[发明专利]一种增强型自动平衡桥及其实现阻抗测量的方法

说明书

本发明公开了一种增强型自动平衡桥及其实现阻抗测量的方法，属于阻抗测量领域，包括激励源、被测件、电压表、量程电阻、四端对接口、过零检测电路以及调制‑解调电路。本发明采用过零检测电路与调制‑解调电路使得自动平衡桥能够快速、准确地达到平衡状态，实现了测量精度高、测量速度快、阻抗测量范围广；采用DDS为调制‑解调电路提供参考信号，准确地实现两路参考信号相位相差90°；增加自动平衡桥的平衡状态检测电路，为自动平衡桥快速达到平衡状态提供有力保证；在调制‑解调电路中，采用4个交叉式D/A转换电路，进行增益校准，使自动平衡桥快速达到平衡状态。

技术领域

本发明属于阻抗测量领域，具体涉及一种增强型自动平衡桥及其实现阻抗测量的方法。

背景技术

要实现对被测器件或电路的电阻R、电容C、电感L、品质因数Q等参数的测量，其核心就是阻抗的测量，根据阻抗值可计算出其它参数值。目前，实现阻抗测量的方法有很多种，比如电桥法、谐振法、电压-电流法、RF电压-电流法、网络分析法、自动平衡桥法等，每种方法都有各自的优缺点。电桥法具有测量精度高、成本低，但是测量频率范围窄，且需要手动调节平衡。谐振法可以测量很高的Q值，但是测量精度低。电压-电流法适合于探头类型测试需要，但是工作频率范围受到探头变压器限制。RF电压-电流法和网络分析法具有高的测量频率和范围，但是测量频率低于100kHz时，就不能采用这两种方法。相对于以上几种方法，当要求测量频率f≥20Hz时，选择自动平衡桥方法实现阻抗测量，具有测量精度高、测量速度快、阻抗测量范围广等优点。

目前，常规的自动平衡桥原理图(如图1所示)，利用运算放大器的虚短原理，使被测件的低端处于“虚地”状态，即可得到Lp端误差电流Id＝0，因此Ix＝Ir。通过电压表测得Vx和Vr值，Rr为已知量，就可计算出被测件阻抗值。

采用常规自动平衡桥方法实现阻抗测量，虽然电路简单、容易实现，但是因为受限于运算放大器的特性，测量频率一般只能达到100kHz，测量精度低、测量速度慢、阻抗测量范围窄。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种增强型自动平衡桥及其实现阻抗测量的方法，设计合理，克服了现有技术的不足，测量精度高、测量速度快、阻抗测量范围广。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种增强型自动平衡桥，包括激励源、被测件、电压表、量程电阻、过零检测电路、调制-解调电路和四端对接口；

所述激励源，被配置为用于为被测件提供激励源信号；

所述电压表包括第一电压表、第二电压表；

所述第一电压表，被配置为用于对被测件进行电压测量；

所述第二电压表，被配置为用于对量程电阻进行电压测量；

所述量程电阻，被配置为用于根据被测件的阻抗范围，选择合适的电阻挡位；

所述四端对接口分别为激励源端、被测件测量端、量程电阻端、误差电流端；

所述激励源、第一电压表、量程电阻、过零检测电路分别对应于四端对接口的激励源端、被测件测量端、量程电阻端、误差电流端；

所述过零检测电路，被配置为用于将误差电流端的误差电流进行过零检测并进行信号处理；

所述调制-解调电路，被配置为用于对过零检测电路输出的信号进行调制和解调。

优选地，所述过零检测电路包括I/V转换电路、信号放大电路、交流耦合电路、第一D/A转换电路、信号放大及滤波电路和平衡状态检测电路，所述I/V转换电路、信号放大电路、交流耦合电路、第一D/A转换电路、信号放大及滤波电路和平衡状态检测电路通过线路依次连接。

优选地，所述调制-解调电路包括0°方向电路和90°方向电路；