自由軸法RLC測(cè)量?jī)x表設(shè)計(jì)

1、-. z基于自由軸法的RLC測(cè)量?jī)x表設(shè)計(jì)技術(shù)要求：1)測(cè)量準(zhǔn)確度：O.052)顯示圍: :0.0001 mH- 99999H C: O.0001 pf-99999 R: O.0001 -99999k主要參考文獻(xiàn)：1、童長(zhǎng)飛編著系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)與語(yǔ)言編程：航空航天大學(xué)，年月2、茂泰 主編.智能儀器原理及應(yīng)用.：電子工業(yè)，2005年1月.3、尚松 等編著.電子測(cè)量與儀器.：電子工業(yè)，2007年2月4、臘元，官本云 編著.智能化儀器儀表.：科學(xué)，1993年5、閻石 主編.數(shù)字電子技術(shù)根底.：高等教育，1998年11月6、周航慈 編著.智能儀器原理與設(shè)計(jì).：航空航天大學(xué)，2005年3月課題容及工作量：本

2、課題研究了包括固定軸法在的幾種RLC的傳統(tǒng)測(cè)量方法，并進(jìn)展了優(yōu)缺點(diǎn)的分析和論證，采用了較先進(jìn)的自由軸法，給出了具體實(shí)現(xiàn)方案。本課題要求設(shè)計(jì)正弦信號(hào)源、基準(zhǔn)相位發(fā)生器、積分式A/D轉(zhuǎn)換器和微處理器控制電路，以及數(shù)字顯示電路。要求對(duì)于自由軸法的計(jì)算方法進(jìn)展嚴(yán)密推倒，分析電子線路實(shí)現(xiàn)時(shí)可能造成的誤差，以及軟件編程對(duì)本儀器精度的影響。整個(gè)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)并畫(huà)出全部硬件電路圖和詳細(xì)的程序流程圖，應(yīng)著重描述清楚系統(tǒng)的程序流程和算法的程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)。說(shuō)明：為防止與其它本屆的電導(dǎo)率測(cè)量和上屆的RLC測(cè)量?jī)x器題目的實(shí)現(xiàn)方案重復(fù)，對(duì)于同一環(huán)節(jié)例如積分式A/D的實(shí)現(xiàn)應(yīng)不同。建議此題的雙積分A/D采用運(yùn)算放大器和比擬器以及

3、一些阻容元器件搭成，不采用專用A/D轉(zhuǎn)換器例如ICL7135。以下是教師給的資料：智能化RLC測(cè)量?jī)x原理摘自：茂泰 主編.智能儀器原理及應(yīng)用第2版.：電子工業(yè).2005年,P178-193。RLC參數(shù)的測(cè)量方法主要有電橋法、諧振法和伏安法三種。電橋法具有較高的測(cè)量精度，被廣泛采用，現(xiàn)已派生出許多類型。但電橋法測(cè)量需要反復(fù)進(jìn)展平衡調(diào)節(jié)，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，很難實(shí)現(xiàn)快速的自動(dòng)測(cè)量。諧振法要求較高頻率的鼓勵(lì)信號(hào)，一般不容易滿足高精度的要求。由于測(cè)試頻率不固定，測(cè)試速度也很難提高。伏安法是最經(jīng)典的方法，它的測(cè)量原理來(lái)源于阻抗的定義。即假設(shè)流經(jīng)被測(cè)阻抗的電流相量并測(cè)得被測(cè)阻抗兩端的電壓，則通過(guò)比率便可得到被測(cè)阻

4、抗的相量。顯然，要實(shí)現(xiàn)這種方法，儀器必須能進(jìn)展相量測(cè)量及除法運(yùn)算。伏安法伏安法可用圖625所示的原理電路來(lái)說(shuō)明。圖中 是的恒流源相量； 是的標(biāo)準(zhǔn)阻抗 (為計(jì)算方便一般選為實(shí)電阻)；被測(cè)阻抗 與 串聯(lián)。則分別測(cè)出 和 兩端的電壓相量 和 ，便可通過(guò)計(jì)算得到待測(cè)阻抗其中 的大小反映了流經(jīng)被測(cè)阻抗 上電流相量 的大小。上述測(cè)量實(shí)際上是先分別測(cè)出各個(gè)電壓相量的兩個(gè)分量，然后再通過(guò)一系列運(yùn)算得到被測(cè)值 的數(shù)值。圖6-26示出了采用了微處理器的RLC測(cè)試儀原理框圖。伏安法有固定軸法和自由軸法兩種實(shí)現(xiàn)方案，其區(qū)別在于圖626中相敏檢波器相位參考基準(zhǔn)選取的不同。實(shí)際相敏檢波器的相位參考基準(zhǔn)代表著坐標(biāo)軸的方向，

5、相敏檢波器的輸出就是待測(cè)電壓在坐標(biāo)軸方向上的投影。圖625 伏安法測(cè)量原理圖6-26 RLC測(cè)試儀原理框圖固定軸法要求相敏檢波器的相位參考基準(zhǔn)嚴(yán)格地與式(68)分母位置上的相量一致，這樣分母只有實(shí)局部量，使相量除法簡(jiǎn)化為兩個(gè)標(biāo)量除法運(yùn)算。利用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的比例除法特性即可實(shí)現(xiàn)這一目的，這種方法在計(jì)算機(jī)引入電子儀器之前被大量采用。這種方法的弱點(diǎn)在于：為了固定坐標(biāo)軸，確保參考信號(hào)與信號(hào)之間的準(zhǔn)確相位關(guān)系，硬件電路要付出相當(dāng)大的代價(jià)。自由軸法中相敏檢波器的相位參考基準(zhǔn)可以任意選擇，即*，y坐標(biāo)軸可以任意選擇，只要求保持兩個(gè)坐標(biāo)軸準(zhǔn)確正交(相差90 )，從而使硬件電路簡(jiǎn)化，準(zhǔn)確度也得以提高。自

6、由軸法的計(jì)算量比擬大,近年來(lái)智能RLC電路大都采用這種方案。6.3.2 自由軸法測(cè)量原理下文中有關(guān)“固定軸法摘自于：尚松 等編著.電子測(cè)量與儀器.：電子工業(yè)，2007年2月，p302采用相量電壓一電流法，即將阻抗看成正弦交流電壓與電流的復(fù)數(shù)比值，即這里是將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)阻抗 與被測(cè)阻抗 串聯(lián)，如圖7.27所示，則可得到這樣，對(duì)阻抗 的測(cè)量變成了兩個(gè)電壓相量之比的測(cè)量。完成兩個(gè)電壓相量的測(cè)量方法通常是，用一臺(tái)電壓表通過(guò)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換分時(shí)進(jìn)展測(cè)量。實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相量除法運(yùn)算有固定軸法和自由軸法，將相量除法轉(zhuǎn)換成標(biāo)量除法。早期產(chǎn)品采用的固定軸法如圖7.28(a)所示，因難在于保證兩個(gè)相量相位嚴(yán)格一致，使硬件電路復(fù)雜，

