輸出2路參考信號V0和V90,且V0和V90必須保持幅度相等、頻率相等、相位相 差90°，V0和V90經過反相電路，輸出另外2路參考信號V180和V270,且V180和V270同樣必須 保持幅度相等、頻率相等、相位相差90°，這4路參考信號分別送給4個乘法器輸入端。
[0060] Lp端誤差電流Id經過過零檢測電路后，將B點輸入信號分別送給乘法器1和乘法器 2，分別和參考信號VO、V90相乘，于是得到輸入信號分別在V0方向分量和V90方向分量，實現 輸入信號解調功能。
[0061 ]若參考信號Vo = x · sin( ω t+α)，輸入信號Vi = y · sin( ω t+β)，可得 V〇 Vj - xy ^ sin(iet + a) 5?η(ω? + β)
[0062] =γ |cos(a - β) - cos(2(jL)t + a + (3)] (2)
[0063] 由公式（2)可以看出，乘法器1和乘法器2的輸出信號包含直流分量f · c.〇s:(a - β) 和交流分量 + cos(2wt + & + β)]
[0064] 乘法器1和乘法器2的輸出信號送給積分器電路，即對公式(2)進行積分可得： " α+β α+β 尸"_丁. ' Γ2τ?_~χν I V〇 Vj d(wt) = - cos (a - β)?(ω?)
[0065] Lm 2 ' 2 2 =πχ5? co s (a - β) (3)
[0066] 經過積分器電路后，輸出信號的交流分量為零，直流分量為Jixy · COS(a-0)，這個 直流分量即為輸入信號Vi在參考信號V0上的分量。同理可得輸入信號Vi在參考信號V90上 的分量。
[0067]在積分器電路中，包含D/A轉換器N2和D/A轉換器N3，輸出直流偏置信號，分別給積 分器1和積分器2的輸入端提供一定的直流偏置信號。2路積分器輸出的直流信號，分別送給 4個D/A轉換器Μ、N5、N6、N7的參考輸入端，調節4個D/A轉換器，實現幅度調節。4個D/A轉換 器的輸出送給乘法器3和乘法器4的輸入端，分別和參考信號V180、V270相乘，最后將乘法器 3和乘法器4的輸出相加，實現調制功能。
[0068] 在圖4中，如果只使用D/A轉換器N4和N7,同樣可以實現幅度調節的功能，增加 D/A 轉換器N5和N6，形成4個交叉式D/A轉換器電路，可以有效減小自動平衡橋的平衡時間，提高 測量速度。
[0069 ] Lp端誤差電流I d的彳目號流向為Lp-過零檢測電路-調制-解調電路-緩沖器-量 程電阻-Lc-Lp-……，依次循環，形成一個負反饋環路。
[0070] 實施例2:
[0071 ]在上述實施例的基礎上，本發明提供一種采用自動平衡橋實現阻抗測量的方法， 要使自動平衡橋快速、準確地達到平衡狀態，測量前過零檢測與調制-解調電路需要執行調 零校準、增益校準、相位校準、偏移校準等步驟，具體校準流程(如圖5所示)按照如下步驟進 行：
[0072]步驟1:執行過零檢測電路與調制-解調電路的初始化工作，主要包括幅度換擋、濾 波電路選擇、積分電容選擇等；
[0073]步驟2:執行過零檢測電路直流信號調零校準，Lp端誤差電流Id經I/V轉換和交流 耦合后，只需要保留交流信號，調節D/A轉換器N1，使B點直流電壓為零左右；
[0074]步驟3:執行調制-解調電路的增益校準。增益校準是通過調節4個D/A轉換器N4、 N5、N6和N7，控制反饋信號的幅度；
[0075]步驟4:執行調制-解調電路的相位校準。相位校準是通過調節調制-解調電路DDS_ 2輸出信號和激勵源電路DDS_1輸出信號的相位差，控制反饋信號的相位；
