本實用新型涉及一種電子元器件的測量裝置，尤其是涉及虛擬儀器的阻抗測量裝置，適用于實驗室教學(xué)和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

隨著電子科學(xué)技術(shù)的提高，人們對電子產(chǎn)品精度要求越來越高。市面上大多的電子產(chǎn)品都是由最基本的電子元器件構(gòu)成的，主要包括電阻、電容、電感。其中，阻抗是元器件固有的最基本的特性，因此在提高電子產(chǎn)品精度的過程中阻抗的測量就顯得尤為重要。另外，元器件在不同的信號頻率和電平下,其性能和指標都會受到影響。因此，我們設(shè)計實現(xiàn)了一種實驗室阻抗測量裝置，能夠在測量元器件參數(shù)的同時，反映元器件的構(gòu)成和電性，有助于實驗室的實驗研究，對高精度儀器的研究有很大的幫助。

CN201583595U公開了“RCL元件或其組件等效阻抗測量儀”采用電橋法實現(xiàn)對元器件參數(shù)的測量，雖然精度高，但測量電路復(fù)雜，電橋平衡調(diào)節(jié)時間長，很難實現(xiàn)快速測量；

CN203606434U公開了“阻抗測量電路”采用單片機與相敏檢波相結(jié)合，通過將阻抗轉(zhuǎn)換為電壓進行測量，其電路結(jié)構(gòu)簡單，但操作復(fù)雜，需要提前計算頻率范圍，具有一定的局限性；

CN102175921A公開了“一種基于FPGA的便攜式阻抗測量儀表”將阻抗分成實部和虛部進行測量，降低了測量的難度，但測量過程復(fù)雜，需要根據(jù)被測阻抗的大小選擇標準電阻，不能夠?qū)崿F(xiàn)自動測量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的就在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于實驗室教學(xué)和應(yīng)用的虛擬儀器的實驗室阻抗測量裝置

本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

設(shè)計思想是采用FPGA和DDS頻率合成技術(shù)與阻抗測量中的伏安法相結(jié)合的方式設(shè)計實現(xiàn)的虛擬實驗室阻抗測量裝置。

虛擬儀器的實驗室阻抗測量裝置，是由微處理器經(jīng)雙口RAM與總線接口連接，微處理器經(jīng)譯碼控制、地址累加器和時鐘發(fā)生器與晶振連接，開關(guān)分別與A/D轉(zhuǎn)換、譯碼控制、相敏檢波、激勵信號波形存儲和阻抗/矢量電壓轉(zhuǎn)換連接，相敏檢波經(jīng)低通濾波a、A/D轉(zhuǎn)換和鎖存器與微處理器連接，地址累加器經(jīng)基準信號波形儲存與相敏檢波連接，地址累加器經(jīng)激勵信號波形存儲、D/A轉(zhuǎn)換和低通濾波b與阻抗/矢量電壓轉(zhuǎn)換連接，微處理器與時鐘發(fā)生器連接構(gòu)成。

有益效果：本實用新型是虛擬儀器與模擬硬件電路的結(jié)合，適用于實驗室研究、工業(yè)測量領(lǐng)域的虛擬阻抗測量系統(tǒng)。與現(xiàn)有的阻抗測量儀器相比具有以下特點：1.能夠有效的對電感、電容、電阻元器件的參數(shù)進行測量，并能夠?qū)﹄姼?、電容、電阻的組合參數(shù)進行測量，且具有較高的測量精度，其測量精度為±0.5％。2.測量范圍廣，可自主選擇激勵信號的電壓、頻率，選擇合適的標準電阻；還可根據(jù)需要設(shè)置以上參數(shù)，有助于實驗室研究元器件的性能與頻率、電壓之間的關(guān)系。3.采用相敏檢波模塊對同頻率信號鑒相，分別對被測阻抗的實部和虛部分別進行測量，具有較強的抗干擾性，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量。4.該裝置采用虛擬儀器的可視化面板顯示并控制儀器，操作簡單，且測量精度高，可根據(jù)測量要求改變測量條件，應(yīng)用范圍廣泛。

附圖說明

圖1為虛擬儀器的實驗室阻抗測量裝置結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為阻抗/矢量電壓轉(zhuǎn)換電路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步地詳細描述，

