本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于諧振原理的電感測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

隨著電子工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)電子元件的測(cè)量場(chǎng)合，測(cè)量精度，測(cè)量成本，測(cè)量方法的難易程度有了更高的要求。電感元件已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在振蕩，濾波，延遲，陷波等場(chǎng)合，目前電感測(cè)量方法有很多種，常見(jiàn)的主要有交流電橋法，阻抗相角法和諧振法，它們有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。交流電橋法測(cè)電感的原理和惠斯通電橋法測(cè)電阻的原理相同，都有四個(gè)橋臂，測(cè)量過(guò)程中要用到交流電源，通過(guò)調(diào)節(jié)四個(gè)橋臂中的一個(gè)，使電橋達(dá)到平衡狀態(tài)，從而利用平衡電橋關(guān)系來(lái)求得電感的感抗，間接求得電感量。該方法測(cè)量精度高，但是測(cè)量過(guò)程中需要手動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)值，測(cè)量過(guò)程繁瑣而且測(cè)量周期比較長(zhǎng)。阻抗相角法和歐姆定律類似，通過(guò)測(cè)得流過(guò)電感元件中的電流矢量以及電感兩端電壓的矢量，通過(guò)歐姆定律得到阻抗矢量，進(jìn)而測(cè)得電感量。該方法需要測(cè)量的量比較多，需要多次測(cè)量取平均值。諧振法測(cè)電感是將電感置于振蕩電路中，使電路達(dá)到諧振狀態(tài)，通過(guò)諧振頻率和電容值求出電感值。目前常用的諧振法測(cè)電感裝置一般都需要頻率可調(diào)的交流信號(hào)源提供激勵(lì)和高精度的峰值檢測(cè)電路監(jiān)測(cè)電路是否達(dá)到諧振狀態(tài)，而往往因?yàn)榉逯禉z測(cè)電路的精度不夠高，系統(tǒng)無(wú)法處于完全諧振狀態(tài)，出現(xiàn)失諧，進(jìn)而使電感測(cè)量誤差較大。除了以上三種測(cè)量電感的實(shí)驗(yàn)方法外，實(shí)驗(yàn)室還經(jīng)常用測(cè)感儀測(cè)電感，通過(guò)測(cè)感儀測(cè)電感方便快捷，精度有保證，但是一臺(tái)測(cè)感儀價(jià)格昂貴，難以普及。一些計(jì)算電感量的經(jīng)驗(yàn)公式，通過(guò)電感的一些物理參數(shù)來(lái)計(jì)算電感量，過(guò)程簡(jiǎn)單，但是誤差較大，只能作粗略計(jì)算。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問(wèn)題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種基于諧振原理的電感測(cè)量裝置，無(wú)需使用頻率可調(diào)的交流信號(hào)源和高峰值檢測(cè)電路，解決了普通諧振法的測(cè)量精度問(wèn)題，與交流電橋法，阻抗相角法相比，該方法的測(cè)量電路非常簡(jiǎn)單，測(cè)量過(guò)程非?？旖荩档土藴y(cè)量成本提高了測(cè)量效率。

技術(shù)方案

一種基于諧振原理的電感測(cè)量裝置，其特征在于包括Q₁MOS管、Q₂MOS管、RFC₁電感扼流圈、RFC₂電感扼流圈、D₁二極管、D₂二極管、D₃二極管、D₄二極管、C₁電容、C₂電容、C₃電容、R₁電阻、R₂電阻、R₃電阻、R₄電阻和直流電源；D₁二極管和D₂二極管分別為Q₁MOS管和Q₂MOS管的寄生二極管，C₁和C₂分別為Q₁MOS管和Q₂MOS管漏極與源極之間跨接的電容；R₁電阻與R₂電阻串聯(lián)后并聯(lián)于直流電源，Q₁MOS管的柵極連接于R₁電阻與R₂電阻的分壓端，Q₁的源極接直流電源負(fù)極，Q₁的漏極通過(guò)RFC₁電感扼流圈連接電源正極；R₃電阻與R₄電阻串聯(lián)后并聯(lián)于直流電源，Q₂MOS管的柵極連接于R₃電阻與R₄電阻的分壓端，Q₂的源極接直流電源負(fù)極，Q₂的漏極通過(guò)RFC₂電感扼流圈連接電源正極；D₃二極管的負(fù)端連接于Q₂MOS管的漏極，其正端連接Q₁MOS管的柵極；D₄二極管的負(fù)端連接于Q₁MOS管的漏極(d極)，其正端連接Q₂MOS管柵極；兩個(gè)測(cè)量端分別連接Q₁MOS管和Q₂MOS管的漏極，C₃電容并聯(lián)于兩個(gè)測(cè)量端之間；所述RFC₁與RFC₂電感量相等；所述C₁與C₂電容值相等；所述D₃與D₄二極管相同，所述Q₁MOS管與Q₂MOS管相同，R₁電阻與R₃電阻阻值相等，R₂電阻與R₄電阻阻值相等。

