一种增强型自动平衡桥及其实现开环补偿的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于阻抗测量领域，具体涉及一种增强型自动平衡桥及其实现开环补偿的 方法。
【背景技术】
[0002] 要实现对被测件的电阻R、电感L、电容C、品质因数Q、损耗因数D等参数的测量， 其核心就是进行阻抗的测量，根据阻抗值可推算出其它参数值。目前，实现阻抗测量的方法 有很多种，常用的有电桥法、谐振法、电压-电流法、RF电压-电流法、网络分析法和自动平 衡桥法，每种方法都有各自的优缺点，需要根据不同的应用领域选择不同的阻抗测量方法。 电桥法具有测量精度高、成本低，但是测量频率范围窄，且需要手动调节电桥平衡。谐振法 可以测量具有很高Q值的被测件，但是测量精度低。电压-电流法适合于探头类型测试需 要，但是测量频率范围受到探头变压器的限制。RF电压-电流法具有很高的测量频率和测 量频率范围，但是测量频率低于100kHz时，就不能采用这种方法。网络分析法虽然具有很 高的测量频率，但是只适用于被测件阻抗为50Ω左右的场合，因此阻抗测量范围非常窄。 相对于以上介绍的几种阻抗测量方法，当要求测量频率f多20Hz时，可选择自动平衡桥方 法实现阻抗测量，兼具有测量精度高、测量速度快、测量频率高、阻抗测量范围广等优点。
[0003] 目前，常规型自动平衡桥原理图（如图1所示），利用运算放大器的虚短原理，使 被测件的低端处于"虚地"状态，因此可得到Lp端误差电流Id= 0,即lx=Ir。通过电压 表1和电压表2分别测得Vx和Vr值，Rr为量程电阻值，全部采用高精度、低温漂的标准电 阻，为已知量，这样就可以计算出被测件阻抗值Zx。
[0004] 采用常规型自动平衡桥方法实现阻抗测量，具有设计简单、易于实现，但是因为 受限于运算放大器本身的特性，常规型自动平衡桥方法的测量频率一般最大只能达到 100kHz，为了满足更高的测量频率要求，在常规型自动平衡桥方法的基础上进行改进，得出 一种增强型自动平衡桥方法（如图2所示），增强型自动平衡桥方法相比常规型自动平衡桥 方法，最大区别在于Lp端的反馈环路不一样，常规型自动平衡桥方法只使用1个运算放大 器，而增强型自动平衡桥方法使用过零检测电路、调制-解调电路代替运算放大器，使得增 强型自动平衡桥方法的测量频率最大能够达到110MHz，相比常规型自动平衡桥方法，增强 型自动平衡桥方法的测量频率得到很大程度提高。虽然增强型自动平衡桥方法提高了测量 频率，但是由于增强型自动平衡桥方法增加了过零检测电路、调制-解调电路等反馈环路， 这样就对自动平衡桥快速达到平衡状态产生了影响，使得目前采用的增强型自动平衡桥方 法普遍存在测量速度慢、测量精度低等问题。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种增强型自动平衡桥及其实现 开环补偿的方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有测量速度快、测量精度高等特点。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种增强型自动平衡桥，包括激励源、被测件、电压表、量程电阻、过零检测电路、 调制-解调电路、四端对接口和测量电缆；
[0008] 所述激励源，被配置为用于为被测件提供激励源信号，包括交流信号和直流信号， 交流信号由第一DDS产生；
[0009] 所述电压表包括第一电压表、第二电压表；
[0010] 所述第一电压表，被配置为用于对被测件进行电压测量；
[0011] 所述第二电压表，被配置为用于对量程电阻进行电压测量；
[0012] 所述量程电阻，被配置为用于根据被测件的阻抗范围，选择合适的电阻挡位；
[0013] 所述四端对接口分别为激励源端He、被测件测量端Hp、量程电阻端Lc、误差电流 端Lp;
