用于测量电学参数的便携式测量仪及其测量方法技术

本发明专利技术提供一种用于测量电学参数的便携式测量仪，包括：方波脉冲产生单元，用于产生施加于被测对象的方波脉冲电压；信号采集单元，用于同时采集被测对象在方波脉冲电压激励下的电压时域波形信号和电流时域波形信号；数据处理单元，用于对电压波形时域信号和电流时域波形信号进行处理，以得到与施加于被测对象上的电压和电流相关的电学参数；供电单元，用于为测量仪中的其它部分提供稳定可靠的电源。另外，本发明专利技术提供相应的测量方法。本发明专利技术所提供的测量仪和测量方法的测量速度快，而且测量仪构成简单，具有体积小、重量轻、成本低、便携性好等优点，适合工程领域中电学参数的现场测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电路及电子
，尤其涉及一种用于测量与施加于电子器件、材料等对象上的电压和电流相关的电学参数的便携式测量仪及其测量方法。
技术介绍
在一些涉及电路电子的工程应用中，有时需要对其中所涉及的电子器件、材料等对象上所施加的电压、电流以及该对象的与施加于其上的电压和电流相关的电学参数(例如，电阻值、电容值、电感值、电阻抗谱)进行测量，以用于例如调整该对象的电学特性。以下，以超声技术中所使用的超声换能器为例来说明现有的电学参数的测量技术及其存在问题。 近几十年来，超声技术得到了飞速发展，其不仅在传统工农业技术中得到广泛应用，而且已经渗透到国防、生物、医学、航空航天及科学研究等高
超声换能器是在超声频率范围内(20KHz IOMHz)将电信号转换为声信号或者将声信号转换为电信号的能量转换器件，是超声技术中的关键元器件。超声换能器的电阻抗特性是影响超声换能器工作特性的重要参数，根据其电阻抗谱可确定超声换能器的谐振频率点，以设计驱动超声换能器的电信号频率；同时电阻抗特性还用于指导设计超声换能器的阻抗匹配。因此，在设计和研发超声设备时，需要对所使用的超声换能器的电阻抗进行测量，以获得超声换能器的电阻抗谱。传统的测量方法是采用精密阻抗分析仪进行测量。阻抗分析仪的测量原理是基于频域的，其内部含有频率扫描电路，能以较小的步进调整正弦波的固定频率，并实时测量新的频率点上的阻抗，最终可得到设定的频率范围内的电阻抗谱。阻抗分析仪的测量精度高，但其结构复杂，价格昂贵，操作要求高，便携性不好，不利于生产现场的使用。除了上述电阻抗谱测量之外，目前用于测量电子器件、材料等对象的其它电学参数的测量方法也普遍地或多或少地存在着结构复杂、价格昂贵、操作要求高、便携性不好、不利于生产现场的使用等问题。
技术实现思路
本专利技术为了适应工程的实际应用要求，提供一种体积小、重量轻、便携性好、成本低的用于测量电学参数的测量仪及其测量方法，其测量速度快，操作简单，便于生产现场或维修现场的测量。为了实现以上目的，本专利技术提供的便携式测量仪包括方波脉冲产生单元，用于产生施加于被测对象的方波脉冲电压；信号采集单元，用于同时采集所述被测对象在所述方波脉冲电压激励下的电压时域波形信号和电流时域波形信号；数据处理单元，用于对所述电压时域波形信号和电流时域波形信号进行处理，以得到与施加于所述被测对象上的电压和电流相关的电学参数；供电单元，用于为所述测量仪中的其它部分提供稳定可靠的电源。优选的是，所述便携式测量仪还包括电流采样单元，用于与所述被测对象连接组成被测电路，所述方波脉冲产生单元所产生的方波脉冲电压施加于所述被测电路，所述信号采集单元通过电流采样单元采集所述被测对象在所述方波脉冲电压激励下的电流时域波形信号。优选的是，所述电流采样单元为一个电流采样电阻。优选的是，所述电学参数为电阻抗谱，所述数据处理单元执行所述电压时域波形信号和电流时域波形信号的滤波和傅里叶变换计算，以得到所述被测对象的频域电阻抗-i'TfeP曰。另外，本专利技术提供一种相应的测量方法。本专利技术的有益效果如下(I)通过测量电压和电流时域波形信号，并根据待测量电学参数的属性直接在时域对电压和电流时域波形信号进行处理或者通过时-频域转换将电压和电流时域波形信号转换为频域信号进行处理，因此，测量速度快；(2)测量仪构成简单，具有体积小、重量轻、成本低、便携性好等优点，适合工程领域中与施加于被测对象上的电压和电流相关的电学参数的现场测量。