专利名称：一种基于fpga的便携式阻抗测量仪表的制作方法
技术领域：
本发明属于阻抗测量技术领域，特别是涉及一种基于FPGA的便携式阻抗测量仪表。
背景技术：
目前，在电力、通讯、航空、材料等工业生产中，经常需要进行阻抗测量。如通过测量材料的阻抗来分析其电导率和介电常数；通过测量石油产品的阻抗来分析其所含水分和杂质；通过测量同轴电缆的阻抗来判断其是否存在断路或短路故障；通过测量传感器的阻抗来判断其有效性；通过测量电子元器件的阻抗来判断其是否可用。在很多场合，被测对象并非具有单一参数的电阻、电感或电容，而是电阻、电感和电容的混合模型。通用的便携式万用表、LRC表等，只能在同一时刻测量单一参数，不能分析出具体的电阻、电感和电容成分。当前，对电阻、电感和电容具体成分的测量需要使用台式LRC测量仪器或高级的阻抗分析仪等大型实验室仪器，如Agilent 4294A0阻抗分析仪可以测量LRC网络的多种复阻抗模型参数，如电阻电容串联模型、电容与损耗因子模型、电感与品质因数模型等，频率扫描范围可达40Hz 110MHz，测量精度很高。然而，阻抗分析仪对使用环境的要求比较高，而且只有使用专用夹具才能达到较高精度。另外，阻抗分析仪重量大，价格昂贵，仅专用夹具就高达上万元，主机更是高达数十万元。很多工程领域需要用便携式仪表来测量阻抗，如供电线路、飞机外场维修等，对测量精度和频率范围要求不高，无需达到实验室环境下的阻抗分析仪的功能指标。而当前的便携式阻抗测量领域只有个别的专用仪表，如测量蓄电池内阻抗、测量电力供电回路阻抗等仪表。专用阻抗测量仪表的测试范围、频带等参数指标较固定，且一般都有专用测试夹具，不适宜通用测量。

发明内容
本发明为解决现有技术和设备存在的问题，提供了一种基于FPGA (现场可编程门阵列)的便携式阻抗测量仪表。本发明的目的是提供一种具有测量电路简单，集成度高，数字化程度高，仪表体积小，经济实用，可满足一般工程领域需要的便携式阻抗测量仪表。该仪表能够测量独立的电阻、电容和电感参数，也可测量组合的电阻、电容和电感的复阻抗参数，并可实现扫频测量。本发明基于FPGA的便携式阻抗测量仪表采用如下技术方案由FPGA产生数字化的正弦脉冲宽度调制信号(SPWM)，经滤波后生成正弦激励信号作用于被测阻抗；交流自平衡电桥测量电路将被测阻抗转化为正弦输出信号，该信号经AD转换器数字化后由FPGA进行相敏解调，获取被测阻抗值。—种基于FPGA的便携式阻抗测量仪表，其特点是阻抗测量仪表包括微处理器模块、正弦信号发生器模块、自平衡电桥模块、自动增益调整模块、相敏解调模块、显示模块和电源模块。微处理器模块连接正弦信号发生器模块、自动增益调整模块和相敏解调模块，阻抗测量值由显示模块显示，由电源模块提供电路运行电源。所述的基于FPGA的便携式阻抗测量仪表，其特点是采用交流自平衡电桥测量复数阻抗，自平衡电桥模块连接有正弦信号发生器模块、自动增益调整模块和相敏解调模块。所述的基于FPGA的便携式阻抗测量仪表，其特点是正弦交流信号源由FPGA输出的SPWM信号和低通滤波器生成，而SPWM信号单元集成在FPGA内部。正弦信号频率改变方便，可实现扫频测量。所述的基于FPGA的便携式阻抗测量仪表，其特点是自平衡电桥的增益通过电子开关和反馈电阻来控制，无需手动换挡，自动实现大范围的阻抗测量。所述的基于FPGA的便携式阻抗测量仪表，其特点是数字式的正交序列相敏解调模块由两个乘累加器构成，集成在FPGA内部。相敏解调模块提取阻抗测量电路输出的交流信号的幅值和相位信息，进而计算被测阻抗的复数参数。所述的基于FPGA的便携式阻抗测量仪表，其特点是可通过两种方式显示被测阻抗的复数参数，包括实部/虚部信息，或者阻抗模值/阻抗角信息。本发明的测量电路示意图见附