7、調(diào)試?yán)щy，可靠性低。現(xiàn)代產(chǎn)品多采用了自由軸法，如圖7.28(b)所示。自由軸法不是把復(fù)數(shù)阻抗坐標(biāo)固定在*一指定的電壓相量的方向上，坐標(biāo)軸的選擇可以是任意的，參考電壓可以不與任何一個(gè)被測(cè)電壓的方向一樣，但應(yīng)與被測(cè)電壓之一保持固定的相位關(guān)系，如相差 ，且在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中保持不變。由圖7.28(b)由此可得式中，用標(biāo)準(zhǔn)電阻 代替 ，顯然，只要知道每個(gè)相量在直角坐標(biāo)軸上的兩個(gè)投影值，經(jīng)過(guò)四則運(yùn)算，即可求出結(jié)果。自由軸法的測(cè)量原理如圖7.29所示，圖中相敏檢波器的參考電壓受微處理器控制的自由軸坐標(biāo)發(fā)生器提供，它是任意方向的準(zhǔn)確的正交基準(zhǔn)信號(hào)。相敏檢波器通過(guò)開(kāi)關(guān)選擇 和 ，便可得到它們的投影分量，然后由A

8、/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，經(jīng)接口電路送到微處理器系統(tǒng)中存儲(chǔ)，最后，CPU對(duì)其進(jìn)展計(jì)算得到待測(cè)數(shù)。交流電壓 和 的測(cè)量包括幅度和相位，方法是采用相敏檢波器對(duì)每個(gè)電壓進(jìn)展兩次測(cè)量。在兩次測(cè)量中，相敏檢波器參考電壓是正交的，應(yīng)有準(zhǔn)確的 的相位差關(guān)系。而對(duì)于參考電壓與被測(cè)信號(hào)電壓之間的相互關(guān)系只要求相對(duì)穩(wěn)定，而不要求準(zhǔn)確確定。自由軸法雖然采用相量電流-電壓法的根本原理，但由于其準(zhǔn)確的正交坐標(biāo)系主要靠軟件來(lái)產(chǎn)生和保證，硬件電路大大簡(jiǎn)化，還消除了固定軸法難于克制的同相誤差，提高了準(zhǔn)確度。同時(shí)被測(cè)參數(shù)是通過(guò)計(jì)算機(jī)獲得的，因而除了可以得到常用的C、L、R、損耗角正切值D、品質(zhì)因數(shù)Q、等效串聯(lián)電阻ESR以外，還可方便地

9、計(jì)算出其他多種阻抗參量，如阻抗模值 、導(dǎo)納模值 、串聯(lián)電抗*、并聯(lián)電納B、并聯(lián)電導(dǎo)G、阻抗相角 等。目前智能化LCR測(cè)量?jī)x仍在向?qū)捔砍?、高?zhǔn)確度、智能化和兼有測(cè)量與分選兩種功能方向開(kāi)展。當(dāng)前參數(shù)可測(cè)圍及準(zhǔn)確度如下：電阻R：0.01 ，準(zhǔn)確度0.001。電容C： 20F，準(zhǔn)確度 。電感L：O.01nH20mH，準(zhǔn)確度O.05。最后，通過(guò)表7.5歸納一下本章及下一章討論的各種阻抗測(cè)量?jī)x器的分類、采用的方法、優(yōu)缺點(diǎn)及頻率覆蓋圍等，以加深對(duì)阻抗測(cè)量的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。自由軸法中 與 和坐標(biāo)軸的關(guān)系可用圖6-27顯示。可見(jiàn)，只要分別測(cè)得 , 在直角坐標(biāo)軸上的兩個(gè)投影值，經(jīng)過(guò)四則運(yùn)算，即可求出最后的結(jié)果。圖6-2

10、7自由軸法相量圖自由軸法測(cè)量原理可用圖628所示的方框圖來(lái)表示。圖中緩沖放大器通過(guò)開(kāi)關(guān)S來(lái)選擇 或 ，對(duì)每一個(gè) 和 都要分別進(jìn)展測(cè)量，這兩次測(cè)量的相位參考基準(zhǔn)信號(hào)要求保持準(zhǔn)確的90 相位關(guān)系，以得到預(yù)期的諸投影分量，然后分別由A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量經(jīng)接口電路送到微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存儲(chǔ)。最后由微處理器經(jīng)數(shù)學(xué)計(jì)算得到待測(cè)參數(shù)。所謂投影分量，就是測(cè)量相量與相位參考基準(zhǔn)信號(hào)在相敏檢波器上相乘的結(jié)果，為了得到相應(yīng)正交的兩個(gè)分量以及建立起對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)上的直角坐標(biāo)系。對(duì)每一個(gè) 和 的兩次測(cè)量必須保持準(zhǔn)確的90 ，這就要求電路能產(chǎn)生彼此相差90 的方波控制信號(hào)作為相敏檢波器的參考電壓信號(hào)，這局部功能是由基準(zhǔn)相位發(fā)生

11、器來(lái)完成的。圖6-28自由軸法RLC測(cè)量原理框圖以電容并聯(lián)電路的測(cè)量為例，推導(dǎo)各被測(cè)參數(shù)的數(shù)學(xué)模型。在圖6-27中式中e A/D轉(zhuǎn)換器的刻度系數(shù)，即每個(gè)數(shù)字所代表的電壓值； 對(duì)應(yīng)的數(shù)字量(i1，2，3，4)。則坐標(biāo)系一旦設(shè)定，兩相量之商即可表示為假設(shè) 采用標(biāo)準(zhǔn)電阻 ，根據(jù)式(6.8)及式(6.9)，則有上式的負(fù)號(hào)由測(cè)量電路中的反相器引入。則其實(shí)部、虛局部別等于由D值的定義可求出用完全類似的方法，可以推導(dǎo)出表66所示的被測(cè)參數(shù)R，L，C的計(jì)算公式。讀者注：從以上分析可以看出，自由軸法與外加電源電壓無(wú)關(guān)，意思是加在阻抗上的正弦電壓可以隨意選擇為12V左右均可，不要求準(zhǔn)，但要求穩(wěn)。表6-6被測(cè)參數(shù)的

12、計(jì)算公式6.3.3RLC測(cè)量?jī)x電路分析由上述分析可知，采用自由軸法構(gòu)成的RLC測(cè)試儀主要由正弦信號(hào)發(fā)生器、基準(zhǔn)相位發(fā)生器、前端測(cè)量電路、相敏檢波器等局部組成。下面對(duì)其中主要的測(cè)試電路原理進(jìn)展分析。一、正弦信號(hào)源與基準(zhǔn)相位發(fā)生器從自由軸法工作原理以及表66各被測(cè)參數(shù)計(jì)算公式可以看出，儀器的工作頻率直接影響測(cè)量精度。因此要求測(cè)試信號(hào)源頻率準(zhǔn)確度高，并且頻譜純度和幅度穩(wěn)定度也要高。除此之外，相敏檢波系統(tǒng)還要求信號(hào)源頻率和相敏檢波器相位基準(zhǔn)信號(hào)的頻率嚴(yán)格同步，因此正弦信號(hào)源與基準(zhǔn)相位發(fā)生器在電路上是密切相關(guān)的。下面給出常采用的兩種方案：1、方案一圖629所示的方案由晶體振蕩器、分頻器、濾波器、基準(zhǔn)相位