[0076]步驟5:執行調制-解調電路的偏移校準，通過調節D/A轉換器N2和N3,給積分器的 輸入信號提供一定的直流偏置信號，使積分器的輸出電壓在-3V~+3V的中間電壓；
[0077] 步驟6:通過自動平衡橋平衡狀態檢測電路，判斷自動平衡橋是否達到平衡狀態， 若沒有達到平衡狀態，則返回到第二步，重新執行過零檢測電路的調零校準。若達到平衡狀 態，則往下進行，開始電壓信號Vx和Vr的測量工作。
[0078] 在自動平衡橋達到平衡狀態后，進行阻抗測量，結合圖6所示，測量方法（如圖7所 示)包括如下步驟：
[0079] 步驟1:將開關S選通第一電壓表Vx，通過第一電壓表Vx對電壓信號進行電壓測量；
[0080] 步驟2:將開關S選通第二電壓表Vr，通過第二電壓表Vr對電壓信號進行電壓測量；
[0081 ]步驟3:根據公式&二:Rr · |計算出被測件的阻抗值Zx;式中，Rr為標準電阻，Vx和 Vr分別為電壓表1和電壓表2測量的電壓信號值。
[0082]本發明一種增強型自動平衡橋及其實現阻抗測量的方法，采用過零檢測電路與調 制-解調電路使得自動平衡橋能夠快速、準確地達到平衡狀態，實現了測量精度高、測量速 度快、阻抗測量范圍廣，測量頻率范圍達到20Hz~110MHz ;采用DDS為調制-解調電路提供參 考信號，準確地實現兩路參考信號相位相差90° ;增加自動平衡橋的平衡狀態檢測電路，為 自動平衡橋快速達到平衡狀態提供有力保證;在調制-解調電路中，采用4個交叉式D/A轉換 電路，進行增益校準，實現自動平衡橋快速達到平衡狀態。
[0083]當然，上述說明并非是對本發明的限制，本發明也并不僅限于上述舉例，本技術領 域的技術人員在本發明的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本發明的 保護范圍。
【主權項】
1. 一種增強型自動平衡橋，其特征在于:包括激勵源、被測件、電壓表、量程電阻、過零 檢測電路、調制-解調電路、和四端對接口； 所述激勵源，被配置為用于為被測件提供激勵源信號； 所述電壓表包括第一電壓表、第二電壓表； 所述第一電壓表，被配置為用于對被測件進行電壓測量； 所述第二電壓表，被配置為用于對量程電阻進行電壓測量； 所述量程電阻，被配置為用于根據被測件的阻抗范圍，選擇合適的電阻擋位； 所述四端對接口分別為激勵源端、被測件測量端、量程電阻端、誤差電流端； 所述激勵源、第一電壓表、量程電阻、過零檢測電路分別對應于四端對接口的激勵源 端、被測件測量端、量程電阻端、誤差電流端； 所述過零檢測電路，被配置為用于將誤差電流端的誤差電流進行過零檢測并進行信號 處理； 所述調制-解調電路，被配置為用于對過零檢測電路輸出的信號進行調制和解調。2. 根據權利要求1所述的增強型自動平衡橋，其特征在于:所述過零檢測電路包括I/V 轉換電路、信號放大電路、交流禪合電路、第一 D/A轉換電路、信號放大及濾波電路和平衡狀 態檢測電路，所述I/V轉換電路、信號放大電路、交流禪合電路、第一 D/A轉換電路、信號放大 及濾波電路和平衡狀態檢測電路通過線路依次連接。3. 根據權利要求1所述的增強型自動平衡橋，其特征在于:所述調制-解調電路包括0° 方向電路和90°方向電路； 所述0°方向電路包括第一乘法器、第一積分電路、第四D/A轉換電路和第Ξ乘法器，所 述第一乘法器的一端、第一積分電路、第四D/A轉換電路和第Ξ乘法器的一端通過線路依次 連接； 所述90°方向電路包括第二乘法器、第二積分電路、第屯D/A轉換電路和第四乘法器，所 述第二乘法器的一端、第二積分電路、第屯D/A轉換電路和第四乘法器的一端通過線路依次 連接； 所述第一乘法器的另一端和第二乘法器的另一端組成的公共端連接至信號放大及濾 波電路和平衡狀態檢測電路組成的公共端;所述第Ξ乘法器的另一端和第四乘法器的另一 端組成的公共端連接至量程電阻和第二電壓表組成的公共端。