一种便携式电阻抗谱测量仪器及其使用方法

本发明涉及电阻抗谱测量仪，尤其涉及一种便携式电阻抗谱测量仪器及其使用方法。

背景技术：

1、电阻抗谱是指在一定频率范围内施加交流电流(或电压)下阻抗的变化情况。研究电阻抗谱是一种常见的用于分析样品的无源电特性的方法，广泛应用于研究生物与非生物材料的电学特性。

2、在过去，电阻抗谱测量的研究都需要在实验室环境中，通过使用笨重而昂贵的台式阻抗分析仪进行。使用这种传统的台式阻抗分析仪不仅价格昂贵，而且不易携带。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种便携式电阻抗谱测量仪器及其使用方法，解决了使用传统台式阻抗分析仪测量样品电阻抗谱不便携、传统台式阻抗分析仪价格高昂的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种便携式电阻抗谱测量仪器，包括阻抗采集模块、主控、无线模块和线性稳压模块，所述主控分别与所述阻抗采集模块和所述无线模块连接，所述线性稳压模块与所述阻抗采集模块连接；

3、所述阻抗采集模块，由阻抗转换器网络分析芯片内部产生幅值与频率可控的正弦波扫描信号对外部阻抗进行激励，激励信号经过放大、滤波后被数模转换器取样，并经过离散傅里叶变换得到阻抗的实部值与虚部值；

4、所述主控，用于对所述阻抗转换器网络分析芯片的编程，并通过所述无线模块实现联网，并将数据发送到手机端；

5、所述无线模块，从所述主控接收数据，将数据发送至手机app，实现手机上位机和所述主控的双向交互；

6、所述线性稳压模块，用于为整个系统中各个模块提供稳定电压。

7、其中，所述阻抗采集模块包括阻抗转换器网络分析芯片、场效应管输入运放和反馈电阻，所述阻抗转换器网络分析芯片与所述主控连接，所述场效应管输入运放与所述阻抗转换器网络分析芯片连接，所述反馈电阻分别与所述阻抗转换器网络分析芯片和所述场效应管输入运放连接。

8、其中，所述阻抗采集模块还包括两个导电金属片，其中一个所述导电金属片与所述阻抗转换器网络分析芯片连接；另一个所述导电金属片与所述场效应管输入运放连接。

9、一种便携式电阻抗谱测量仪器使用方法，包括以下步骤：

10、阻抗转换器网络分析芯片内部产生幅值与频率可控的正弦波扫描信号对外部阻抗进行激励，并选取10khz～100khz的扫频信号作为激励信号；

11、所述激励信号经过放大、滤波后被数模转换器取样，所述阻抗转换器网络分析芯片内部的离散傅里叶变换会自动计算出被测阻抗的实部值与虚部值，并将其保存在内部的寄存器中；

12、提取寄存器中储存的被测阻抗的实部值与虚部值，并计算出被测阻抗幅值；

13、计算出被测阻抗的阻抗值。

14、其中，阻抗转换器网络分析芯片内部产生幅值与频率可控的正弦波扫描信号对外部阻抗进行激励，并选取10khz～100khz的扫频信号作为激励信号，所述步骤还包括：

15、所述阻抗转换器网络分析芯片产生10khz～100khz的扫频信号作为激励信号，即输出以10khz为起始扫描频率、10khz为频率增量的10段正弦信号，其中，起始扫描频率、频率增量和增量数预先储存在所述阻抗转换器网络分析芯片的寄存器中；

16、通过主控计算出扫描频率码、频率增量码和增量数码，并将其存放入所述寄存器中，之后所述阻抗转换器网络分析芯片在接收到测量命令后将自动根据设定好的数值输出10khz～100khz的扫描信号。

17、其中，所述激励信号经过放大、滤波后被数模转换器取样，所述阻抗转换器网络分析芯片内部的离散傅里叶变换会自动计算出被测阻抗的实部值与虚部值，并将其保存在内部的寄存器中，所述步骤还包括：

