频后的信号转换成数字信号；可编程数字逻辑电路，与模数转换器相连，根据数字信号进行计算和处理，得出被测件的相关数据送给电脑主板进行处理。作为优选，所述程控平衡信号源包括可编程数字逻辑电路，与误差电流检测模块相连，根据误差电流检测模块输出的数据来控制平衡信号源的幅度和相位；数模转换器，与可编程数字逻辑电路相连，将可编程数字逻辑电路发出的数字信号转换成模拟信号；低通滤波器，与数模转换器相连，根据不同的测试频率进行滤波；切换开关，与低通滤波器相连，根据不同的测试频率切换使用低通滤波器发出的信号。本专利技术还提供一种上述高精度交流阻抗测试系统的测试方法，包括如下步骤：(1)通过外围设备设置测试参数，然后将被测件接入矢量信号测试模块、程控高精度低失真度信号源和混频本振信号源、误差电流检测模块、程控平衡信号源进行测试；(2)测试时，程控高精度低失真度信号源和混频本振信号源产生一个高精度低失真度的正弦波信号，送给被测件产生一个电流I1；同时程控平衡信号源也产生一个频率相同的正弦波，通过标准参考电阻也产生一个电流I2；(3)I1和I2在被测件的LCUR端口和LPOT端口汇合，如果I1和I2的幅度相等且相位相反，那I1和I2就会抵消，被测件的LCUR端口和LPOT端口电压就等于零伏；如果幅度不相等或者相位不相反，就会有误差电流I3＝I1+I2；(4)然后通过误差电流检测模块的信号处理将误差电流进行采集及处理，最终反向叠加到程控平衡信号源上，从而使程控平衡信号源产生的正弦波信号发生幅度和相位的变化达到I1和I2抵消的最终目的；(5)当整个回路正常工作时，I1和I2将动态抵消，使LPOT端口没有电流流入，LCUR端口电压就等于零伏；(6)通过测量被测件上的电压和标准参考电阻上电压就能通过公式算出阻抗。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术解决了现有技术中对各种元器件、固体材料、液体材料、气体材料等物体进行交流阻抗测试时，缺乏适合测试频率的测试设备的问题；(2)使用本专利技术的交流阻抗测试系统及测试方法可以在10Hz-130MHz的频率范围内对电子元器件进行高精度的交流阻抗测试，可以为电子元器件研发、生产和检验提供参考依据；(3)使用本专利技术的交流阻抗测试设备可以在10Hz-130MHz的频率范围内对各种固体、液体和气体材料进行高精度的交流阻抗测试，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度交流阻抗测试系统，其特征在于：包括/n电脑主板，用于控制整套系统运行；/n外围设备，与电脑主板相连，用于人机交互；/n电源模块，为整套系统提供电源；/n矢量信号测试模块，与电脑主板相连，并通过标准参考电阻与被测件相连，用于测量被测件和标准参考电阻上的电压数据，将其发送至电脑主板；/n程控高精度低失真度信号源和混频本振信号源，分别与电脑主板、矢量信号测试模块、被测件相连，用于产生测试用的主信号和提供矢量信号测量模块用的混频本振信号；/n误差电流检测模块，与被测件相连，用于检测测试信号通过被测件及平衡信号通过标准参考电阻产生的误差电流；/n程控平衡信号源，分别与误差电流检测模块、矢量信号测量模块及标准参考电阻相连，用于产生一个和测试信号频率相同的信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种高精度交流阻抗测试系统，其特征在于：包括
电脑主板，用于控制整套系统运行；
外围设备，与电脑主板相连，用于人机交互；
电源模块，为整套系统提供电源；
矢量信号测试模块，与电脑主板相连，并通过标准参考电阻与被测件相连，用于测量被测件和标准参考电阻上的电压数据，将其发送至电脑主板；
程控高精度低失真度信号源和混频本振信号源，分别与电脑主板、矢量信号测试模块、被测件相连，用于产生测试用的主信号和提供矢量信号测量模块用的混频本振信号；
误差电流检测模块，与被测件相连，用于检测测试信号通过被测件及平衡信号通过标准参考电阻产生的误差电流；
程控平衡信号源，分别与误差电流检测模块、矢量信号测量模块及标准参考电阻相连，用于产生一个和测试信号频率相同的信号。


2.根据权利要求1所述的高精度交流阻抗测试系统，其特征在于：所述被测件通过HPOT端口与矢量信号测试模块连接，被测件通过HCUR端口与程控高精度低失真度信号源和混频本振信号源连接，被测件通过LCUR端口与标准参考电阻连接，被测件通过LPOT端口与误差电流检测模块连接。


3.根据权利要求1所述的高精度交流阻抗测试系统，其特征在于：所述标准参考电阻采用一个或多个不同频率的标准参考电阻阵列。


4.根据权利要求1所述的高精度交流阻抗测试系统，其特征在于：所述误差电流检测模块包括
切换开关A，与被测件相连，根据不同的测试频率切换使用信号；
电流/电压变换模块，与切换开关A相连，将电流信号变化为电压信号；
自动增益控制模块，与电流/电压变换模块相连，将电压信号自动控制增益；
低通滤波器，与自动增益控制模块相连，将增益信号进行低通滤波；
切换开关B，与低通滤波器相连，根据不同的输出频率切换使用信号；
模数转换器，与切换开关B相连，将模拟信号转成数字信号；
可编程数字逻辑电路，与模数转换器相连，根据数字信号进行计算和处理。


5.根据权利要求1所述的高精度交流阻抗测试系统，其特征在于：所述矢量信号测量模块包括
自动增益控制模块，分别与程控高精度低失真度信号源和混频本振信号源及程控平衡信号源相连，根据测试信号的频率和幅度将程控高精度低失真度信号源和混频本振信号源以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑜，陈娟瑜，
申请(专利权)人：常州同惠电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32