[發明專利]一種阻抗匹配的阻抗譜測量系統及方法

有效

• 申請號: 201810036909.0
• 申請日: 2018-01-15
• 公開（公告）號: CN108226642B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 王選擇;方詩雪;洪潭;翟中生;楊練根;周向東
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: G01R27/02
• 分類號: G01R27/02;G01N27/26
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 薛玲

1.一種阻抗匹配的阻抗譜測量系統，其特征在于，包括：射極跟隨器模塊、直流抑制模塊、多路電阻對模塊、阻抗模塊、差分放大模塊、中央處理器；

所述的射極跟隨器模塊通過導線與所述的直流抑制模塊連接；所述的直流抑制模塊通過導線與所述的多路電阻對模塊連接；所述的多路電阻對模塊通過導線與所述的差分放大模塊并聯連接；所述的阻抗模塊通過導線與所述的差分放大模塊并聯連接；所述的差分放大模塊通過導線與所述的中央處理器連接；所述的中央處理器通過導線與所述的射極跟隨器模塊連接；所述的中央處理器通過導線與所述的直流抑制模塊連接；所述的中央處理器通過導線與所述的多路電阻對模塊連接；所述的中央處理器通過導線與所述的阻抗模塊連接；所述的中央處理器通過導線與所述的差分放大模塊連接。

2.一種利用權利要求1所述的阻抗匹配的阻抗譜測量系統進行阻抗匹配的阻抗譜測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：通過中央處理器根據DDS算法產生頻率為f_l的正弦信號且f_l∈[f₁,...,f_L]；

步驟2：通過中央處理器控制多路電阻對模塊選擇阻值均為0Ω的一對電阻，其中一個0Ω電阻串連接在直流抑制模塊與差分放大模塊間，另一個0Ω電阻串連接在地與差分放大模塊間；

步驟3：通過中央處理器控制阻抗模塊斷開阻抗模塊與差分放大模塊的并聯連接；

步驟4：通過中央處理器分別采集步驟1中所述正弦信號通過直流抑制模塊后的斷開阻抗輸入正弦信號，并通過中央處理器依次采集斷開阻抗輸入正弦信號通過差分放大器后的斷開阻抗輸出正弦信號；

步驟5：通過中央處理器根據線性最小二乘擬合算法計算步驟4中所述斷開阻抗輸入正弦信號以及步驟4中所述斷開阻抗輸出正弦信號的復數表達式，計算得到斷開阻抗系統比例放大系數；

步驟6：通過中央處理器控制阻抗模塊閉合阻抗模塊與差分放大模塊的并聯連接；

步驟7：通過中央處理器分別采集步驟1中所述正弦信號通過直流抑制模塊后的閉合阻抗輸入正弦信號，并通過中央處理器依次采集閉合阻抗輸入正弦信號通過差分放大器后的閉合阻抗輸出正弦信號；

步驟8：通過中央處理器根據線性最小二乘擬合算法計算步驟7中所述閉合阻抗輸入正弦信號以及步驟7中所述閉合阻抗輸出正弦信號的復數表達式，計算得到閉合阻抗系統比例放大系數；

步驟9：通過中央處理器控制多路電阻對模塊選擇阻值均為R_mΩ的一對電阻且R_m∈[R₁,...,R_M],R_m＞0，其中一個R_mΩ電阻串連接在直流抑制模塊與差分放大模塊間，另一個R_mΩ電阻串連接在地與差分放大模塊間；

步驟10：通過中央處理器控制阻抗模塊斷開阻抗模塊與差分放大模塊的并聯連接,根據線性最小二乘擬合算法計算得到系統等效阻抗；

步驟11：通過中央處理器控制阻抗模塊閉合阻抗模塊與差分放大模塊的并聯連接，根據步驟10中所述系統等效阻抗通過最小二乘擬合算法計算得到阻抗測量值

步驟12：通過人工選擇方法從中選擇與阻抗模塊中阻抗值誤差最小的對應的為步驟1中所述頻率為f_l的正弦信號的匹配阻抗，進一步改變正弦信號的頻率得到匹配阻抗譜f_l∈[f₁,...,f_L]。

3.根據權利要求2所述的阻抗匹配的阻抗譜測量方法，其特征在于：步驟5中所述斷開阻抗系統比例放大系數為：

其中，在0Ω的一對電阻且正弦信號頻率為f_l的條件下，為步驟4中所述斷開阻抗輸出正弦信號，為步驟4中所述斷開阻抗輸入正弦信號，為斷開阻抗系統比例放大系數實部，為斷開阻抗系統比例放大系數虛部；

步驟5中所述線性最小二乘擬合算法如下：

其中,在0Ω的一對電阻且正弦信號頻率為f_l的條件下斷開阻抗采樣信號為采樣相位間隔,為正弦信號頻率f_l采樣點數，f_l為步驟1中所述正弦信號頻率，c為直流偏置；

步驟8中所述閉合阻抗系統比例放大系數為：

其中，在0Ω的一對電阻且正弦信號頻率為f_l的條件下，為步驟7中所述閉合阻抗輸出正弦信號，為步驟7中所述閉合阻抗輸入正弦信號，為閉合阻抗系統比例放大系數實部，為閉合阻抗系統比例放大系數虛部；

步驟8中所述線性最小二乘擬合算法如下：

其中,在0Ω的一對電阻且正弦信號頻率為f_l的條件下閉合阻抗采樣信號為采樣相位間隔,為正弦信號頻率f_l采樣點數，f_l為步驟1中所述正弦信號頻率，c為直流偏置；

步驟10中所述系統等效阻抗為：

其中，為步驟5中所述斷開阻抗系統比例放大系數，在R_mΩ的一對電阻且正弦信號頻率為f_l的條件下，為步驟4中所述斷開阻抗輸出正弦信號，為步驟4中所述斷開阻抗輸入正弦信號，為斷開阻抗系統比例放大系數實部，為斷開阻抗系統比例放大系數虛部；

步驟10中所述線性最小二乘擬合算法如下：

其中,在R_m的一對電阻且正弦信號頻率為f_l的條件下斷開阻抗采樣信號為采樣相位間隔,為正弦信號頻率f_l采樣點數，f_l為步驟1中所述正弦信號頻率，c為直流偏置；

步驟11中所述阻抗測量值為：

其中，為步驟8中所述閉合阻抗系統比例放大系數，為步驟10中所述系統等效阻抗，在R_mΩ的一對電阻且正弦信號頻率為f_l的條件下，為步驟7中所述閉合阻抗輸出正弦信號，為步驟7中所述閉合阻抗輸入正弦信號，為閉合阻抗系統比例放大系數實部，為閉合阻抗系統比例放大系數虛部；

步驟11中所述線性最小二乘擬合算法如下：

其中,在R_m的一對電阻且正弦信號頻率為f_l的條件下斷開阻抗采樣信號為采樣相位間隔,為正弦信號頻率f_l采樣點數，f_l為步驟1中所述正弦信號頻率，c為直流偏置。