一種利用所述基于諧振原理的電感測(cè)量裝置測(cè)量電感量值的方法，其特征在于：將被測(cè)電感L₃并聯(lián)于兩個(gè)測(cè)量端，測(cè)量L₃兩端電壓的頻率f，根據(jù)求得被測(cè)電感L₃的電感量值，其中：C₁電容與C₃電容已知。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，C₁＝550pF，C₃＝100nF，測(cè)量標(biāo)稱22uH，47uH和100uH的工字電感時(shí)，示波器顯示諧振頻率分別為105.98KHz和72.32KHz，50.85KHz測(cè)量值分別為22.4uH和48.16uH，97.46uH，測(cè)量誤差分別為1.82％和2.47％，2.54％。

有益效果

本發(fā)明提出的一種基于諧振原理的電感測(cè)量裝置，待測(cè)電感與電路中的電容構(gòu)成一個(gè)并聯(lián)振蕩系統(tǒng)，該逆變電路的工作頻率自動(dòng)與并聯(lián)振蕩系統(tǒng)的振蕩頻率保持一致，無(wú)論待測(cè)電感的大小如何，并聯(lián)振蕩系統(tǒng)始終處于諧振狀態(tài)，解決了諧振法測(cè)電感的失諧問(wèn)題，無(wú)需使用頻率可調(diào)交流激勵(lì)信號(hào)和和諧振檢測(cè)裝置，整個(gè)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)成本低，易于普及。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，測(cè)量標(biāo)稱值為22uH，47uH和100uH的工字電感時(shí)，默認(rèn)標(biāo)稱值為標(biāo)準(zhǔn)值的情況下，測(cè)量值與標(biāo)稱值的誤差分別為1.82％和2.47％，2.54％。

與現(xiàn)有的諧振法測(cè)電感裝置相比，不需要特別使用頻率可調(diào)的交流信號(hào)源，也不需要檢測(cè)電路是否達(dá)到諧振狀態(tài)，因?yàn)樵撾娐芳由现绷麟姾?，開(kāi)關(guān)管會(huì)自動(dòng)根據(jù)電感電容參數(shù)而工作在諧振頻率下，解決了失諧問(wèn)題，使測(cè)量精度得以提高。同時(shí)該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)成本低，與實(shí)驗(yàn)室中的測(cè)感儀相比，降低了測(cè)量成本，更易于普及。與交流電橋法，阻抗相角法相比，減小了測(cè)量周期，提高測(cè)量效率。