13、發(fā)生器等局部組成。晶體振蕩器產(chǎn)生的19.2MHz頻率的信號(hào)，經(jīng)微型計(jì)算機(jī)控制的分頻后得到1kHz或100Hz的方波，此方波經(jīng)基準(zhǔn)相位發(fā)生器電路產(chǎn)生O 和90 相位的參考電壓信號(hào)，供相敏檢波別離被測(cè)電壓的虛、實(shí)部用O 相位的方波再經(jīng)低通濾波器變?yōu)檎倚盘?hào)，該正弦信號(hào)經(jīng)緩沖級(jí)去鼓勵(lì)被測(cè)元件。在輸入緩沖級(jí)上還加有2V的偏置電壓電路，用于偏置被測(cè)試的電解電容器。圖6-29正弦信號(hào)源與基準(zhǔn)相位發(fā)生器基準(zhǔn)相位發(fā)生器由雙D觸發(fā)器74LS74構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了四分頻，電路原理如圖6-30(a)所示。設(shè)初始是復(fù)零狀態(tài)，即 與 為O。則在第一個(gè)脈沖的上升沿， 為1， 為O；在第二個(gè)脈沖的上升沿， 為1， 為1；在第三個(gè)

14、脈沖的上升沿 為0， 為1余下類推，其波形如圖6-30(b)所示。由圖可見(jiàn)： 為 ； 為90 ； 為180 ； 為270 ，故得到所需參考相位且實(shí)現(xiàn)了4分頻。圖6-30基準(zhǔn)相位發(fā)生器電路及波形圖1kHz或100Hz濾波電路由4級(jí)二階有源低通濾波電路組成。用于提高正弦信號(hào)源的頻譜純度。2 方案二圖631所示的另一種信號(hào)源電路方案采用數(shù)字合成技術(shù)。用數(shù)字合成方法生成正弦信號(hào)，通常是在ROM中存儲(chǔ)一個(gè)周期的正弦曲線樣點(diǎn)表，每一個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)與其地址之間的關(guān)系和正弦波的正弦幅值與時(shí)間軸的關(guān)系是一致的。這樣，當(dāng)按順序逐單元讀出ROM的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)，就能得到量化了的正弦曲線，假設(shè)周期地重復(fù)這一過(guò)程

15、，并將數(shù)字經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換與平滑濾波后輸出，就得到了一個(gè)連續(xù)的正弦波信號(hào)。圖中晶體振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率為18.432MHz，經(jīng)分頻鏈I后信號(hào)頻率變?yōu)?56f (f為選定的測(cè)試信號(hào)頻率100Hz或1kHz)。再經(jīng)分頻鏈一系列二分頻后得到128f，64f，32f，f共8個(gè)信號(hào)，用這8個(gè)信號(hào)作為ROM的地址輸入線，就可以從ROM中逐點(diǎn)讀出正弦曲線采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)再經(jīng)8位D/A轉(zhuǎn)換器以及濾波和放大，就可以得到作為測(cè)試信號(hào)用的正弦波信號(hào)。由于數(shù)字合成信號(hào)源采用石英晶體振蕩器，故信號(hào)的頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度都較高，失真也非常小，根據(jù)周期波的沃爾什展開(kāi)理論，可推出總失真系數(shù)為在此根底上再經(jīng)濾波，失真的影響可減至

16、忽略的程度。圖6-31采用數(shù)字合成技術(shù)的信號(hào)源電路圖6-31中的8f，4f，2f，f四條線還用于基準(zhǔn)相位發(fā)生器中的相位參考信號(hào)，基準(zhǔn)相位發(fā)生器控制原理圖及其波形圖見(jiàn)圖632所示。圖6=32具有坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)動(dòng)能的基準(zhǔn)相位發(fā)生器及波形圖參考相位基準(zhǔn)電壓 的產(chǎn)生是通過(guò)對(duì)8f，4f，2f，f四條地址信號(hào)進(jìn)展監(jiān)視來(lái)實(shí)現(xiàn)的。微處理器首先通過(guò)可編程并行口采集這些線上的邏輯電平值，然后再與一組和預(yù)定相位相對(duì)應(yīng)的預(yù)置數(shù)進(jìn)展比擬(數(shù)字比擬器)，最后由輸出口適時(shí)地輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。這個(gè)信號(hào)經(jīng)由D觸發(fā)器中的8f信號(hào)同步后，即得相位準(zhǔn)確預(yù)定的參考電壓 。選定不同的預(yù)置數(shù)，可生成不同相位的基準(zhǔn)信號(hào)，使坐標(biāo)軸具有旋轉(zhuǎn)的功能

17、。在圖6-32(b)中，假設(shè)我們預(yù)定在 處開(kāi)場(chǎng)輸出 ，可確定1110為起點(diǎn)預(yù)選數(shù)。再令程序監(jiān)視8f 線上的邏輯電平，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其值為預(yù)選數(shù)1110時(shí)，則程序立即輸出使PB 線執(zhí)行上述程序，呈高電平，之后經(jīng)過(guò)8f同步，使 為高，于是就從Q端得到控制信號(hào) 。假設(shè)令坐標(biāo)軸在上述坐標(biāo)軸根底上再旋轉(zhuǎn)-90 時(shí)，則可確定1101為起點(diǎn)預(yù)選數(shù)，重新就可從Q端得到如圖6-32(b)中所示的控制信號(hào) 與 相差恰好90 ，于是通過(guò)改變預(yù)選數(shù)便可完成準(zhǔn)確的坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)功能。坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)功能可以被用來(lái)對(duì)諧波誤差進(jìn)展校正。二、前端測(cè)量電路前端測(cè)量電路的作用是分別測(cè)出流經(jīng)被測(cè)件的電壓 及代表恒定電流大小的電壓 。一個(gè)典型的RLC

18、測(cè)試儀的前端電路如圖633所示，它由差分放大器(A )、I/V轉(zhuǎn)換器(A )和輸入放大器(A )三局部組成。測(cè)量時(shí)，先通過(guò)程控使開(kāi)關(guān) 置1端，使差分放大器測(cè)量 流過(guò) 上的電壓 。為測(cè)出電流 的大小，需先將其由I/V轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電壓，其中標(biāo)準(zhǔn)電阻 , , 用來(lái)改變量程.這樣，當(dāng)通過(guò)程控使開(kāi)關(guān) 置2端時(shí)，差分放大器 便可測(cè)出代表流過(guò)被測(cè)件上電流大小的電壓 讀者注：圖6-33畫(huà)錯(cuò)了，應(yīng)將 的反相輸入端和同相輸入端對(duì)調(diào)。, 分別被差分放大器放大之后，便經(jīng)開(kāi)關(guān) 送到輸入放大器放大，放大器的增益可以通過(guò)開(kāi)關(guān) 被置為1倍或8倍。開(kāi)關(guān) 接地時(shí)，還可測(cè)出輸入放大器以及相敏檢波和A/D變控器的總漂移，以修正測(cè)量結(jié)