附图说明图I是本专利技术的便携式测量仪的示意性结构图；图2是本专利技术实施例的便携式测量仪的示意性结构图；图3是本专利技术实施例的超声换能器电阻抗时域测量法的原理图；图4是本专利技术实施例的方波脉冲产生单元的电路原理图；图5a和5b是示出本专利技术实施例的便携式测量仪和现有的阻抗分析仪的测量结果对比曲线图。具体实施例方式以下，将参照附图和实施例对本专利技术进行详细描述。图I是本专利技术的便携式测量仪的示意性结构图。如图I所示，本专利技术的便携式测量仪包括方波脉冲产生单元10、信号采集单元20、数据处理单元30和供电单元40，其中，方波脉冲产生单元10用于产生施加于被测对象的方波脉冲电压；信号采集单元20用于同时采集被测对象在所述方波脉冲电压激励下的电压时域波形信号和电流时域波形信号；数据处理单元30用于对所述电压时域波形信号和电流时域波形信号进行处理，以得到与施加于所述被测对象上的电压和电流相关的电学参数；供电单元40用于为所述测量仪中的其它部分提供稳定可靠的电源。这里指出，数据处理单元30的处理可包括时域处理及时-频域转换处理。具体地讲，根据待测量电学参数的属性，数据处理单元30的处理可以是直接在时域对电压和电流时域波形信号进行处理(例如，待测量电学参数为电阻值的情况下)，也可以是通过时-频域转换将电压和电流时域波形信号转换为频域信号进行处理(例如，待测量电学参数为电阻抗谱的情况下)。此外，在需要显示被测对象的电学参数的情况下，本专利技术的便携式测量仪还可包括显示控制单元50，其用于显示通过数据处理单元30得到的被测对象的电学参数。显示控制单元50还可包括供用户查看电学参数的功能按键。在需要将被测对象的电学参数发送到其它设备(例如计算机)进行进一步处理的情况下，本专利技术的便携式测量仪还可包括数据传输单元60，其用于将通过数据处理单元30得到的被测对象的电学参数传输到其它设备中。图2是本专利技术的一个实施例的便携式测量仪的示意性结构图。如图2所示，本实施例的便携式测量仪中增加了电流采样单元70，其用于与被测对象连接组成被测电路。方波脉冲产生单元10所产生的方波脉冲电压施加于由电流采样单元70和被测对象连接组成的被测电路，信号采集单元20通过电流采样单元70采集被测对象在方波脉冲电压激励下的电流时域波形信号。在一个优选实施例中，电流采样单元70为一个电流采样电阻。在测量被测对象的电学参数时，该电流采样电阻与被测对象串联，方波脉冲产生单元10所产生的方波脉冲电压施加于由该电流采样电阻与被测对象组成的串联电路，信号采集单元20同时对在方波脉冲电压刺激下被测对象和电流采样电阻两端的电压进行采样，以得到被测对象和电流采样电阻的电压时域波形信号，并通过将采样得到的电流采样电阻的电压时域波形信号除以电流采样电阻的阻值来得到被测对象在方波脉冲电压刺激下的电流时域波形信号。以下，以测量超声换能器的电阻抗谱作为示例来对本优选实施例进行详细描述。图3是本优选实施例的超声换能器电阻抗时域测量法的原理图。图中，Z1为超声换能器的Mason等效阻抗，它由RLC动态谐振回路305与静态电容C。304及静态电阻艮303并联构成。Rs302是电流取样电阻。方波脉冲产生单元Vp301产生的方波脉冲施加在超声换能器与电流取样电阻Rs302组成的串联电路上。通过测量仪中的信号采集单元20分别对超声换能器和电流采样电阻&302两端的电压波形u(t)和ujt)进行采样。超声换能器的电阻抗谱可通过下式由测量仪中的数据处理单元30计算得到权利要求1.一种用于测量电学参数的便携式测量仪，包括 方波脉冲产生单元，用于产生施加于被测对象的方波脉冲电压； 信号采集单元，用于同时采集所述被测对象在所述方波脉冲电压激励下的电压时域波形信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量电学参数的便携式测量仪，包括：方波脉冲产生单元，用于产生施加于被测对象的方波脉冲电压；信号采集单元，用于同时采集所述被测对象在所述方波脉冲电压激励下的电压时域波形信号和电流时域波形信号；数据处理单元，用于对所述电压时域波形信号和电流时域波形信号进行处理，以得到与施加于所述被测对象上的电压和电流相关的电学参数；供电单元，用于为所述测量仪中的其它部分提供稳定可靠的电源。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭坚文，王智彪，毛爱华，
申请(专利权)人：重庆融海超声医学工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：