4. 根據權利要求3所述的增強型自動平衡橋，其特征在于:所述0°方向電路還包括第五 D/A轉換電路，所述90°方向電路還包括第六D/A轉換電路； 所述第五D/A轉換電路的一端與第二積分電路和第屯D/A轉換電路組成的公共端相連， 另一端與第四D/A轉換電路和第Ξ乘法器組成的公共端相連； 所述第六D/A轉換電路的一端與第一積分電路和第四D/A轉換電路組成的公共端相連， 另一端與第屯D/A轉換電路和第四乘法器組成的公共端相連。5. 根據權利要求3所述的增強型自動平衡橋，其特征在于:所述0°方向電路還包括第二 D/A轉換電路，所述第二D/A轉換電路連接至第一積分器的輸入端;所述90°方向電路還包括 第SD/A轉換電路，所述第SD/A轉換電路連接至第二積分器的輸入端。6. 根據權利要求1所述的增強型自動平衡橋，其特征在于:所述調制-解調電路還包括 第二DSS和反相電路； 所述第二DSS輸出第一路參考信號和第二路參考信號分別至第一乘法器和第二乘法 器，第一路參考信號和第二路參考信號幅度相等、頻率相等、相位相差90% 所述第二DSS輸出的第一路參考信號和第二路參考信號，經反相電路輸出第Ξ路參考 信號和第四路參考信號分別至第Ξ乘法器和第四乘法器，第Ξ路參考信號和第四路參考信 號幅度相等、頻率相等、相位相差90°。7.-種阻抗測量方法，其特征在于:測量前首先進行過零檢測電路和調制-解調電路的 校準，采用如權利要求1所述的一種增強型自動平衡橋，校準方法按如下步驟進行： 步驟1:對過零檢測電路和調制-解調電路進行初始化； 步驟2:對過零檢測電路的直流信號進行調零校準； 步驟3:對調制-解調電路進行增益校準； 步驟4:對調制-解調電路進行相位校準； 步驟5:對調制-解調電路進行偏移校準； 步驟6:判斷自動平衡橋是否達到平衡狀態，若沒有達到平衡狀態，則重新執行步驟2~ 5，若達到平衡狀態，則開始電壓信號測量； 在自動平衡橋達到平衡狀態后，進行阻抗測量，測量方法包括如下步驟： 步驟1:通過第一電壓表和第二電壓表對電壓信號進行電壓測量； 步驟2:根據公式:? = Rf V胃化算出被測件的阻抗值Zx;式中，化為標準電阻，Vx和化分 別為第一電壓表和第二電壓表測量的電壓信號值。
【專利摘要】本發明公開了一種增強型自動平衡橋及其實現阻抗測量的方法，屬于阻抗測量領域，包括激勵源、被測件、電壓表、量程電阻、四端對接口、過零檢測電路以及調制-解調電路。本發明采用過零檢測電路與調制-解調電路使得自動平衡橋能夠快速、準確地達到平衡狀態，實現了測量精度高、測量速度快、阻抗測量范圍廣；采用DDS為調制-解調電路提供參考信號，準確地實現兩路參考信號相位相差90°；增加自動平衡橋的平衡狀態檢測電路，為自動平衡橋快速達到平衡狀態提供有力保證；在調制-解調電路中，采用4個交叉式D/A轉換電路，進行增益校準，使自動平衡橋快速達到平衡狀態。
【IPC分類】G01R27/02
【公開號】CN105548710
【申請號】CN201510888953
【發明人】彭海軍, 張永坡, 戚瑞民, 布乃紅, 王文廷, 李雷
【申請人】中國電子科技集團公司第四十一研究所
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月2日