[發明專利]基于FPGA的高精度電阻校準系統及采用該系統實現的電阻校準方法

有效

• 申請號: 201710170912.7
• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN106918795B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 楊春玲;朱敏;喻佳健;孫弘毅;況麒麒
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01R35/00
• 分類號: G01R35/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

1.基于FPGA的高精度電阻校準系統，包括輸入緩沖電路(1)、數模轉換電路(2)、FPGA處理器(3)、上位機(4)和電源(5)；

FPGA處理器(3)，根據上位機(4)發出的指令信號，控制輸入緩沖電路(1)進行量程切換，還用于發出數字量控制信號對數模轉換電路(2)輸出電壓的幅值進行控制；

所述的輸入緩沖電路(1)，用于將被側儀器輸出的激勵電流信號轉化為數字電壓信號，

數模轉換電路(2)，用于對接收的數字電壓信號轉化為模擬電壓信號；

電源(5)，用于對輸入緩沖電路(1)、數模轉換電路(2)和FPGA處理器(3)進行供電；

其特征在于，所述的輸入緩沖電路(1)包括3個輸入緩沖模塊，3個輸入緩沖模塊的結構相同，分別定義為低量程輸入緩沖模塊、中量程輸入緩沖模塊和高量程輸入緩沖模塊；每個輸入緩沖模塊包括繼電器組(1-1)、放大器(U1)、電阻R1、電阻R2、電阻R_ref1、電阻R_ref2、電阻R_ref3和電阻R_ref4，且每個輸入緩沖模塊中電阻R_ref1、電阻R_ref2、電阻R_ref3和電阻R_ref4的阻值不同；

繼電器組(1-1)的控制端用于接收FPGA處理器(3)輸出的量程切換信號；

繼電器組(1-1)的電流輸入端用于接收被側儀器輸出的電流信號；

繼電器組(1-1)的電壓信號輸出端與放大器(U1)的同相輸入端連接，放大器(U1)的反相輸入端同時與電阻R1的一端和電阻R2的一端連接，電阻R1的另一端接電源地，電阻R2的另一端與放大器(U1)的電壓信號輸出端連接，并作為輸入緩沖模塊的電壓信號出端；

繼電器組(1-1)的第一量程切換端子與電阻R_ref1的一端連接，繼電器組(1-1)的第二量程切換端子與電阻R_ref2的一端連接，繼電器組(1-1)的第三量程切換端子與電阻R_ref3的一端連接，繼電器組(1-1)的第四量程切換端子與電阻R_ref4的一端連接，

電阻R_ref1的另一端與電阻R_ref2的另一端、電阻R_ref3的另一端和電阻R_ref4的另一端同時接電源地。

2.根據權利要求1所述的基于FPGA的高精度電阻校準系統，其特征在于，所述的FPGA處理器(3)嵌入有基于擬合算法的誤差補償IP核，且基于擬合算法的誤差補償IP核用于對輸出電阻對應的數字控制量進行補償。

3.根據權利要求2所述的基于FPGA的高精度電阻校準系統，其特征在于，所述的基于擬合算法的誤差補償IP核對電阻設定值所對應的數字控制量進行補償的具體過程為：

步驟一，使用最小二乘法構建理想輸出電阻與數字控制量間的初步擬合曲線，

步驟二，根據設定的允許誤差值對初步擬合曲線采用迭代的方式進行去噪，獲得去噪后的初步擬合曲線，

步驟三，采用插值法對去噪后的初步擬合曲線進行處理，從而獲得實際輸出電阻與補償后的數字控制量間的控制曲線；

步驟四，根據電阻設定值在控制曲線上查找相應的數字控制量，該相應的數字控制量為補償后的數字控制量，從而完成對電阻設定值所對應的數字控制量的補償。