一种测量RLC参数的方法与流程

本发明涉及RLC参数测量技术领域，涉及电子、嵌入式、电路等相关技术，特指一种基于伏安法侧阻抗原理的测量RLC参数方法。

背景技术：

在现代测控系统中，往往要对RLC参数进行实时测量，其精度的高低对系统的功能有决定性的影响。元器件在不同频率测试下，尤其是高频段，其性能和指标都会发生变化。传统的测量方式都是模拟式，有伏安法、电桥法、谐振法等，其精度差，测量频率低，无法满足高频下对元器件的测量。随着对测试频率要求的提高，基于伏安法的半桥平衡法成为了主流方式，提高了测量的准确度。可是在相位关系的处理上，所有可查文献都直接计算出相位，过程繁杂，影响了测量系统的精度。本文提出了一种可以避免直接计算相位的算法。

为此，本发明提出了一种可以避免直接计算相位的算法技术，用于RLC参数的测量。该方法基于矢量电压电阻电抗分量的分离，利用相位差正余弦来得到RLC的阻值，从而避免了繁杂的相位差计算，在简便的基础上又提高了测量精度。

技术实现要素：

本发明是为了传统的测量方式，如模拟式，有伏安法、电桥法、谐振法等，其精度差，测量频率低，无法满足高频下对元器件的测量不足，提出一种效率更高、精度更高的RLC参数测量方法。该方法通过矢量电压电阻电抗分量的分离，利用相位差正余弦来得到RLC的阻值，从而避免了繁杂的相位差计算，在简便的基础上又提高了测量精度。

本发明进行冰形轮廓测量的步骤包括：S1：RLC参数测量原理；S2：矢量信号的处理；S3：通过对半桥电路两输出正弦信号采样序列进行算法处理；S4：测量系统组成；

在步骤S1中，典型的半桥平衡电路如图1所示，为限流电阻，待测阻抗，为标准精密电阻，G为虚地点。将输入信号送入半桥电路，利用运放A的虚地特性，调节桥臂电阻，使与被侧阻抗相匹配以实现半桥电路的平衡。同时取出被侧阻抗两端信号和标准电阻两端信号，它们具有相同的频率（测试频率），即：

（1）

和分别为信号和的有效值，和分别为信号和的初相位。

对正弦信号电路而言，直接用三角函数进行运算时相当复杂的，工程中常常采用向量法来分析正弦电流电路，不仅简化了运算步骤，还将瞬时值的微分方程变为向量的代数方程。向量法是以复数表示正弦函数作为基础的。

设有信号，具有角频率和初相位，U为它的有效值，根据欧拉公式有，为复指数函数，而为表示正弦信号的向量。

设向量和分别为正弦信号和的矢量电压， 因此图1可转化成矢量电路，如图2所示。因此：

（1）

其中，，为信号和的初相位之差。

通过对信号和的处理，可以实现电阻和电抗的分离，即有：

（2）

在实际电路中，主要考虑电感的导线损耗和电容的介质损耗的影响因素，测量电路模型为图3，为待测电感，为导线损耗阻抗，为待测电容，为介质损耗阻抗。

电感的品质因素和损耗系数分别为:

（3）

电容的品质因素和损耗系数分别为：

（4）

由公式（2）（3）（4）可知，RLC参数的测量和被侧阻抗两端信号和标准电阻两端信号相关联。因此，RLC参数的测量可以转化为对信号和的测量和处理。

步骤S2中矢量信号相位差的处理，首先要描述下连续信号相位差的处理原理，设有两个的正弦信号和，它们具有相同的角频率，周期T。

（5）

、分别为、的有效值，、分别为、的初相位。则：

（6）

其中，，。

因为，因此有

（7）

由公式（5）可看出，为常量，而虽然为变量，但余弦函数在一周期内的积分为0。因此假设，周期为。则其均值

。设信号和的初相位之差为，因此：

（8）

由公式（2）可知，我们只需要知道的余弦和正弦，具体取什么值无需知道。从泰勒级数的结果来看是有很大误差的。因此，本文在这里做了改进，无需测量，直接利用的余弦来计算。即：

（9）

由可求出相位差正弦。

步骤S3中通过对半桥电路两输出正弦信号采样序列进行算法处理，采样序列相位差的处理。

当信号和经过单片机的同步A/D采样后的到离散序列。其采样序列可表示为：

其中，和分别为序列的有效值。

（10）

设， ，因此

（11）

（12）

（13）

可见，信号和相位之差可转化为对和的采样信号和的处理。

此外，测量中为匹配电阻，是已知量。在采样点足够且满足奈圭斯特定律的情况下，可认为。因此通过公式（10），信号和的有效值和同样可转化为和的采样信号的处理。

步骤S4：通过微处理器MCU对信号，同步A/D采样获得序列，由内置的硬件乘法器将采样信号进行乘法运算获得信号。通过MCU的内部运算和控制，可求出RLC的阻抗并显示。

本发明提出的基于伏安法侧阻抗原理的测量法利用摄像机成像原理，通过通过对半桥电路两输出正弦信号采样序列进行算法处理，只需计算信号有效值就可确定RLC的阻抗，从而避免计算信号相位差的繁杂过程。用这种方法来测量RLC参数时只需要计算信号有效值就可确定RLC的阻抗，测量时的计算也比传统的方法简单，利用相位差正余弦来得到RLC的阻值如。这样有效地避免避免计算信号相位差的繁杂，并且测量精度高，实用性强。

本发明有益效果是。

1、本发明提出的冰形轮廓测量方法是基于伏安法侧阻抗原理，通过对半桥电路两输出正弦信号采样序列进行算法处理，只需计算信号有效值就可确定RLC的阻抗，从而避免计算信号相位差的繁杂过程。测量精度高，实用性强。

2、本发明是基于矢量电压电阻电抗分量的分离，利用相位差正余弦来得到RLC的阻值。

附图说明

图1为半桥电路测量原理图。

图2为半桥电路测量矢量图。

图3品质因素和损耗系数测量电路图。

图4为系统原理框图。

具体实施方式

半桥电路测量原理图如图1所示为限流电阻，待测阻抗，为标准精密电阻，G为虚地点。将输入信号送入半桥电路，利用运放A的虚地特性，调节桥臂电阻，使与被侧阻抗相匹配以实现半桥电路的平衡。

系统框图如图2所示：通过对信号和的处理，可以实现电阻和电抗的分离.

系统模块示意图如图3所示：在实际电路中，主要考虑电感的导线损耗和电容的介质损耗的影响因素，测量电路模型为图3，为待测电感，为导线损耗阻抗，为待测电容，为介质损耗阻抗。

关键结构示意图如图4所示：通过微处理器MCU对信号，同步A/D采样获得序列，由内置的硬件乘法器将采样信号进行乘法运算获得信号。通过MCU的内部运算和控制，可求出RLC的阻抗并显示。