基于DPSD的寬頻高精度交流阻抗測(cè)量理論與關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、阻抗是元器件和材料的固有屬性，是與材料、元件和電路相聯(lián)系的基本參數(shù)。阻抗測(cè)量不僅本身是電測(cè)領(lǐng)域的重要內(nèi)容，而且通過(guò)對(duì)阻抗參數(shù)的測(cè)量往往可以間接實(shí)現(xiàn)對(duì)其他許多物理量的快速測(cè)量。采用以現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理算法為核心構(gòu)成精密阻抗測(cè)量系統(tǒng)正成為阻抗測(cè)量技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。我國(guó)這方面的研究起步較晚，與國(guó)外先進(jìn)水平存在較大的差距。 本文在對(duì)現(xiàn)有自動(dòng)平衡電橋的平衡調(diào)節(jié)算法深入研究的基礎(chǔ)上，提出了一種基于新型DPSD算法的數(shù)字化自動(dòng)平衡電橋橋路平衡調(diào)節(jié)

2、方法，通過(guò)DPSD與擬牛頓迭代法相結(jié)合實(shí)現(xiàn)橋路的快速收斂，同時(shí)也大大擴(kuò)展了對(duì)非線性器件測(cè)量的適應(yīng)性。該測(cè)量方法采用數(shù)字算法取代傳統(tǒng)復(fù)雜的模擬信號(hào)處理電路，有效地克服了傳統(tǒng)自動(dòng)平衡電橋法的不足，并在性能、頻率擴(kuò)展、測(cè)量范圍擴(kuò)展方面都有了很大的拓展。 本文通過(guò)對(duì)阻抗測(cè)量特點(diǎn)的深入分析，提出了一種與常規(guī)DPSD實(shí)現(xiàn)方案不同的適用于高精度阻抗測(cè)量系統(tǒng)的新型DPSD實(shí)現(xiàn)方案，深入研究了基于該算法的阻抗測(cè)量的相關(guān)理論及其應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)。研究結(jié)

3、果表明，該方法避免了傳統(tǒng)DPSD所需的外部參考源，其測(cè)量系統(tǒng)的信噪比與性價(jià)比均大大提高。 基于對(duì)阻抗測(cè)量系統(tǒng)被測(cè)信號(hào)特性的深入研究，本文提出采用帶通欠采樣方法實(shí)現(xiàn)阻抗測(cè)量系統(tǒng)的寬頻高精度數(shù)據(jù)采集，有效地解決了實(shí)時(shí)采樣在高頻阻抗測(cè)量時(shí)精度低、功耗大等缺陷；本文同時(shí)基于對(duì)抗混疊濾波器、被測(cè)信號(hào)與采樣時(shí)鐘等對(duì)帶通欠采樣性能影響的深入分析，提出適用于阻抗測(cè)量的帶通欠采樣的工程采樣率選擇方法，不僅大大擴(kuò)展了帶通欠采樣的應(yīng)用范圍，而且有效地

4、提高了阻抗測(cè)量系統(tǒng)的效率。 作為帶通欠采樣的特例——單位步進(jìn)等效采樣技術(shù)在現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)中有著廣泛應(yīng)用，但當(dāng)測(cè)量中低頻阻抗時(shí)，單位步進(jìn)等效采樣測(cè)量效率嚴(yán)重降低，以致不能滿足系統(tǒng)吞吐率的要求。為解決該問(wèn)題，本文經(jīng)過(guò)對(duì)等效采樣機(jī)理的深入研究，提出p-步進(jìn)等效采樣方法，深入研究了p-步進(jìn)等效采樣的時(shí)域、頻域特性及重構(gòu)算法。實(shí)踐表明，p-步進(jìn)等效采樣使得阻抗測(cè)量在全頻段均可保證有很好的測(cè)量效率。 本文基于數(shù)字頻率合成原理(DDS)

5、產(chǎn)生DDS時(shí)鐘作為帶通欠采樣的觸發(fā)信號(hào)，該時(shí)鐘具有頻率連續(xù)可調(diào)、分辨率極高的優(yōu)點(diǎn)；但該時(shí)鐘除特殊頻率點(diǎn)外，均存在一定的抖動(dòng)。本文基于對(duì)DDS時(shí)鐘抖動(dòng)特性的深入研究與分析，提出了一種可以大大減小該抖動(dòng)影響的非均勻采樣方法，并通過(guò)構(gòu)造Toeplitz循環(huán)矩陣，利用循環(huán)矩陣的快速算法高效計(jì)算出該非均勻采樣的各頻譜分量；在此基礎(chǔ)上，本文研究了消除該確定性抖動(dòng)的DPSD修正算法及其優(yōu)化算法；該算法對(duì)于提高阻抗測(cè)量的精度及測(cè)量效率具有十分明顯的效果

6、。 為實(shí)現(xiàn)寬頻高精度阻抗測(cè)量，本文仔細(xì)分析了測(cè)量系統(tǒng)的主要誤差源，并詳細(xì)研究了這些誤差源的補(bǔ)償算法。理論分析與實(shí)踐表明，經(jīng)過(guò)誤差補(bǔ)償和系統(tǒng)標(biāo)定后的阻抗測(cè)量精度、測(cè)量量程、測(cè)量帶寬均較傳統(tǒng)儀器有了較大的改善。 基于本論文的研究成果，申報(bào)了江蘇省2006年度重大科技攻關(guān)項(xiàng)目“寬頻高精度元件參數(shù)分析儀國(guó)產(chǎn)化研究”，并獲得批準(zhǔn)，結(jié)合本論文工作的產(chǎn)業(yè)化樣機(jī)于2007年1月通過(guò)了信息產(chǎn)業(yè)部科技司主持的科技成果鑒定，其評(píng)價(jià)為：該產(chǎn)品“