19、果。三、相敏檢波和雙積分A/D轉(zhuǎn)換電路相敏檢波原理可用圖634所示的簡(jiǎn)圖來(lái)說(shuō)明，圖中相敏檢波器由模擬開(kāi)關(guān)組成，控制模擬開(kāi)關(guān)通斷的 信號(hào)，即O 或90 基準(zhǔn)相位信號(hào)。圖6-34相敏檢波原理設(shè)被相敏檢波輸入信號(hào)為 ，因而有 和 ，如圖634(b)所示。假設(shè) 信號(hào)為 基準(zhǔn)信號(hào)，則輸出信號(hào) 為 (6.10)其平均值 為可見(jiàn)輸出的平均值正比于分量 。假設(shè) 信號(hào)為90 基準(zhǔn)信號(hào)，同理可得輸出值的平均值 為可見(jiàn) 與 成正比。因而完成了對(duì) 兩分量的別離。注意：這里的 不是被測(cè)阻抗 的阻抗角，而是相量 與橫軸的夾角相敏檢波和雙積分A/D轉(zhuǎn)換電路的作用是將 , 用不同參考相位進(jìn)展鑒相并將其平均值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量

20、。圖635，給出一個(gè)實(shí)際的電路簡(jiǎn)圖及簡(jiǎn)化工作波形圖。圖635相敏檢波和雙積分A/D轉(zhuǎn)換電路原理圖圖6-35中, 或 經(jīng)電阻 饋入相敏檢波器的輸入端P點(diǎn),同時(shí),+3.3 V直流偏壓 經(jīng) 產(chǎn)生的電流也迭加到P點(diǎn)，直流偏壓的作用是使測(cè)量信號(hào)無(wú)論是正值或負(fù)值，輸入到積分器的總電流永遠(yuǎn)是正值，保證雙積分A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中的定時(shí)積分階段始終保持在同一方向上進(jìn)展，從而簡(jiǎn)化了邏輯設(shè)計(jì)。+3.3 V的影響在以后的計(jì)算中將被扣除掉。雙積分A/D過(guò)程正向積分階段: 由基準(zhǔn)相位坐標(biāo)發(fā)生器產(chǎn)生的參考電壓信號(hào) 控制，在 接通時(shí)，正比于各待測(cè)電壓投影分量(i1，2，3，4)以及直流信號(hào)加到積分器，使積分器輸出負(fù)向斜變；而在

21、關(guān)斷時(shí)，積分器輸出電壓保持恒定。積分器在一次正向積分階段， 一直處于關(guān)斷狀態(tài)。積分器對(duì)假設(shè)干次 接通所通過(guò)的信號(hào)的進(jìn)展積分(圖6-35中為3次，實(shí)際為更屢次，由積分時(shí)間和時(shí)鐘頻率決定)，使輸出電壓到達(dá)一定的負(fù)值。反向定值積分: 正向積分階段完畢后， 關(guān)斷 閉合，使負(fù)的基準(zhǔn)電壓 經(jīng)由電阻 進(jìn)入積分器，開(kāi)場(chǎng)反向定值積分。同時(shí)，在微處理器的控制下啟動(dòng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，當(dāng)比擬器檢測(cè)到積分器輸出為零時(shí)，關(guān)閉計(jì)數(shù)閘門(mén)關(guān)斷 完畢積分，同時(shí)閉合 使積分電容短路，直至下次積分為止。此時(shí)計(jì)數(shù)器中的數(shù)值(經(jīng)扣除+3.3V疊加局部) 正比于待測(cè)投影分量 ，即 。所得 值由接口電路輸入到微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存儲(chǔ)，供以后計(jì)算使用。

22、電路中模擬開(kāi)關(guān) 及其他邏輯電路都是在軟件的支持下工作的。6.3.4 典型智能RLC測(cè)量?jī)x介紹本節(jié)以國(guó)產(chǎn)ED2814RLC自動(dòng)測(cè)量?jī)x的分析為例，說(shuō)明RLC自動(dòng)測(cè)量?jī)x的組成原理及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。一、儀器概述ED2814RLC自動(dòng)測(cè)量?jī)x是以微處理器為根底的智能化儀器。它可以用來(lái)自動(dòng)測(cè)量無(wú)源元件的各項(xiàng)根本參數(shù)，主參數(shù)用5位數(shù)字顯示，副參數(shù)用4位數(shù)字顯示。操作者可通過(guò)前面板的按鍵設(shè)定測(cè)試條件，測(cè)試條件符合IEC標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)被測(cè)元件接人測(cè)試夾具之后，儀器能視測(cè)量對(duì)象不同，自動(dòng)進(jìn)入最正確工作狀態(tài)。該儀器主要技術(shù)參數(shù)如下：(1)測(cè)量圍R：2 2M ； Q：O.00019.999；C：0.2nF2000 ；D：O.000

23、19.999；L：O.2mH2000H； Q：O.019.999 。(2)根本精度主參數(shù)：讀數(shù)的0.1；副參數(shù)：110 。(3)測(cè)量頻率 1kHz，100Hz兩種(4)誤差分選擋D/Q值1擋(第0擋)；RLC值8擋(第18擋)；超預(yù)置數(shù)1擋(第9擋)。ED2814RLC自動(dòng)測(cè)量?jī)x整機(jī)原理框圖見(jiàn)圖636所示。晶振產(chǎn)生的方波經(jīng)分頻器，產(chǎn)生了供發(fā)生測(cè)試信號(hào)頻率為256 f的信號(hào)( f為測(cè)試頻率)和供建立自由軸坐標(biāo)用的8f，4f，2f，f四種頻率的參考信號(hào)。256 f信號(hào)驅(qū)動(dòng)正弦ROM得到頻率為f的正弦測(cè)試信號(hào) 。測(cè)試信號(hào)經(jīng)限流電阻 加到被測(cè)阻抗上。虛線框是一個(gè)簡(jiǎn)化的前端電路，它輸出的兩個(gè)電壓 相量和