18、所述激励信号经过放大、滤波后被数模转换器取样，并经过离散傅里叶变换公式得到阻抗的实部值与虚部值。

19、其中，计算出被测阻抗的阻抗值，所述步骤还包括：

20、在所述阻抗转换器网络分析芯片的vin和vout两个引脚间接入1％精度的1kω无源电阻，计算出反馈电阻为1kω下增益系数的值；

21、多次测量求出增益系数的值，并取其平均值作为比例增益系数的值；

22、根据比例增益系数和被测阻抗幅值求出被测阻抗的阻抗值。

23、本发明的一种便携式电阻抗谱测量仪器及其使用方法，所述阻抗采集模块由阻抗转换器网络分析芯片内部产生幅值与频率可控的正弦波扫描信号对外部阻抗进行激励，激励信号经过放大、滤波后被数模转换器取样，并经过离散傅里叶变换得到阻抗的实部值与虚部值；所述主控对所述阻抗转换器网络分析芯片的编程，并通过所述无线模块实现联网，并将数据发送到手机端；所述无线模块从所述主控接收数据，将数据发送至手机app，实现手机上位机和所述主控的双向交互；所述线性稳压模块为整个系统中各个模块提供稳定电压。使用阻抗转换器网络分析芯片设计阻抗采集电路，所述主控作为微处理器分析数据，设计了一种便携式电阻抗谱测量仪器，降低了生产成本，使得电阻抗谱的测量更为便捷。解决使用传统台式阻抗分析仪测量样品电阻抗谱不便携、传统台式阻抗分析仪价格高昂的问题。

技术特征：

1.一种便携式电阻抗谱测量仪器，其特征在于，包括阻抗采集模块、主控、无线模块和线性稳压模块，所述主控分别与所述阻抗采集模块和所述无线模块连接，所述线性稳压模块与所述阻抗采集模块连接；

2.如权利要求1所述的便携式电阻抗谱测量仪器，其特征在于，

3.如权利要求2所述的便携式电阻抗谱测量仪器，其特征在于，

4.一种便携式电阻抗谱测量仪器使用方法，适用于如权利要求1所述的便携式电阻抗谱测量仪器便携式电阻抗谱测量仪器，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的便携式电阻抗谱测量仪器使用方法，其特征在于，阻抗转换器网络分析芯片内部产生幅值与频率可控的正弦波扫描信号对外部阻抗进行激励，并选取10khz～100khz的扫频信号作为激励信号，所述步骤还包括：

6.如权利要求4所述的便携式电阻抗谱测量仪器使用方法，其特征在于，所述激励信号经过放大、滤波后被数模转换器取样，所述阻抗转换器网络分析芯片内部的离散傅里叶变换会自动计算出被测阻抗的实部值与虚部值，并将其保存在内部的寄存器中，所述步骤还包括：

7.如权利要求6所述的便携式电阻抗谱测量仪器使用方法，其特征在于，计算出被测阻抗的阻抗值，所述步骤还包括：

技术总结
本发明涉及电阻抗谱测量仪技术领域，具体涉及一种便携式电阻抗谱测量仪器及其使用方法，包括阻抗采集模块、主控、无线模块和线性稳压模块，阻抗采集模块由阻抗转换器网络分析芯片内部产生幅值与频率可控的正弦波扫描信号对外部阻抗进行激励，激励信号经过放大、滤波后被数模转换器取样，并经过离散傅里叶变换得到阻抗的实部值与虚部值；主控对阻抗转换器网络分析芯片编程，并通过无线模块实现联网；无线模块实现手机上位机和主控的双向交互；线性稳压模块为整个系统中各个模块提供稳定电压。解决使用传统台式阻抗分析仪测量样品电阻抗谱不便携、传统台式阻抗分析仪价格高昂的问题。

技术研发人员：卢锦椿,李子怡,张琦
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7