[發明專利]一種積分比例電路及基于積分比例電路的阻抗測量方法

有效

• 申請號: 201410539683.8
• 申請日: 2014-10-13
• 公開（公告）號: CN104267244A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 吳康;李亞琭;劉民;游立;顏曉軍
• 申請（專利權）人: 北京東方計量測試研究所
• 主分類號: G01R19/10
• 分類號: G01R19/10;G01R27/14
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 王鍵

技術領域

本發明涉及交流電量測量技術領域，尤其涉及一種積分比例電路及基于積分比例電路的阻抗測量方法。

背景技術

阻抗是電路中電阻、電感、電容對交流電的阻礙作用的統稱。阻抗將電阻的概念加以延伸至交流電路領域，不僅描述電壓與電流的相對振幅，也描述其相對相位。當通過電路的電流是直流電時，電阻與阻抗相等，電阻可以視為相位為零的阻抗。阻抗通常以符號Z標記，根據阻抗的有源定義，阻抗是復數，是復數電壓與復數電流之比，即Z＝U/I，也可以以相量Z_m＜θ或Z_me^jθ來表示；其中，Z_m表示阻抗的大小，是電壓振幅與電流振幅的絕對值比率，θ表示阻抗的相位，是電壓與電流的相位差，這種表式法稱為“相量表示法”。

目前，測量阻抗的方法主要有電橋法、諧振法和矢量阻抗法，電橋法基本工作原理是基于四臂電橋電路，但電橋法需要反復進行平衡調節，操作方法繁瑣、費時，且測量范圍受限，很難實現快速自動測量；諧振法以LC回路的諧振特性為基礎，通過測定諧振頻率和已知的電感或電容計算出被測阻抗，矢量阻抗法以阻抗的定義為基礎，將測試信號電壓加到被測件，測試信號電流流過被測件，由電壓和電流之比計算測試端阻抗；但這些測量方法都要求激勵信號是低失真度的正弦波信號，然而，頻率較高的低失真度的正弦波信號很難獲得，這就限制了阻抗測量精度的提高和測量范圍的擴大。

近年來，隨著科學技術的進步，測量阻抗的方法正在向數字化、智能化、程控化的水平發展，以提高阻抗的測量精度和測量范圍。目前常使用雙積分電路用于阻抗測量，其基本原理是將阻抗參數的測量轉換為電壓量的測量。但目前所使用的測量阻抗的雙積分電路大都采用直接測量直流電壓的雙積分電路，分別測量四個電壓值，而后進行計算，由于四個電壓值極性不定，有正有負，分別為其正電壓源及負電壓源所測，正電壓源、負電壓源及積分的初始電壓易受到其長期漂移及溫濕度變化的影響，進而影響測量值的準確度。

發明內容

本發明提供一種積分比例電路及基于積分比例電路的阻抗測量方法，可實現測量直流分量的比例，將阻抗測量轉換為測量電壓直流分量的比例，大大提高阻抗的測量精度；其積分比例電路可廣泛用于包括阻抗測試儀、功率分析儀、相位表、相角表等需要對兩電壓幅值與相位關系進行測試的儀器。

本發明的技術方案是：

1.一種積分比例電路，用于測量兩個交直流電壓信號直流分量的比例，其特征在于，包括運算放大器、積分放大器、比較器；所述運算放大器的正輸入端分別通過第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3、第四開關SW4連接被測信號、標準電壓源的正負輸出端以及地電位，運算放大器的輸出端與負輸入端相連接，并且通過積分電阻R連接所述積分放大器的負輸入端，所述積分放大器的輸出端連接所述比較器的正輸入端；所述積分放大器的負輸入端和輸出端之間連接積分電容，所述積分電容的兩端具有充電開關SW0；所述積分放大器的正輸入端連接正向端參考電壓U_REF1，所述比較器的負輸入端連接負向端參考電壓U_REF2。

2.一種基于上述積分比例電路的阻抗測量方法，其特征在于，通過測量被測阻抗的交流電壓信號在參考正交坐標系下的同相分量U_1a和正交分量U_1b以及標準阻抗的交流電壓信號在參考正交坐標系下的同相分量U_2a和正交分量U_2b之間的直流分量的比例，將阻抗測量轉換為測量電壓直流分量的比例，具體步驟如下：

步驟1)，首先確定與積分放大器的正輸入端連接的正向端參考電壓U_REF1、與比較器的負輸入端連接的負向端參考電壓U_REF2的大小；

步驟2)，測量得出與積分放大器的正輸入端連接的正向端參考電壓U_REF1、與比較器的負輸入端連接的負向端參考電壓U_REF2、積分初始電壓U_s之間的比例關系；

步驟3)，分別測量得出被測阻抗的交流電壓信號在參考正交坐標系下的同相分量U_1a、正交分量U_1b、標準阻抗的交流電壓信號在參考正交坐標系下的同相分量U_2a、正交分量U_2b與所述正向端參考電壓U_REF1、負向端參考電壓U_REF2、加載在積分電阻R上的積分初始電壓U_s之間的比例關系；