[发明专利]一种双激励的高精度绝对阻抗测量方法

说明书

本发明公开了一种双激励的高精度绝对阻抗测量方法，主要包括硬件电路设计与软件算法设计两部分。硬件部分包括含有至少2个通道数模转换(DAC)与3个通道模数转换(ADC)模块的单片机系统、2路DAC输出跟随电路、被测阻抗与标准电阻串联环电路及环电路中间结点传感信号的两级放大电路。2路DAC跟随电路的输出加载到串联环电路的两端，且1路DAC跟随电路与两级传感放大信号连接到3个ADC转换通道进行AD转换。软件部分包括设计DDS方法，通过DAC的输出2路正弦激励信号，设计ADC传感采集信号正弦拟合算法，并根据拟合结果设计调整激励信号的幅值，避免两级放大信号的饱和。软件部分还包括根据传感信号大小与激励信号的幅值，结合标准电阻进一步计算绝对阻抗的大小。

技术领域

本发明涉及测量电路技术与信号处理技术领域，尤其涉及一种双激励的高精度绝对阻抗测量方法。

背景技术

阻抗的测量被广泛应用于工业领域，如用于温度测量的热敏电阻、铂电阻，用于位移测量的各种绕线和非绕线的可变电阻器，以及其他如压敏、湿敏、光敏、气敏电阻等的测量。它们所涉及到的物理量在很多场合要求测量范围大、测量精度高，相应地对被测阻抗的测量范围与测量精度也提出了很高的要求。

惠更斯电桥测量方法可以通过加大差分放大倍数，满足测量精度高的要求，但这种情况下，一旦被测阻抗范围变化较大，电桥差分输出信号会很快饱和，导致测量结果失去意义。因此，这种测量方案只适合阻抗变化很小的相对测量，如材料应力测量中应变片电阻的相对测量等。

一般的电阻分压法，虽然可以实现电阻的大范围绝对测量，但由于这种方法本身输出信号较大，放大倍数也不可能很大，所以测量精度的大小取决于信号采样的分辨率，一般为模数转换(ADC)的分辨率。理论上ADC的转换位数越多，分辨率越高，但实际上由于电源及其他干扰噪声的影响，单纯提高ADC的转换分辨率并不能降低电路的信噪比，也就不能带来测量精度的真正提高。同时，ADC转换位数的提高必然带来测量速度的减慢与成本的提高。

这些矛盾决定了大范围与高精度的阻抗测量在传统测量方案中难以实现。

发明内容

为解决以上问题本发明提出一种双激励的高精度绝对阻抗测量电路与测量方法，在满足测量精度不降低的前提下、提高阻抗测量范围的方法。

本发明的技术方案如下：一种双激励的高精度绝对阻抗测量方法，包括由单片机内部的DAC模块输出幅值不同、相位相差180°的正弦激励信号Asinωt、-Bsinωt，使激励信号的幅值A＞0、B＞0，A+B＝Const，Const为常数，再通过运放的同向跟随后，加载到由被测电阻Rx与标准电阻R串联电路的两端，被测电阻Rx与标准电阻R的中间结点输出电压通过同向一级放大k₁倍，输出电压A_msinωt，再通过反向二级放大k₂倍，输出电压A_Osinωt，正激励信号Asinωt及输出电压A_msinωt和A_Osinωt分别送入单片机内部进行AD转换及信号处理，得到被测阻抗Rx的大小，其中，在测量被测阻抗Rx的大小前，需根据以下步骤调整激励信号A和B的幅值：

步骤1.根据所述被测电阻Rx的原始标定值为R₀计算激励信号A和B的理想幅值，B＝Const-A，Rx＝R₀；

步骤2.根据步骤1得到的激励信号A和B的理想幅值，计算激励信号A和B幅值的上限：A_上和B_上，下限：A_下和B_下，

B_上＝Const-A_下，B_下＝Const-A_上，所述单片机采用参考电压进行ADC转换，参考电压为2Asa，Asa为假设饱和幅值，k＝k₁*k₂＜0；