[0014] 所述激励源、电压表1、量程电阻、过零检测电路分别对应于四端对接口的激励源 端He、被测件测量端Hp、量程电阻端Lc、误差电流端Lp;
[0015] 所述测量电缆包括第一测量电缆、第二测量电缆、第三测量电缆和第四测量电 缆；
[0016] 所述过零检测电路，被配置为用于将误差电流端Lp的误差电流Id进行过零检测 并进行信号处理；
[0017] 所述调制-解调电路，被配置为用于对过零检测电路输出的信号进行调制和解 调；
[0018] 所述第三测量电缆、过零检测电路、调制-解调电路、量程电阻和第四测量电缆形 成一个负反馈环路；
[0019] 当自动平衡桥没有达到平衡状态时，误差电流经过第三测量电缆、过零检测电路、 调制-解调电路、量程电阻、第四测量电缆、第三测量电缆，依次循环，形成负反馈环路，对 负反馈环路的开环损耗进行补偿，闭合负反馈环路，自动平衡桥可达到平衡状态。
[0020] 优选地，所述过零检测电路包括I/V转换电路、信号放大电路、交流耦合电路、第 一D/A转换电路、信号放大及滤波电路和平衡状态检测电路，所述I/V转换电路、信号放大 电路、交流耦合电路、第一D/A转换电路、信号放大及滤波电路和平衡状态检测电路通过线 路依次连接。
[0021] 优选地，所述平衡状态检测电路，被配置为用于检测自动平衡桥是否达到平衡状 ??τ〇
[0022] 优选地，所述调制-解调电路包括0°方向电路和90°方向电路；
[0023] 所述0°方向电路包括第一乘法器、第一积分器、第一可变增益放大器、第一开关、 第一直流电压源和第三乘法器，所述第一乘法器的一端、第一积分器、第一可变增益放大器 的一端通过线路依次连接；第一可变增益放大器的另一端和第三乘法器的一端通过第一开 关连接；所述第一开关设置有两个触点，其中一个触点和第一可变增益放大器的另一端连 接，另一个触点和第一直流电压源的一端连接，所述第一直流电压源的另一端接地；
[0024] 所述90°方向电路包括第二乘法器、第二积分器、第二可变增益放大器、第二开 关、第二直流电压源和第四乘法器，所述第二乘法器的一端、第二积分器、第二可变增益放 大器的一端通过线路依次连接；第二可变增益放大器的另一端和第四乘法器的一端通过第 二开关连接；所述第二开关设置有两个触点，其中一个触点和第二可变增益放大器的另一 端连接，另一个触点和第二直流电压源的一端连接，所述第二直流电压源的另一端接地；
[0025] 第一乘法器的另一端和第二乘法器的另一端组成的公共端连接至过零检测电路 的输出端；第三乘法器的另一端和第四乘法器的另一端组成的公共端连接至量程电阻和第 二电压表组成的公共端。
[0026] 优选地，所述0°方向电路还包括第二D/A转换电路，所述第二D/A转换电路连接 至第一积分器的输入端；所述90°方向电路还包括第三D/A转换电路，所述第三D/A转换 电路连接至第二积分器的输入端。
[0027] 优选地，所述调制-解调电路还包括第三开关、第四开关、第三电压表；所述第三 开关和第四开关的一端组成公共端连接至第三电压表的一端，第三电压表的另一端接地， 所述第三开关的另一端连接至第三乘法器和第四乘法器组成的公共端，第四开关的另一端 连接至第一乘法器和第二乘法器组成的公共端。
[0028] 优选地，所述调制-解调电路还包括第二DSS和反相电路；
[0029] 所述第二DSS输出第一路参考信号V0和第二路参考信号V90分别至第一乘法器 和第二乘法器，第一路参考信号V0和第二路参考信号V90幅度相等、频率相等、相位相差 90。；
[0030] 所述第二DSS输出的第一路参考信号V0和第二路参考信号V90,经反相电路输出 第三路参考信号V180和第四路参考信号V270分别至第三乘法器和第四乘法器，第三路参 考信号V180和第四路参考信号V270幅度相等、频率相等、相位相差90°。
[0031] 此外，本发明还提到一种增强型自动平衡桥的开环补偿方法，该方法采用所述的 一种增强型自动平衡桥，按照如下步骤进行：
[0032] 步骤1 :进行增强型自动平