附圖說(shuō)明

圖1：電感測(cè)量電路拓?fù)鋱D

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

采用兩個(gè)相同的MOS管，RFC是電感扼流圈，相當(dāng)于恒流源，L₃是待測(cè)電感。二極管D₃，D₄的存在使這兩個(gè)MOS管互補(bǔ)工作狀態(tài)下，同一時(shí)刻下，一個(gè)處于開(kāi)通狀態(tài)，則另一個(gè)處于關(guān)斷狀態(tài)。D₁，D₂是MOS管的寄生二極管，C₁，C₂是各自MOS管寄生輸出電容和電路中漏極源極并聯(lián)的電容之和。當(dāng)Q₁管關(guān)斷，Q₂管開(kāi)通時(shí)，C₂兩端電壓為零，C₁，C₃和L₃發(fā)生并聯(lián)諧振。當(dāng)Q₁管開(kāi)通，Q₂管關(guān)斷，C₁兩端電壓為零，C₂，C₃和L₃發(fā)生并聯(lián)諧振。令C₁＝C₂，諧振過(guò)程中，C₁，C₂兩端電壓的變化決定二極管D₃和D₄的開(kāi)通和關(guān)斷，進(jìn)而決定開(kāi)關(guān)管Q₁和Q₂開(kāi)通和關(guān)斷，在C₃和L₃兩端，則產(chǎn)生交流電壓，交流電壓頻率就是系統(tǒng)諧振頻率。系統(tǒng)諧振頻率與開(kāi)關(guān)管工作頻率相同為由此我們可以看出，該電路實(shí)際上是一個(gè)逆變電路，該逆變電路的工作頻率可以自動(dòng)地跟隨系統(tǒng)的諧振頻率，該電路只要上電就一定工作在諧振狀態(tài)。C₁，C₃的值已知，我們只需要用示波器測(cè)出L₃兩端電壓的頻率即可求出待測(cè)電感L₃的電感量。

如圖所示，測(cè)量電路中，選擇開(kāi)關(guān)管的要求是根據(jù)無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的工作頻率，這里MOS管采用IRFP360，C₁，C₂直接采用IRFP360的輸出電容C_oss為560pF，D₃和D₄采用FR604，RFC₁和RFC₂是220uH電感，C₃采用104電容100nF，DC電壓取5～10V，L₃是被測(cè)電感。工作時(shí)Q₁，Q₂因?yàn)樾酒町悾豢赡芡瑫r(shí)導(dǎo)通。工作過(guò)程如下：

假設(shè)Q₁導(dǎo)通，Q₂關(guān)斷，則二極管D₃關(guān)斷，D₄開(kāi)通，Q₁的導(dǎo)通電阻R_(on)很小，此時(shí)C₁兩端電壓為0V。Q₂關(guān)斷，RFC₂給C₂，C₃充電，電感L₃也給C₃充電，C₂兩端電壓迅速上升。當(dāng)電感L₃電流為零時(shí)，RFC₂同時(shí)給L₃，C₂，C₃充電，電感L₃電流反向增加，C₂兩端電壓繼續(xù)上升，當(dāng)電感L₃電流大于RFC₂的電流時(shí)，RFC₂，C₂，C₃共同給電感L₃供電，C₂兩端電壓開(kāi)始下降，下降到時(shí)，D₃導(dǎo)通，此時(shí)Q₁門限電壓等于C₂兩端電壓，當(dāng)C₂兩端電壓繼續(xù)下降到MOS管的開(kāi)關(guān)門限電壓U_th(on)時(shí)，Q₁關(guān)斷，此時(shí)Q₂仍然處于關(guān)斷狀態(tài)。Q₁關(guān)斷，C₁兩端電壓迅速升高，C₂兩端電壓繼續(xù)下降，當(dāng)C₁兩端電壓上升為U_th(on)時(shí)，Q₂導(dǎo)通，當(dāng)C₁兩端電壓上升為時(shí)，D₄關(guān)斷，此時(shí)工作狀態(tài)為Q₁關(guān)斷，Q₂導(dǎo)通，二極管D₃導(dǎo)通，D₄關(guān)斷，分析過(guò)程與上述類似，此時(shí)C₃和L₃兩端電壓波形反向。電路穩(wěn)定工作狀態(tài)下，Q₁，Q₂會(huì)有少許同時(shí)處于關(guān)斷的死區(qū)時(shí)間，考慮到U_th(on)一般為2～3V，C₁和C₂容量又很小，電壓上升很快，死區(qū)時(shí)間很小可忽略不計(jì)。

電路穩(wěn)定工作時(shí)，電感L₃兩端電壓為交流電壓，交流電壓頻率為C₁，C₃和L₃的并聯(lián)諧振頻率，交流電壓頻率與電磁諧振系統(tǒng)諧振頻率相同，即實(shí)現(xiàn)了頻率跟隨，只要電路通電，則該電路始終工作在諧振狀態(tài)下，只需用示波器測(cè)出L₃兩端交流電壓頻率f，可得