一种振荡回路中基于阻尼振荡波的电阻、电感和电容的测量方法技术

本发明专利技术提供了一种振荡回路中基于阻尼振荡波的电阻、电感和电容的测量方法，该方法采用了改进的离散傅里叶算法，实现了电阻、电感和电容参数的高精度测量；其中，对检测电压信号进行窗函数处理，可以有效的抑制标准离散傅里叶变换中截断效应的影响，提高傅里叶变换精度，进而提高电阻、电感和电容参数的测量精度。同时，本发明专利技术测量方法在检测电压信号经过窗函数处理的基础上，进一步采用了单谱线插值算法，对非整数周期采样造成的频率计算误差进行修正，同时对截断效应产生的频谱幅值误差进行了修正，进一步提高了测量方法的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于传感器测量
，具体设及一种振荡回路中基于阻尼振荡波的电 阻、电感和电容的测量方法。
技术介绍
电阻、电感和电容是Ξ种最基本的电子元件。在传感器测量领域，许多物理量都可 W转化为对电阻值、电感值和电容值的测量。例如，溫度可W通过测量热敏电阻的阻值测 得；通过测量线圈电感值可W计算出该线圈与金属物体的距离；测量电容值可W获取两个 金属极板间的距离。通常，电阻、电感和电容可W采用电桥电路进行精确测量。但是，在一 些特殊场合，如电阻值非常小或被测元件与测量电路不能共地的场合，电桥测量方法不能 适用。 上述两种方法，均可用于电阻的非接触测量场合，但测量精度有限。此外，电感、电 容的非接触式精确测量方法也是传感器测量领域的重要方向，在生产实践中具有一定价值 和意义。
技术实现思路
针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本专利技术提供了一种振荡回路中基于阻尼振 荡波的电阻、电感和电容的测量方法，同时适用于接触式测量和非接触式测量，且用于非接 触测量能够有效提高电阻、电感和电容的测量精度。 -种振荡回路中基于阻尼振荡波的电阻、电感和电容的测量方法，包括如下步 骤： (1)通过连续采样获得振荡回路中电阻、电感和电容任一元件的电压序列 V,：{X〇, Xi,……，? J ;其中，N为大于10的自然数，X。~Xw 1依次为电压序列Vw中的各电压 值； (2)从上述电压序列Vw中提取分别从第S1个采样点和第S2个采样点开始的m个 电压值，组成电压序列VmI:找S1，XsW，……，X…mJ和电压序列Vm2:化2,Xs2………，Xs2+mJ;其 中，Si、S2和m均为自然数且 0《Si<N，Si+m<N，0《S2<N，S2+m<N; 做根据电压序列VmI和Vm2组合得到序列f Μ:找slXs2+m 1，XswXs2+m 2,……，Xsbm Azl ; (4)对上述序列fw添加窗口函数，得到加窗序列FΜ:找slX祖mΛ,XswX曲m2胖1，…… ，XsUm?ΧΛJ;其中：W。~Wm1依次为窗口函数中的各函数值； (5)对上述加窗序列Fm进行离散傅里叶变换，得到该序列的频谱；从频谱中提取 出两个幅度峰值所对应的两个相邻离散频率点Κι和K1+1，并根据两者的幅度值A化1)和 A化+1)对加窗序列Fm的频率和幅度值进行修正，得到加窗序列Fm精确的频率fir和幅度值 Air；[001引（6)根据步骤似从电压序列V冲提取分别从第S3个采样点和第S4个采样点开 始的m个电压值，组成电压序列Vm3和Vm4;其中，S3和S4均为自然数且0《S3<N，S3+m<N， ο《S4<N，S4+m<N，S1+S2声s3+S4; 进而根据电压序列Vm3和Vm4通过步骤（3)和（4)得到另一个加窗序列，并根据步 骤（5)求得该加窗序列精确的频率f2f和幅度值A2f;[001引 （7)根据频率fir和f2山及幅度值Air和A2r，计算出振荡回路的阻尼振荡频率f和 阻尼系数b;进而根据阻尼振荡频率f和阻尼系数b，在已知振荡回路中电阻、电感和电容其 中一个元件参数值的情况下，求取另外两个元件的参数值。 所述步骤（4)中的窗口函数采用汉宁窗和Blackman窗。 所述的步骤（6)中，若窗口函数采用汉宁窗则通过W下公式对加窗序列Fm的频率 和幅度值进行修正，从而得到精确的频率fif和幅度值AIf: 其中：ki为离散频率点Κ1所对应的频率值，f历电压序列Vw的采样频率。 所述的步骤（6)中，若窗口函数采用Blackman窗则通过W下方法对加窗序列Fm的 频率和幅度值进行修正，从而得到精确的频率fif和幅度值AIf:首先，由W下方程式求解出一个满足Ο<δ< 1的解δ1: 然后，根据W下公式求解出频率fif和幅度值AIf: 其中：ki为离散频率点Κ1所对应的频率值，f历电压序列Vw的采样频率。 所述的步骤（7)中通过W下关系式计算振荡回路的阻尼振荡频率f和阻尼系数 b：f= 0. 5fir或 0. 5f化 其中：Ts为电压序列Vn的采样周期。 