24、 相量，先后經(jīng)開(kāi)關(guān)S輸入到相敏檢波器。相敏檢波器的參考信號(hào)來(lái)自基準(zhǔn)相位發(fā)生器，后者在微處理器控制下產(chǎn)生任意方向的準(zhǔn)確正交坐標(biāo)系。于是，得到 和 坐標(biāo)軸上的四個(gè)投影值 , , 和 ，然后再由雙積分A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量 ， , 和 ，送到RAM中暫存。最后，微處理器根據(jù)操作者由鍵盤(pán)輸入的信息，從表中選擇適當(dāng)?shù)墓竭M(jìn)展計(jì)算，得到被測(cè)參數(shù)并有顯示器顯示出來(lái)。圖636 ED2814RLC自動(dòng)測(cè)量?jī)x整機(jī)原理框圖二、測(cè)量誤差的分析與處理方法RLC參數(shù)測(cè)量?jī)x器引入計(jì)算機(jī)技術(shù)之后，不僅可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量的自動(dòng)化，而且還可以有效地處理各種誤差，使測(cè)量精度大幅度提高。RLC參數(shù)測(cè)量?jī)x在測(cè)量中除含有隨機(jī)誤差外，還

25、有部固定偏移、輸入端的各種雜散參數(shù)以及測(cè)試信號(hào)源中諧波分量等因素所引起的系統(tǒng)誤差。下面分別講述本儀器減弱上述誤差所采用的方法。1隨機(jī)誤差的處理根據(jù)統(tǒng)計(jì)方法理論，隨機(jī)誤差可以通過(guò)屢次重復(fù)測(cè)量的平均來(lái)予以削弱。本儀器設(shè)置了“平均工作方式，編程使儀器對(duì)被測(cè)參數(shù)連續(xù)測(cè)量10次，然后求其算術(shù)平均值作為最后的顯示結(jié)果。2固定偏移的校正固定偏移主要由有源器件零漂引起，其結(jié)果是等效在待測(cè)交流信號(hào)上疊加了*一固定的直流電壓。從這個(gè)角度上看，本儀器在正向積分時(shí)人為疊加的+3.3V直流電壓也可看做是固定偏移的一局部。固定偏移可通過(guò)減法予以扣除。本儀器設(shè)定一次完整的測(cè)量共含8次測(cè)量。前4次測(cè)量結(jié)果如果在正*軸和正Y軸

26、上取得，后4次測(cè)量結(jié)果則安排在坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)180 后取得。然后再把前4次測(cè)量結(jié)果與后4次測(cè)量結(jié)果相減。例如，假設(shè)通道的偏移量為 ，則前4次測(cè)量值為 + ，后四次測(cè)量值是 + ，再次相減后得( )-然后再將各分量值除2，于是偏移量被消除。3開(kāi)路校準(zhǔn)和短路校準(zhǔn)RLC參數(shù)測(cè)量?jī)x器的測(cè)量端、測(cè)量饋線以及測(cè)量夾具總是存在剩余阻抗和剩余導(dǎo)納，這些剩余量對(duì)小電容、小電感或高電阻的測(cè)量會(huì)造成較大的誤差。傳統(tǒng)的元件參數(shù)測(cè)量?jī)x器在正式測(cè)量之前要進(jìn)展人工校正工作，即在測(cè)試條件相對(duì)穩(wěn)定之后，先測(cè)其剩余量，再根據(jù)被測(cè)量的性質(zhì)對(duì)實(shí)測(cè)量予以修正，這項(xiàng)工作是煩瑣而費(fèi)時(shí)的。ED2814 RLC自動(dòng)測(cè)量?jī)x通過(guò)軟件引入自動(dòng)的開(kāi)路校準(zhǔn)

27、與短路校準(zhǔn)，簡(jiǎn)化了上述修正手續(xù)，給使用帶來(lái)很大的方便。校正的根本思想是先通過(guò)理論分析建立系統(tǒng)的誤差模型，求出誤差修正公式，然后通過(guò)簡(jiǎn)單的“開(kāi)路、“短路等校準(zhǔn)技術(shù)記錄各誤差因子，最后程序利用修正公式和誤差因子自動(dòng)計(jì)算修正結(jié)果。下面以串聯(lián)等效電感為例進(jìn)展說(shuō)明。圖6-37串聯(lián)等效電感誤差模型圖637給出了進(jìn)展電感器測(cè)量時(shí)儀器前端的誤差模型。圖中， ， 分別代表實(shí)測(cè)電感器的電感量與等效串聯(lián)電阻； ，R。分別代表等效的分布電容和漏電阻；L。， 分別代表等效的饋線電感及電阻。對(duì)于低阻抗測(cè)量，C。，R可視為開(kāi)路，于是得顯然根據(jù)Q值定義 以及式(614)和式(615)，可得式(614)和式(616)便是電感串

28、聯(lián)等效模式的L*，Q*測(cè)量的誤差修正公式，式中的L。， 即為誤差因子，由于被測(cè)參數(shù)為小電感、小電阻，所以須施行短路校正。其校正的原理流程圖示見(jiàn)圖638所示。4諧波誤差的校正帶有諧波的測(cè)試信號(hào)可以用下式表示：上式第一項(xiàng)為純潔的測(cè)試信號(hào)，第二項(xiàng)為各次諧波，式中 為各次諧波以 為參考基準(zhǔn)的相位超前角。本儀器的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器的采樣時(shí)間取被測(cè)信號(hào)周期的整數(shù)倍，則儀器所得的數(shù)字結(jié)果N應(yīng)與鑒相后的一個(gè)測(cè)試信號(hào)周期的平均值成正比。設(shè)相敏檢波器采用0?；鶞?zhǔn)信號(hào)，則當(dāng)帶諧波的測(cè)試信號(hào)通過(guò)相敏檢波器及雙積分A/D轉(zhuǎn)換器后，其結(jié)果可進(jìn)一步表示為圖6-38校正程序流程圖上式說(shuō)明，測(cè)試信號(hào)中的偶次諧波已被有效地抑制，

29、但奇次諧波還存在。為了進(jìn)一步消除測(cè)試信號(hào)中奇次諧波的影響，校正程序共安排了三次測(cè)量：第一次測(cè)量仍舊是測(cè)量矢量信號(hào)在原坐標(biāo)軸方向的投影值No，由式(6.18)得第二次測(cè)量選擇超前原坐標(biāo)軸方向45 的坐標(biāo)軸方向，可得測(cè)量矢量在新坐標(biāo)軸上的投影值 為第三次測(cè)量選擇滯后第一次坐標(biāo)軸方向45 的坐標(biāo)軸方向，同樣可得最后將三次測(cè)量的結(jié)果按下式進(jìn)展平均計(jì)算，得最后結(jié)果。由上式可見(jiàn)，輸出信號(hào)中仍含有奇次諧波，但第3，5；11，13；19，21等諧波的影響均被消除，而對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響的最低諧波是7次諧波，其影響可以忽略。三、儀器的軟件系統(tǒng)儀器軟件在構(gòu)造上分為4大局部：主程序、鍵盤(pán)分析程序、通用程序和GP-IB接口