图1。测量阻抗的核心电路为自平衡电桥。被测阻抗虹可以是单一参数的电阻、电容或电感，也可以是电阻、电容和电感混合的复阻抗参数。 而当前的通用便携式电工类仪表如万用表、LRC表只能测量单参数的电阻、电容和电感，不提供复阻抗测量功能。这类仪表之所以不能测量复阻抗，是因为其采用不同的电路来测量不同的参数，如采用纯直流方法测量电阻，采用交流法测量电容和电感。当采用交流法时， 交流信号源由模拟振荡电路产生，其频率固定。而本发明将独立的电阻、电容、电感以及这三种参数的混合模型当作统一的复阻抗模型，采用交流自平衡电桥测量复数阻抗，交流信号源由FPGA输出的SPWM信号生成，频率可变，以满足不同的测量需求。被测阻抗Zx连接在激励信号Us与运算放大器A的反相输入端。输出电压为
权利要求
1.一种基于FPGA的便携式阻抗测量仪表，其特征是阻抗测量仪表包括微处理器模块、正弦信号发生器模块、自平衡电桥模块、自动增益调整模块、相敏解调模块、显示模块和电源模块，微处理器模块连接正弦信号发生器模块、自动增益调整模块和相敏解调模块，阻抗测量值由显示模块显示，由电源模块提供电路运行电源。
2.按照权利要求1所述的基于FPGA的便携式阻抗测量仪表，其特征是自平衡电桥模块采用交流自平衡电桥测量复数阻抗，自平衡电桥模块连接有正弦信号发生器模块、自动增益调整模块和相敏解调模块。
3.按照权利要求1所述的基于FPGA的便携式阻抗测量仪表，其特征是正弦信号发生器模块的正弦交流信号源由FPGA输出的正弦脉冲宽度调制信号和低通滤波器生成，而正弦脉冲宽度调制信号集成在FPGA内部；正弦信号频率改变方便，可实现扫频测量。
4.按照权利要求1所述的基于FPGA的便携式阻抗测量仪表，其特征是相敏解调模块为数字式的正交序列相敏解调模块，由两个乘累加器构成，集成在FPGA内部；相敏解调模块提取阻抗测量电路输出的交流信号的幅值和相位信息，进而计算被测阻抗的复数参数。
5.按照权利要求1所述的基于FPGA的便携式阻抗测量仪表，其特征是被测阻抗的复数参数通过两种方式显示，包括实部/虚部信息，或者阻抗模值/阻抗角信息。
全文摘要
本发明涉及一种基于FPGA的便携式阻抗测量仪表。本发明属于阻抗测量技术领域。一种基于FPGA的便携式阻抗测量仪表，其特征是阻抗测量仪表包括微处理器模块、正弦信号发生器模块、自平衡电桥模块、自动增益调整模块、相敏解调模块、显示模块和电源模块；微处理器模块连接正弦信号发生器模块、自平衡电桥模块、自动增益调整模块和相敏解调模块；阻抗测量值由显示模块显示，由电源模块提供电路运行电源。本发明测量电路简单，集成度高，数字化程度高，仪表体积小，便携性好，经济实用，可满足一般工程领域的阻抗测量需要。该仪表能够测量独立的电阻、电容和电感参数，也可测量组合的电阻、电容和电感的复阻抗参数，并可实现扫频测量。
文档编号G01R27/26GK102175921SQ20111006279
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者何永勃, 贾宝惠 申请人:中国民航大学