所述的步骤（7)中，在已知振荡回路中电阻、电感和电容其中一个元件参数值的 情况下，求取另外两个元件的参数值，具体计算方法如下： 若振荡回路为串联振荡回路且已知其中电阻的阻值R，则通过W下算式求取电感 的感值L和电容的容值C: 若振荡回路为串联振荡回路且已知其中电感的感值以则通过W下算式求取电阻 的阻值R和电容的容值C: 若振荡回路为串联振荡回路且已知其中电容的容值C，则通过W下算式求取电阻 的阻值R和电感的感值L: 若振荡回路为并联振荡回路且已知其中电阻的阻值R，则通过W下算式求取电感 的感值L和电容的容值C: 若振荡回路为并联振荡回路且已知其中电感的感值以则通过W下算式求取电阻 的阻值R和电容的容值C: 若振荡回路为并联振荡回路且已知其中电容的容值C，则通过W下算式求取电阻 的阻值R和电感的感值L: 本专利技术的有益技术效果在于：[004引 （1)本专利技术基于阻尼振荡波的电阻、电感和电容测量方法，实现了在特殊应用场合 (如：有隔离要求、待测元件处于密闭狭小空间等）对电阻、电感和电容Ξ种基本电参数的 非接触式测量；同时，无需改变测量装置的硬件配置，即可实现Ξ种参数的测量，电路结构 简单，使用方便。[004引似本专利技术采用了改进的离散傅里叶算法，实现了电阻、电感和电容参数的高精度 测量；其中，对检测电压信号进行窗函数处理，可W有效的抑制标准离散傅里叶变换中截断 效应的影响，提高傅里叶变换精度，进而提高电阻、电感和电容参数的测量精度。 (3)本专利技术测量方法在检测电压信号经过窗函数处理的基础上，进一步采用了单 谱线插值算法，对非整数周期采样造成的频率计算误差进行修正，同时对截断效应产生的 频谱幅值误差进行了修正，进一步提高了测量方法的精度。【附图说明】 图1为本专利技术电阻、电感和电容的非接触测量装置的结构示意图。 图2为本专利技术电阻、电感和电容的非接触测量装置的电路原理图。【具体实施方式】 为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及【具体实施方式】对本专利技术的测量方法 进行详细说明。 如图1和图2所示，本实施方式提供了一种电阻、电感和电容的非接触测量装置， 包括：控制器、驱动电路、开关电路101、谐振电路102、信号检测电路104和串联振荡回路 103。 驱动电路与控制器相连，其将控制器提供的两路驱动信号进行放大后输出；本实 施例中，驱动电路采用InternationalRectifier公司的IRF2110忍片。 开关电路101与驱动电路相连，其根据驱动电路提供的两路放大后的驱动信号， 输出方波信号；本实施例中，开关电路101由两个M0S管Q1~Q2和两个二极管D1~D2构 成；其中，M0S管Q1的源极接+12V的电源电压，栅极为开关电路101的第一输入端并接收 驱动电路输出的第一驱动信号，漏极与二极管D1的阳极相连;M0S管Q2的源极接地，栅极 为开关电路101的第二输入端并接收驱动电路输出的第二驱动信号，漏极与二极管D2的阴 极相连；二极管D1的阴极与二极管D2的阳极相连构成开关电路101的输出端并输出方波 信号。 谐振电路102与开关电路101相连，其将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种振荡回路中基于阻尼振荡波的电阻、电感和电容的测量方法，包括如下步骤：(1)通过连续采样获得振荡回路中电阻、电感和电容任一元件的电压序列VN:{X0,X1,……,XN‑1}；其中，N为大于10的自然数，X0～XN‑1依次为电压序列VN中的各电压值；(2)从上述电压序列VN中提取分别从第s1个采样点和第s2个采样点开始的m个电压值，组成电压序列VM1:{Xs1,Xs1+1,……,Xs1+m‑1}和电压序列VM2:{Xs2,Xs2+1,……,Xs2+m‑1}；其中，s1、s2和m均为自然数且0≤s1<N，s1+m<N，0≤s2<N，s2+m<N；(3)根据电压序列VM1和VM2组合得到序列fM:{Xs1Xs2+m‑1,Xs1+1Xs2+m‑2,……,Xs1+m‑1Xs2}；(4)对上述序列fM添加窗口函数，得到加窗序列FM:{Xs1Xs2+m‑1W0,Xs1+1Xs2+m‑2W1,……,Xs1+m‑1Xs2Wm‑1}；其中：W0～Wm‑1依次为窗口函数中的各函数值；(5)对上述加窗序列FM进行离散傅里叶变换，得到该序列的频谱；从频谱中提取出两个幅度峰值所对应的两个相邻离散频率点K1和K1+1，并根据两者的幅度值A(K1)和A(K1+1)对加窗序列FM的频率和幅度值进行修正，得到加窗序列FM精确的频率f1r和幅度值A1r；(6)根据步骤(2)从电压序列VN中提取分别从第s3个采样点和第s4个采样点开始的m个电压值，组成电压序列VM3和VM4；其中，s3和s4均为自然数且0≤s3<N，s3+m<N，0≤s4<N，s4+m<N，s1+s2≠s3+s4；进而根据电压序列VM3和VM4通过步骤(3)和(4)得到另一个加窗序列，并根据步骤(5)求得该加窗序列精确的频率f2r和幅度值A2r；(7)根据频率f1r和f2r以及幅度值A1r和A2r，计算出振荡回路的阻尼振荡频率f和阻尼系数b；进而根据阻尼振荡频率f和阻尼系数b，在已知振荡回路中电阻、电感和电容其中一个元件参数值的情况下，求取另外两个元件的参数值。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钱中南，王睿驰，王志鹍，杜进，吴建德，何湘宁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33