30、管理程序。下面?zhèn)戎亟榻B前兩局部。1主程序主程序流程簡(jiǎn)圖如圖639所示。開(kāi)機(jī)后，程序首先對(duì)儀器的計(jì)算機(jī)局部進(jìn)展自檢，自檢正常后，程序進(jìn)展儀器初始化工作。初始化工作包括：設(shè)置中斷及棧區(qū)、設(shè)置可編程IO接口芯片工作狀態(tài)，賦予各標(biāo)志以初始測(cè)量狀態(tài)。該儀器初始測(cè)量狀態(tài)規(guī)定為：電容測(cè)量、測(cè)量信號(hào)頻率為1kHz、并聯(lián)等效電路、慢速、連續(xù)測(cè)量方式。儀器在正常工作時(shí)，用戶可以通過(guò)操作鍵盤(pán)隨時(shí)改變測(cè)量條件，鍵盤(pán)分析程序采用中斷方式，鍵盤(pán)程序在建立相應(yīng)的條件標(biāo)志后將再次返回主程序。接著，程序把相應(yīng)初始化設(shè)定的標(biāo)志或經(jīng)鍵盤(pán)選擇的標(biāo)志輸送到鎖存器中，把相關(guān)的控制信號(hào)輸出。完成了標(biāo)志輸出后，程序?qū)⒁M(jìn)展幾次判斷：如果顯示

31、方式選定為“預(yù)置，這時(shí)主要工作均在鍵盤(pán)程序中進(jìn)展，主程序只是把已經(jīng)存放在顯示緩沖區(qū)RAM中的數(shù)值取出進(jìn)展顯示或處理；如果測(cè)量方式選定為連續(xù)測(cè)量，程序就一次接一次地連續(xù)進(jìn)展循環(huán)測(cè)量；如果測(cè)量方式選定為單次測(cè)量，程序就暫停，等待“啟動(dòng)命令，啟動(dòng)命令一經(jīng)實(shí)行，主程序就進(jìn)展一次設(shè)定的測(cè)量，然后再等待下一次“啟動(dòng)命令。注意在一次測(cè)量途中，必須設(shè)置去除工作，否則單次測(cè)量就會(huì)和連續(xù)方式一樣無(wú)休止地循環(huán)下去。下面，程序在測(cè)量中斷效勞程序的支持下開(kāi)場(chǎng)進(jìn)展8次N。值的測(cè)量。這一局部是儀器測(cè)量工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其任務(wù)是在模擬電路的配合下準(zhǔn)確地得到數(shù)學(xué)模型中需要的Ni值，以供下一步計(jì)算被測(cè)參數(shù)。計(jì)算被測(cè)參數(shù)是依據(jù)表66

32、所提供的公式進(jìn)展。注意，當(dāng)測(cè)試速度選為慢速(約1次/秒)時(shí)，程序還將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸進(jìn)展諧波校正工作。該儀器共有3個(gè)量程，并設(shè)置了“自動(dòng)保持按鍵，以使用戶選擇量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換方式或量程保持方式。量程保持工作方式可以固定量程，使操作者得到所需的單位量程。量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換方式可以通過(guò)程序判斷的方法選擇出最正確量程，以使操作者得到高的測(cè)量精度。因此，在“換擋這一步驟中，程序判斷量程是否換擋，一方面取決于被測(cè)參數(shù)是否超出標(biāo)準(zhǔn)，另一方面還要看是否選擇了“量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換方式。然后程序查詢“平均標(biāo)志，假設(shè)操作者通過(guò)鍵盤(pán)建立了“平均標(biāo)志，則程序轉(zhuǎn)入“平均測(cè)量方式。這時(shí)程序進(jìn)展重復(fù)測(cè)量并同時(shí)記錄測(cè)量次數(shù)，當(dāng)測(cè)量到達(dá)預(yù)定次數(shù)后，

33、程序就把屢次測(cè)量結(jié)果進(jìn)展平均計(jì)算。顯然，平均測(cè)量方式的測(cè)量速度要比一般方式下慢得多。圖6-39主程序流程簡(jiǎn)圖在“分布參數(shù)校正這一步驟中，程序?qū)⒏鶕?jù)“開(kāi)路校正和“短路校正所建立的校正條件，選擇適宜的誤差公式進(jìn)展修正計(jì)算?！伴_(kāi)路校正和“短路校正工作是通過(guò)按動(dòng)“開(kāi)路校正鍵和“短路校正鍵后進(jìn)展的，應(yīng)該注意的是，校準(zhǔn)是在特定條件下進(jìn)展的(如特定量程、特定等效電路、特定夾具，等等)，所以“開(kāi)路校正或“短路校正的測(cè)量，一定要在與校正時(shí)完全一樣的條件下進(jìn)展。否則，不會(huì)得到良好的結(jié)果。程序最后一步是決定顯示方式。假設(shè)儀器處于元件分選狀態(tài)，程序的任務(wù)是將測(cè)量計(jì)算出的元件值與人工預(yù)置的分擋標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展比擬，以決定被測(cè)元

34、件所屬擋序號(hào)，并把相應(yīng)的擋序號(hào)寫(xiě)入顯示區(qū)，同時(shí)向機(jī)械接口輸出一個(gè)相應(yīng)的位選通信號(hào)。假設(shè)儀器處于元件測(cè)量狀態(tài)，程序?qū)⒏鶕?jù)測(cè)量數(shù)據(jù)的大小和單位量綱，正確選擇小數(shù)點(diǎn)位置。最后程序把應(yīng)該顯示的數(shù)都放在顯示區(qū)，調(diào)用輸出子程序，把數(shù)值顯示出來(lái)。至此程序完成了一次完整的測(cè)量過(guò)程，然后重新返回總?cè)肟谔庨_(kāi)場(chǎng)新的循環(huán)。2鍵盤(pán)分析程序鍵盤(pán)掃描采用了鍵盤(pán)中斷方式，即中斷申請(qǐng)信號(hào)是由鍵盤(pán)中任一鍵的閉合引起。 該儀器鍵盤(pán)共有27鍵，其中11鍵是“功能鍵，按一鍵一義定義，因此鍵盤(pán)分析宜采用直接分析法。其余l(xiāng) 6個(gè)鍵組成用于分選的“數(shù)據(jù)輸入鍵盤(pán)，使用時(shí)須按一定順序按下多個(gè)按鍵才能構(gòu)成一個(gè)確切的意義，因此鍵盤(pán)分析宜采用狀態(tài)分析

35、法。鍵盤(pán)程序在確定有鍵按下之后，應(yīng)先求出鍵值，然后根據(jù)鍵值將單義鍵和多義鍵區(qū)分開(kāi)，最后再分別轉(zhuǎn)入各自的分析處理程序。(1)功能鍵分析程序由于11個(gè)功能鍵都是單義鍵，因此分析程序只需識(shí)別出*個(gè)鍵的閉合，求出鍵值，然后根據(jù)其鍵盤(pán)直接轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的動(dòng)作程序中去。分析程序中使用的轉(zhuǎn)移表如表67所示。其鍵分析程序圖如圖640所示。表67轉(zhuǎn)移表(2)“數(shù)據(jù)輸入鍵盤(pán)分析程序圖6-40功能鍵分析程序流程圖“數(shù)據(jù)輸入 鍵盤(pán)專職元件參數(shù)誤差分選測(cè)量之用，其鍵盤(pán)排列參見(jiàn)圖641所示。用戶通過(guò)鍵盤(pán)輸入被測(cè)元件參數(shù)的標(biāo)稱值、各分擋的序號(hào)以及各擋次的極限值，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)量程圍任意阻抗值的誤差分擋。圖6-41、“數(shù)據(jù)輸入鍵盤(pán)排

