自由轴法的rlc测量仪表设计

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1、基于自由轴法的RLC测量仪表设计技术要求：1)测量准确度：  O.05％．2)显示范围::0.0001mH---99999H．        C:O.0001pf---99999．        R:O.0001---99999k主要参考文献：1、  童长飞　编著．Ｃ８０５１Ｆ系列单片机开发与Ｃ语言编程．北京：北京航空航天大学出版社，２００５年２月．2、赵茂泰主编.智能仪器原理及应用.北京：电子工业出版社，2005年1月.3、陈尚松等编著.电子测量与仪器.北京：电子工业出版社，2007年2月4、李腊元，官本云编著.智能化仪器仪表.北京：科学出版社，1993

2、年5、阎石主编.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，1998年11月6、周航慈编著.智能仪器原理与设计.北京：北京航空航天大学出版社，2005年3月课题内容及工作量：本课题研究了包括固定轴法在内的几种RLC的传统测量方法，并进行了优缺点的分析和论证，采用了较先进的自由轴法，给出了具体实现方案。本课题要求设计正弦信号源、基准相位发生器、积分式A/D转换器和微处理器控制电路，以及数字显示电路。要求对于自由轴法的计算方法进行严密推倒，分析电子线路实现时可能造成的误差，以及软件编程对本仪器精度的影响。整个设计要求设计并画出全部硬件电路图和详细的程序流程图，应着

3、重描述清楚系统的程序流程和算法的程序设计要点。说明：为避免与其它（本届的电导率测量和上届的RLC测量仪器）题目的实现方案重复，对于同一环节（例如积分式A/D）的实现应不同。建议本题的双积分A/D采用运算放大器和比较器以及一些阻容元器件搭成，不采用专用A/D转换器（例如ICL7135）。以下是老师给的资料：智能化RLC测量仪原理摘自：赵茂泰主编.智能仪器原理及应用（第2版）.北京：电子工业出版社.2005年,P178--193。RLC参数的测量方法主要有电桥法、谐振法和伏安法三种。电桥法具有较高的测量精度，被广泛采用，现已派生出许多类型。但电桥法测量需要反复

4、进行平衡调节，测量时间长，很难实现快速的自动测量。谐振法要求较高频率的激励信号，一般不容易满足高精度的要求。由于测试频率不固定，测试速度也32很难提高。伏安法是最经典的方法，它的测量原理来源于阻抗的定义。即若已知流经被测阻抗的电流相量并测得被测阻抗两端的电压，则通过比率便可得到被测阻抗的相量。显然，要实现这种方法，仪器必须能进行相量测量及除法运算。伏安法伏安法可用图6—25所示的原理电路来说明。图中是已知的恒流源相量；是已知的标准阻抗(为计算方便一般选为实电阻)；被测阻抗与串联。则分别测出和两端的电压相量和，便可通过计算得到待测阻抗其中的大小反映了流经被测

5、阻抗上电流相量的大小。上述测量实际上是先分别测出各个电压相量的两个分量，然后再通过一系列运算得到被测值的数值。图6-26示出了采用了微处理器的RLC测试仪原理框图。伏安法有固定轴法和自由轴法两种实现方案，其区别在于图6—26中相敏检波器相位参考基准选取的不同。实际相敏检波器的相位参考基准代表着坐标轴的方向，相敏检波器的输出就是待测电压在坐标轴方向上的投影。图6—25伏安法测量原理图6-26RLC测试仪原理框图32固定轴法要求相敏检波器的相位参考基准严格地与式(6．8)分母位置上的相量一致，这样分母只有实部分量，使相量除法简化为两个标量除法运算。利用双积分式

6、A/D转换器的比例除法特性即可实现这一目的，这种方法在计算机引入电子仪器之前被大量采用。这种方法的弱点在于：为了固定坐标轴，确保参考信号与信号之间的精确相位关系，硬件电路要付出相当大的代价。自由轴法中相敏检波器的相位参考基准可以任意选择，即x，y坐标轴可以任意选择，只要求保持两个坐标轴准确正交(相差90)，从而使硬件电路简化，准确度也得以提高。自由轴法的计算量比较大,近年来智能RLC电路大都采用这种方案。6.3.2      自由轴法测量原理（下文中有关“固定轴法”摘自于：陈尚松等编著.电子测量与仪器.北京：电子工业出版社，2007年2月，p302）采用相

7、量电压一电流法，即将阻抗看成正弦交流电压与电流的复数比值，即这里是将一个标准阻抗与被测阻抗串联，如图7.27所示，则可得到这样，对阻抗的测量变成了两个电压相量之比的测量。完成两个电压相量的测量方法通常是，用一台电压表通过开关转换分时进行测量。实现两个相量除法运算有固定轴法和自由轴法，将相量除法转换成标量除法。早期产品采用的固定轴法如图7.28(a)所示，因难在于保证两个相量相位严格一致，使硬件电路复杂，调试困难，可靠性低。现代产品中大多采用了自由轴法，如图7.28(b)所示。自由轴法不是把复数阻抗坐标固定在某一指定的电压相量的方向上，坐标轴的选择可以是任意

8、的，参考电压可以不与任何一个被测电压的方向相同，但应与被测电压之一