一种单端口阻抗检测装置、方法及电子设备与流程

本发明属于阻抗检测，具体涉及一种单端口阻抗检测装置、方法及电子设备。

背景技术：

1、阻抗对于电路性能来说举足轻重。阻抗的定义是对于特定的频率信号，电子电路或元件对信号电流所呈现的阻碍现象，可以用z进行表示，z通常是复数。阻抗z包含实部跟虚部两部分，一般用r+jx进行描述，r表示阻抗，x表示电抗。

2、现有的阻抗检测方法有平衡电桥法、谐振法、伏安法。

3、平衡电桥法是一种模拟测量的方式，常用的电桥分为直流电桥与交流电桥两种，直流电桥主要应用在测量纯电阻方面，依据其不同的电路结构，又细分成两种单、双臂电桥。单臂电桥或双臂电桥一般用来测量阻值，只是擅长测量阻值的范围不同。平衡电桥法的优点是测量精度高，通过增加不同频段范围的电桥可以扩展测量频宽，成本低廉；劣势是操作非常繁琐，要求反复人为调整，并且测量频段较窄。

4、谐振法也是釆用模拟测量阻抗的一种方式，其是根据ｌｃ回路谐振时呈现的高阻或低阻特性来进行计算。它的实现电路简便，技术难度比高频电桥略小，其电路元件可以被当作调谐回路的元件，可采用谐振法测量阻抗。谐振法的优点是测量电路的ｑ值可以很高，缺点是每次测量需要重新调谐，测量的精度较电桥法低，可测的频段也较窄。此外，谐振法要求有较高频率的激励信号，一般不容易满足高精度测量的要求，且由于测试频率不固定，测试速度也很难提高。

5、伏安法测阻抗是利用待测负载上的电压与电流关系，并通过参考负载的电压电流关系计算阻抗。伏安法利用数字处理方法，快速便捷，避免采用繁琐的模拟电路，提高了抗干扰性，一般是在使用探头测量的场景下，工作频宽主要受制于探头端的变压器。伏安法主要用于低频范围和接地器件。

6、综上，现有的阻抗检测技术难以实现对测试件的在线测量，也难以兼顾宽频段、高测试速度、高精度测量，基于此，为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种单端口阻抗检测装置及方法。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有的阻抗检测技术难以实现对测试件的在线测量，难以兼顾宽频段、高测试速度和高精度测量的问题，提出了一种单端口阻抗检测装置、方法及电子设备。

2、本发明的技术方案是：一种单端口阻抗检测装置包括信号源、信号分离器、发射信号采集模块、发射信号处理模块和数据处理模块；

3、信号分离器的信号输入端和信号源的输出端连接；信号分离器的测试件测试端口和测试件连接；信号分离器的发射信号采集端口和发射信号采集模块的输入端连接；信号分离器的反射信号采集端口和反射信号采集模块的输入端连接；发射信号采集模块的信号输出端和反射信号采集模块的信号输出端分别与数据处理模块的第一输入端和第二输入端连接。

4、进一步地，信号源的工作频率范围的下限值小于单端口阻抗检测装置的工作频率范围的下限值，信号源的工作频率范围的上限值大于单端口阻抗检测装置的工作频率范围的上限值。

5、进一步地，数据处理模块用于对发射信号采集模块采集的发射信号数据以及反射信号采集模块采集的反射信号数据分别进行数据处理，获取对应的iq信号，并根据iq信号获取发射信号的幅度和相位以及反射信号的幅度和相位，并根据射信号的幅度和相位、反射信号的幅度和相位以及预校准系数确定测试件的复阻抗值。

6、进一步地，数据处理模块包括发射信号处理模块、反射信号处理模块、阻抗解算模块和结果上报模块；

7、发射信号采集模块的输出端和发射信号处理模块的输入端连接；反射信号采集模块的输出端和反射信号处理模块的输入端连接；发射信号处理模块的输出端和阻抗解算模块的第一输入端连接；反射信号处理模块的输出端和阻抗解算模块的第二输入端连接；阻抗解算模块的输出端和结果上报模块连接。

8、进一步地，发射信号处理模块用于将发射信号采集模块输出的第一数字信号转换为第一iq信号，并根据第一iq信号确定发射信号的幅度和相位；

9、反射信号处理模块用于将反射信号采集模块输出的第二数字信号转换为第二iq信号，并根据第二iq信号确定反射信号的幅度和相位；

10、阻抗解算模块用于根据发射信号的幅度和相位、反射信号的幅度和相位以及预校准系数，确定测试件的复阻抗值。

11、本发明的有益效果是：

12、（1）本发明采用同一脉冲来发出采样和dac输出命令来实现同步，从而实现同步采样，以保证测量结果不受不同步时的截断误差影响。同时具有高的频率稳定性；

13、（2）本发明具有宽的工作频率范围，可覆盖直流到几十ghz的频率范围，从而使得阻抗的测量可在其实际工作频率上进行测量变得十分方便；

14、（3）现有的两端口或多端口阻抗检测设计，要检测工作中的电学器件，通常要将其停止工作后拆卸以便于测量，本发明阻抗检测装置采用单端口设计，更便于实现测试件的无拆卸在线检测。

15、基于以上装置，本发明还提出一种单端口阻抗检测方法，包括以下步骤：

16、s1、采集信号源发出的发射信号，并将发射信号转换为第一数字信号；采集测试件反射的反射信号，并将反射信号转换为第二数字信号；

17、s2、根据第一数字信号获取第一iq信号，并根据第一iq信号确定发射信号的幅度和相位；根据第二数字信号获取第二iq信号，并根据第二iq信号确定反射信号的幅度和相位；

18、s3、根据发射信号的幅度和相位以及反射信号的幅度和相位，确定发射信号以及反射信号；并根据发射信号以及反射信号，计算测试件的反射系数；

19、s4、根据测试件的反射系数和预校准系数，计算测试件的复阻抗值。

20、进一步地，s4中，测试件的复阻抗值的计算公式为：

21、；

22、；

23、式中，表示标准匹配负载的特性阻抗，表示误差修正后的反射系数，表示测试件的反射系数，表示第一预校准系数，表示第二预校准系数，表示第三预校准系数。测试件的反射系数为反射信号与发射信号之比。

24、进一步地，预校准系数包括第一预校准系数、第二预校准系数和第三预校准系数；

25、第一预校准系数的计算公式为：

26、；

27、第二预校准系数计算公式为：

28、；

29、第三预校准系数的计算公式为：

30、；

31、式中，表示标准开路负载对应的参考面反射系数，表示标准短路负载对应的参考面反射系数，表示标准匹配负载对应的参考面反射系数。

32、进一步地，预校准系数包括第一预校准系数、第二预校准系数和第三预校准系数；

33、第一预校准系数的计算公式为：

34、；

35、第二预校准系数计算公式为：

36、；

37、第三预校准系数的计算公式为：

38、；

39、式中，表示标准开路负载对应的参考面反射系数，表示标准短路负载对应的参考面反射系数，表示标准匹配负载对应的参考面反射系数。

40、本发明的有益效果是：

41、（1）本发明所建立的阻抗检测误差修正模型简洁且精度高，校准过程花费时间短，阻抗检测装置一经校准，可实现长时间自动在线高精度工作。

42、（2）本发明从器件工作参数范围和算法等多角度考虑，实现了兼顾宽频段、高测试速度、高测量精度以及实时在线的阻抗检测。

43、为实现上述目的，本发明还提供了一种电子设备，电子设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的单端口阻抗检测程序，单端口阻抗检测程序被处理器执行时实现上述单端口阻抗检测方法的部分或全部步骤。