36、列圖“數(shù)據(jù)輸入鍵盤(pán)分析采用狀態(tài)分析法，狀態(tài)圖如圖642所示，對(duì)應(yīng)的狀態(tài)表見(jiàn)表68所示。對(duì)應(yīng)的分析程序流程圖如圖643所示。這樣，每當(dāng)一個(gè)按鍵被按下時(shí)，分析程序就根據(jù)現(xiàn)行狀態(tài)和按鍵的鍵碼找出對(duì)應(yīng)的子程序序號(hào)和應(yīng)變遷的下一狀態(tài)，并用下態(tài)的編號(hào)代替現(xiàn)態(tài)的容，然后轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的動(dòng)作程序。從狀態(tài)表到形成鍵盤(pán)分析程序，還需要給各按鍵賦予鍵碼和鍵號(hào)；還需要把表68形成的狀態(tài)表按適當(dāng)形式進(jìn)展編碼并固化在儀器的ROM中。其具體實(shí)現(xiàn)方法參見(jiàn)3.1.3節(jié)。Z L5智能化LCR測(cè)量?jī)x摘自：臘元，官本云.智能化儀器儀表.：科學(xué)，1993年，p183-1861主要技術(shù)指標(biāo)及功能根本測(cè)量準(zhǔn)確度：O.05測(cè)試電壓：5mV1.27

37、5V可編程選擇測(cè)試頻率: 12Hz100kHz可編程選擇測(cè)量速率: 112次/秒顯示圍: :0.00001 mH- 99999H C: O.00001 pf-99999 R: O.00001 -99999k 。 :O.00001 -99999k D或Q: 0.00019999 :-90.00 +90.00 接口：GP-IB接口與分選接口。 料斗：014直流偏壓：接2V，外接小于50V、200mA功 能： 自動(dòng)調(diào)零、量程自動(dòng)選擇或設(shè)定，參數(shù)自動(dòng)選擇或設(shè)定、量程擴(kuò)展、平均值測(cè)量、中間值測(cè)量、消隱低位數(shù)字顯示和鍵盤(pán)鎖定等。2工作原理及特點(diǎn)ZL5的GP-IB接口和分選接口(任選件)可使儀器響應(yīng)其他設(shè)備

38、的遠(yuǎn)控命令，工作于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中具有開(kāi)機(jī)自診斷功能，并應(yīng)用了自校準(zhǔn)技術(shù)，使用戶對(duì)維修和調(diào)整ZL5提供了極大的方便ZL5沒(méi)有采用古典電橋的測(cè)量原理，而是采用了一種新的測(cè)量技術(shù)，并用微機(jī)進(jìn)展計(jì)算、控制來(lái)獲得各種阻抗值等這些測(cè)量包括了標(biāo)準(zhǔn)電阻R，和被測(cè)件Z，兩端的一組相量電壓，通過(guò)快速的鑒相器和A/D轉(zhuǎn)換器測(cè)量得到鑒相器采用四種參考信號(hào)，以數(shù)字電路形成的這四種信號(hào)與測(cè)試信號(hào)頻率精度一樣高，而且每局部之間以準(zhǔn)確的90 分隔開(kāi)，因此ZL5不需要高精度的模擬移相器或波形整形電路基于測(cè)量技術(shù)和電路原理，ZL5唯一需要調(diào)整的部件是一只電位器，通過(guò)它調(diào)整測(cè)試信號(hào)電平值ZL5的精細(xì)元件是四只標(biāo)準(zhǔn)電阻和一個(gè)石英晶體

39、振蕩器，沒(méi)有采用標(biāo)準(zhǔn)的電抗元件。ZL5是通過(guò)微機(jī)從一組已測(cè)到的電壓、已設(shè)定的頻率和標(biāo)準(zhǔn)電阻已校準(zhǔn)的值來(lái)計(jì)算出被測(cè)件的主量和副量(例如被測(cè)電容的C和D值)每一個(gè)部標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻抗值貯存在ZL5的RAM，阻抗值在校準(zhǔn)頻率下(1kHz)是的，供微機(jī)計(jì)算被測(cè)參數(shù)使用ZL5采用了“自校準(zhǔn)技術(shù)來(lái)修正部標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻抗，在“自校準(zhǔn) 時(shí)只需把四只標(biāo)準(zhǔn)電阻當(dāng)作被測(cè)件進(jìn)展測(cè)量，再適當(dāng)編些程序輸入ZL5即可。ZL5的RAM還貯存晶體振蕩器的頻率偏差(修正誤差值達(dá)10 )，以提高測(cè)量阻抗元件的計(jì)算精度。微機(jī)通過(guò)鍵盤(pán)輸入或GP-IB接口總線上的遠(yuǎn)控輸入來(lái)選擇使用ROM的程序，以?？刂茰y(cè)量順序。ZL5通常自動(dòng)尋找正確的量程，

40、在鍵盤(pán)控制下，操作者可選擇并固定四個(gè)量程中的任意一個(gè)，每一量程具有16：1寬的根本測(cè)量圍，并且有向上或向下的量程擴(kuò)展，但是測(cè)量精度相應(yīng)降低。ZL5的原理框圖如圖6.19所示。(1) 測(cè)量原理與方框圖聯(lián)系起來(lái)看，圖6.20可說(shuō)明ZL5的測(cè)量原理。正弦波發(fā)生器輸出的驅(qū)動(dòng)電流 流過(guò)串接的被測(cè) 和標(biāo)準(zhǔn)電阻 ，兩個(gè)具有一樣增益K的差分放大器輸出電壓 和 ，通過(guò)簡(jiǎn)單的運(yùn)算，即可導(dǎo)出被測(cè)件阻抗的表達(dá)式：這種比例是一個(gè)復(fù)數(shù)，微機(jī)根據(jù) 、測(cè)試頻率及其他信息自動(dòng)計(jì)算所需要的數(shù)據(jù)并提供顯示(2) 頻率和定時(shí)源保證測(cè)量精度所必需的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是測(cè)試信號(hào)的頻率、鑒相器的參考信號(hào)和微機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)同樣重要。測(cè)試頻率和所需要的定