虛擬儀器的實驗室阻抗測量裝置，如圖1所示，是由微處理器經(jīng)雙口RAM與總線接口連接，微處理器經(jīng)譯碼控制、地址累加器和時鐘發(fā)生器與晶振連接，開關(guān)分別與A/D轉(zhuǎn)換、譯碼控制、相敏檢波、激勵信號波形存儲和阻抗/矢量電壓轉(zhuǎn)換連接，相敏檢波經(jīng)低通濾波a、A/D轉(zhuǎn)換和鎖存器與微處理器連接，地址累加器經(jīng)基準信號波形儲存與相敏檢波連接，地址累加器經(jīng)激勵信號波形存儲、D/A轉(zhuǎn)換和低通濾波b與阻抗/矢量電壓轉(zhuǎn)換連接，微處理器與時鐘發(fā)生器連接構(gòu)成。

該阻抗測量裝置主要是利用微處理器通過雙口RAMIDT7130實現(xiàn)和系統(tǒng)總線的接口，并通過中斷機制實現(xiàn)和系統(tǒng)控制器模塊的通信。微處理器負責(zé)系統(tǒng)的初始化包括向雙口RAM寫入配置信息、設(shè)置電路初始狀態(tài)，并處理總線發(fā)送過來的命令，控制相應(yīng)的電路單元。其信號發(fā)生器模塊主要包括時鐘發(fā)生器、地址累加器、波形數(shù)據(jù)存儲器、低通濾波和D/A轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生的信號作為激勵信號和基準信號。當(dāng)通過阻抗轉(zhuǎn)換電路后獲得需要測量的電壓信號后，相敏檢波器將該電壓信號與基準信號相乘，將矢量電壓分離成兩組分別投影在0°、90°和180°、360°坐標軸上的分量，將矢量電壓進行實部和虛部的分離，達到鑒相的目的。再通過濾波處理后將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將數(shù)據(jù)上傳上層數(shù)據(jù)庫中。最后，利用LabVIEW軟件進行編程，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理和顯示界面的設(shè)計。

虛擬阻抗實驗室測量裝置是通過伏安法實現(xiàn)對阻抗的測量，其原理是將被測元件與標準元件串聯(lián)，通過它們的電流相同，測量出被測元件與標準件兩端的電壓，通過歐姆定律求出被測元件的阻抗值。由于阻抗是矢量，在測量的過程中需要與現(xiàn)代的計算機技術(shù)相結(jié)合，降低矢量除法的計算難度，從而達到快速測量的目的。本系統(tǒng)主要由信號源模塊、測量電路模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊構(gòu)成。

信號源模塊主要用來產(chǎn)生激勵信號和基準信號，其中激勵信號主要用來產(chǎn)生阻抗向矢量電壓轉(zhuǎn)換所需要的激勵信號和轉(zhuǎn)換后的矢量電壓信號，基準信號作為轉(zhuǎn)換后的電壓和相敏檢波器的基準源。該模塊主要包括地址累加器、基準信號波形存儲器、激勵信號波形存儲器、D/A轉(zhuǎn)換電路、濾波電路等部分。波形存儲器存儲正弦波形數(shù)據(jù)，地址累加器控制波形存儲器輸出電路所需要的基準信號和激勵信號，便于后續(xù)測量電路的測量。

測量電路模塊主要將阻抗測量轉(zhuǎn)換為矢量電壓測量，其原理圖如圖2所示。圖中U₀為激勵信號，Z_x為被測件，Z_s為標準電阻，為了擴大測量范圍，提高整體的測量精度，其中標準件的選擇為20Ω、1k、50k三個檔位。通過測量被測件兩端的電壓U_x，標準件兩端電壓U_s，通過歐姆定律定義可得：

公式(1)還可以表示為：

由于Z_s為標準件，其值已知，只需測量出U_x的實部和虛部U₁、U₂及U_s的實部和虛部U₃、U₄就可以得到被測阻抗Z_x。

數(shù)據(jù)處理模塊包括數(shù)據(jù)通訊、相敏檢波、A/D轉(zhuǎn)換、濾波處理等。

虛擬阻抗實驗室測量裝置是采用系統(tǒng)總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊的，通過對比我們采用RMS系統(tǒng)總線，在降低成本的同時，滿足整體的功能需求。由于被測的電壓為矢量，為了降低矢量除法的計算難度，采用相敏檢波將矢量電壓的實部和虛部進行分離。經(jīng)過相敏檢波器處理后的電壓為模擬量需要A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過濾波等處理可以避免有干擾引起的誤差。

數(shù)據(jù)顯示模塊主要包括庫函數(shù)的調(diào)用、虛擬控制顯示界面設(shè)計、程序框圖設(shè)計三部分。通過庫函數(shù)的調(diào)用實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置、系統(tǒng)功能的實現(xiàn)等。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸給軟件時，需要對數(shù)據(jù)進行處理，便于顯示，通過處理后的數(shù)據(jù)能夠精確清晰的顯示在顯示界面上。虛擬控制顯示具有良好的人機交互界面，滿足測量的要求。