一种基于自由轴法的RLC测量电路的制作方法

本发明涉及一种RLC测量电路，尤其涉及一种基于自由轴法的RLC测量电路。

背景技术：

伏安法的测量原理为：采用阻抗的定义，分别测量流过RLC的矢量电流和RLC阻抗两端的矢量电压，再计算其比率即得被测的阻抗矢量。要实现这种测量方法，要求仪器能进行矢量测量和矢量除法运算，因此采用计算机技术实现RLC测量。伏安法测RLC 参数，必须选择好相位坐标轴的参考方向，使相敏检波器的输出就是被测电压矢量在坐标轴上投影。

关于伏安法的相位参考基准方法，有固定轴法和自由轴法2 种。其中，固定轴法要求要求坐标轴必须固定确保参考信号与被测信号之间精确的相位关系，硬件电路实现比较困难。自由轴法则严格要求被测参数矢量在x,y 坐标轴上投影准确正交，而相敏检波器的相位参考基准（x,y 坐标轴）可以任意选择。

技术实现要素：

为了解决用手工万用表进行绝缘性测试时的费时费力、精确度低、方法形势单一的缺点，本发明设计了一种基于自由轴法的RLC测量电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

测量电路主要由正弦波振荡器OSC、半桥测试回路、有源整器D1、比较器COMP、两路相敏检波器和移相电路参数校电路、ICL7135 双积分A/D 转换器以及89C51单片机、键盘、显示器等组成。

所述相敏检波器所需的0°、90°、180°相位基准信号可采用74LS74 来实现，再通过键盘开关的不同切换，可实现串联等效和并联等效测量方式。半桥测试回路输出的信号通过两路相敏检波器PD1 和PD2 进行矢量分量，再由双积分A/D 转换器进行除法运算及A/D 转换， 最后送到单片机处理显示出测试结果。

所述串、并联等效电容的转换由按键开关及电子开关组合完成。

所述电容测量，对于小容量电容（2pF 以下），采用并联等效方式进行测量；对于大容量电容（2pF 以上），采用串联等效方式测量。

所述的电感测量采用串联等效方式。

所述的电阻测量在200 kΩ 以下采用串联等效方式，200 kΩ 以上采用并联等效方式。

本发明的有益效果是：

基于自由轴法的RLC测量电路硬件电路简单，测量速度快、准确度高，克服了原有测试方法的缺点，实现了数字化、智能化和自动化测量，为部队的装备测试与保养带来了便利。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是测量电路原理图。

图2是电容测量等效电路。

图3是电感测量等效电路。

图4是电阻测量等效电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，测量电路主要由正弦波振荡器OSC、半桥测试回路（由电压取样支路A1、电流取样支路A2、量程电阻R4 组成）、有源整流器D1、比较器COMP、两路相敏检波器（PD1、PD2）和移相电路(φ1,φ2,φ3)、ω2参数校电路A3、ICL7135 双积分A/D 转换器以及89C51单片机、键盘、显示器等组成。

如图1，串、并联等效电容的转换由S1、S2按键开关及电子开关SK1、SK2组合完成。

如图1，采用并联等效时，有源整流器D1的输入接到半桥电压支路A1上，振荡器供给半桥测试回路恒压的正弦波激励信号。采用串联等效时，有源整流器D1的输入接到半桥电压支路A2上，振荡器供给半桥测试回路恒流的正弦波激励信号。

如图2，测量小电容C_P时，采用并联等效电路。这时移相器φ₁接成-90°移相，参数计算公式为：

Y＝G+jωC_P

I＝-V₁(G+jωC_P)

V₂＝-IR₃＝V₁R₃(G+jωC_P)＝V₁R₃G+jV₁R₃ωC_P

电容时的测量结果为：双积分A/D的输出读数N等于输入端U_i与U_r的比值。

如图3，测量电感L_X时，采用串联等效电路。参数计算公式为：

V₁＝I(R_S+jωL_X)＝IR_S+jIωL_X

V₂＝-IR₃

U_i＝|V₁j|R_eK_P＝IωK_PL_X

U_r＝|V₂|K_dα＝IR₃K_dα

电感的测量结果为：双积分A/D 的输出读数N 等于输入端U_i与U_r的比值。

如图4，测量电阻R_X时，采用串联等效电路。参数计算公式为：

V₁＝IR_X

V₂＝-IR₃＝-(V₁/R_X)R₃

U_i＝V₁K_P＝IR_XK_P

U_r＝|V₂|K_dα＝(V₁/R_X)R₃K_dα

电阻的测量结果为：双积分A/D的输出读数N等于输入端U_i与U_r的比值。