41、時(shí)信號(hào)是通過(guò)一個(gè)相當(dāng)準(zhǔn)確的振蕩器分頻后得到的，振蕩器的工作頻率為38.4MHz。數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路和邏輯電路提供了許多時(shí)鐘信號(hào)和觸發(fā)信號(hào)，同樣也驅(qū)動(dòng)正弦波發(fā)生器。圖6.19ZL-5原理框圖圖6.20 測(cè)量原理框圖(3)正弦波發(fā)生器(圖6.21)圖6.21正弦波發(fā)生器測(cè)試信號(hào)源已選的64倍測(cè)試信頻奉的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由數(shù)字電路提供，分頻器從64，開(kāi)場(chǎng)倒計(jì)數(shù)， 輸出32f，16f，8f，4f，2f，f六種信號(hào)作為正弦表ROM的地址，取出ROM貯存的準(zhǔn)正弦波的64級(jí)容，再控制DA轉(zhuǎn)換器輸出準(zhǔn)正弦波，經(jīng)過(guò)濾波器平滑處理后的正弦波就是測(cè)試信號(hào)源鑒相器的參考信號(hào)源假定正弦波產(chǎn)生的初相位為O ，在微機(jī)的控制下，對(duì)分頻器輸

42、出的2f和4f這兩根信號(hào)線適當(dāng)進(jìn)展相位轉(zhuǎn)換，即改變正弦表ROM初始地址的選取就可以對(duì)輸出的準(zhǔn)正弦波移相，從而得到四種(O ，90 ，180 或270 )相位的準(zhǔn)正弦波(頻率不變)來(lái)作為鑒相器的參考信號(hào)源(4) 鑒相器和雙斜AD轉(zhuǎn)換器。電路鑒相和A/D轉(zhuǎn)換電路由輸出是直流電壓的乘法器、雙斜積分器和以數(shù)字形式描述測(cè)量電壓值的計(jì)數(shù)器組成。乘法器的作用是在一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器把被測(cè)信號(hào)與相位可控的參考信號(hào)相乘，輸出的直流電壓值與這二種輸入電壓相位角差的余弦成比例。雙斜A/D轉(zhuǎn)換器包括三級(jí)電路。雙斜積分器、比擬器和計(jì)數(shù)器(全部由微機(jī)通過(guò) PIA控制)。獲得數(shù)據(jù)的時(shí)間獲得數(shù)據(jù)的時(shí)間包括用于同步的等待時(shí)間和假設(shè)

43、干個(gè)積分周期的時(shí)間獲得數(shù)據(jù)的時(shí)間與多種因素有關(guān)。測(cè)試頻率的選擇，測(cè)量速率的選擇，積分時(shí)間系數(shù)的選擇和用于同步的等待時(shí)間等等。3程序構(gòu)造由于采用了微機(jī)及GPIB接口(IEEE一488)，儀器功能齊全、自動(dòng)化程度高，還具、很強(qiáng)的元件分選功能，表達(dá)了智能儀器的特點(diǎn)儀器的程序構(gòu)造由主程序(見(jiàn)圖6.22)、鍵盤(pán)程序和子程序三局部組成，從流程圖上也可以表達(dá)出儀器的自動(dòng)選檔、屢次測(cè)量取平均值、對(duì)分布參數(shù)校正、對(duì)元件分選時(shí)數(shù)據(jù)輸入和自動(dòng)元件分選等多種功能11.3智能數(shù)TRLC測(cè)量?jī)x周航慈.智能儀器原理于設(shè)計(jì).：航空航天大學(xué)，2005年3月1131概述智能數(shù)字RLC測(cè)量?jī)x就是在單片機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻、電容和電感

44、參數(shù)的數(shù)字化測(cè)量。RLC測(cè)量?jī)x主要有電橋測(cè)量法、諧振測(cè)量法和伏安測(cè)量法3種。 (1)電橋法將被測(cè)參數(shù)與其他精細(xì)器件組成電橋，調(diào)節(jié)電橋器件的參數(shù)值，使電橋平衡，實(shí)現(xiàn)RLC測(cè)量的目的。這種方法測(cè)量準(zhǔn)確度較高，但需要反復(fù)調(diào)節(jié)電橋平衡，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，因而很難實(shí)現(xiàn)快速的自動(dòng)測(cè)量。(2)諧振法是在鼓勵(lì)信號(hào)的作用下使電路形成諧振點(diǎn)，測(cè)量出參數(shù)值。這種方法要求鼓勵(lì)信號(hào)的頻率高，頻率圍寬，一般不容易實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量；而且測(cè)試頻率不固定，調(diào)節(jié)測(cè)試頻率時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)試速度也較慢。(3)伏安法是最經(jīng)典的方法，其測(cè)量原理是采用阻抗定義，即先測(cè)量流過(guò)RLC的相量電流，并測(cè)得RLC阻抗兩端的電壓，再計(jì)算其比率便可得到被測(cè)阻抗的相量

45、。顯然，要實(shí)現(xiàn)這種測(cè)量方法，儀器必須能進(jìn)展相量測(cè)量及相量除法運(yùn)算。只有采用計(jì)算機(jī)技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)這種測(cè)量方法。采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)RLC測(cè)量的電路測(cè)量原理如圖1116所示。設(shè)計(jì)一個(gè)開(kāi)關(guān)S進(jìn)展切換，分別測(cè)量出 , 阻抗兩端的電壓，再由計(jì)算機(jī)迅速計(jì)算出結(jié)果，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)快速測(cè)量。 圖1116伏安法測(cè)量原理框圖假設(shè) 是恒流源， 為標(biāo)準(zhǔn)阻抗， 為被測(cè)阻抗，通過(guò)測(cè)量分別測(cè)出 、 兩端的電壓相量值 、 ，通過(guò)阻抗電壓比就可以計(jì)算出被測(cè)阻抗值 ，其計(jì)算公式為采用伏安法測(cè)量RLC參數(shù)時(shí)，必須選擇好相位坐標(biāo)軸的參考方向，這樣相敏檢波器的輸出就是被測(cè)電壓相量在坐標(biāo)軸上的投影分量。對(duì)相位參考基準(zhǔn)的選取方法，可以有固定軸法和自由軸法兩種。固定軸法要求相敏檢波器的相位參考基準(zhǔn)嚴(yán)格地與式(116)中分母位置上的相量一致，這樣分母只有實(shí)局部量，相量除法簡(jiǎn)化為兩個(gè)標(biāo)量除法運(yùn)算，為此利用雙積分式 AD轉(zhuǎn)換器的比例除法特性即可實(shí)現(xiàn)。但這種方法必須坐標(biāo)鈾固定，才能確保參考 信號(hào)與被測(cè)信號(hào)之間準(zhǔn)確的相位關(guān)系，硬件電路實(shí)現(xiàn)比擬困難。自由軸法必須嚴(yán)格保證被測(cè)參數(shù)相量在z、y兩個(gè)坐標(biāo)軸上投影能準(zhǔn)確正交，相敏檢波器的相位參考基準(zhǔn)(z、y坐標(biāo)軸)可以任意選擇，這樣，只要分別測(cè)量出 、 在直角坐標(biāo)z、y軸上的分量(或投影)， 經(jīng)過(guò)四則運(yùn)算，即可求出最后的結(jié)