一种基于幅角变换的阻抗谱生成方法技术

本发明专利技术公开一种基于幅角变换的阻抗谱生成方法，属于测量电变量技术领域，用于不借助阻抗仪的前提下生成阻抗谱，包括构建测试电路，计算保护电阻和待测物体阻抗的和并获得这个和的进一步计算式；计算四个相位，将四个相位的值带进一步计算式；分离保护电阻和待测物体阻抗的和中的电阻和电抗，计算待测物体的阻抗谱和相位谱，最后对输入和输出信号分别进行快速傅里叶变换，计算输入信号的相位。本发明专利技术大大降低了仪器的成本，通过实测数据发现，实测阻抗幅值谱的极值点测量位置与仿真完全一致、相位谱的过零点与仿真结果中的位置完全一致，电缆阻抗幅值谱随频率的增加而不断衰减，与仿真结果完全一致，说明本发明专利技术抗噪声性能很优越。优越。优越。

【技术实现步骤摘要】
一种基于幅角变换的阻抗谱生成方法


[0001]本专利技术公开一种基于幅角变换的阻抗谱生成方法，属于测量电变量


技术介绍

[0002]阻抗谱是一种表示电路、材料或系统在不同频率下的阻抗特性的图形，它描述了在交流电路中的元件对电流和电压的响应。阻抗谱通常以频率为横轴，阻抗值（包括电阻和电抗）为纵轴进行绘制，展示电容性、电感性和电阻性等元素的特性。在电路分析和电子工程领域中，阻抗谱具有广泛的应用：在射频设计中，阻抗谱可用于优化天线匹配和功率传输效率；在生物医学领域，阻抗谱被用于测量生物组织的电阻和电导率，从而提供关于组织结构和功能的信息。绘制阻抗谱通常需要实验测量数据或通过数学模型计算得到，目前实验主要是使用阻抗仪进行测量，但阻抗分析仪设备价格昂贵，操作复杂，并且外部环境和电源噪声可能会对测量结果产生影响。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于幅角变换的阻抗谱生成方法，以解决现有技术中，通过阻抗仪进行测量从而绘制阻抗谱成本高的问题。
[0004]一种基于幅角变换的阻抗谱生成方法，包括：S1：构建测试电路；S2：计算保护电阻和待测物体阻抗的和；S3：获得的进一步计算式；S4：计算四个相位；S5：将四个相位的值带入的进一步计算式，并使用和替换和；S6：分离中的电阻和电抗；S7：计算待测物体的阻抗谱和相位谱；S8：对输入和输出信号分别进行快速傅里叶变换；S9：计算输入信号的相位。
[0005]S1包括：第一接地点GND1连接信号源，信号源产生交流电信号，信号源依次串联：串联电阻、保护电阻、待测物体，连接运算放大器负极，运算放大器的输出端串联第一电阻，串联第一采集卡，反馈电阻与运算放大器并联，反馈电容与并联；和之间设有第二采集卡，运算放大器正极依次串联第二电阻和第二接地点GND2。
[0006]S2包括：设信号源输出信号幅值为，流过的电流为，令，是保护电阻和待测物体阻抗的和，为待测物体抗阻，则为：
。
[0007]S3包括：令运放输出为，反馈网络为，为：；式中，，j表示虚部，，为周期， 为测试时信号的频率，得到的进一步计算式：，；e为常数，改变运算放大器的信号的正负。
[0008]S4包括：计算以下相位：；为输入信号的相位，为输出信号的相位，为反馈部分相位，为保护电阻和的相位。
[0009]S5包括：将四个计算相位的公式带入的进一步计算式：；；；令输入信号的有效值为，输出信号有效值为，使用和替换和：。
[0010]S6包括：分离中的电阻和电抗：；。
[0011]S7包括：待测物体由电阻和电抗组成，即：；；得到待测物体的阻抗谱和相位谱。
[0012]S8包括：
计算输入信号、输出信号的有效值，和待测物体的相位，对输入和输出信号分别进行快速傅里叶变换，测试信号频率为，步进频率定为，设步进频率为10，选择采样点数为点，频率分辨率；设点数为，采集卡采样频率为，FFT为快速傅里叶变换，信号频率为：；为快速傅里叶变换中取到的第个点，设第点结果为，输入信号的有效值为：。
[0013]S9包括：设的实部为，虚部为，输入信号的相位为：。
[0014]相对比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术大大降低了仪器的成本，通过实测数据发现，实测阻抗幅值谱的极值点测量位置与仿真完全一致、相位谱的过零点与仿真结果中的位置完全一致，电缆阻抗幅值谱随频率的增加而不断衰减，与仿真结果完全一致，说明本专利技术抗噪声性能很优越。
附图说明
[0015]图1是本专利技术的技术流程图；图2是传输线等效的分布参数电路图；图3是200米开路电缆阻抗幅值谱图。
具体实施方式
[0016]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]一种基于幅角变换的阻抗谱生成方法，包括：S1：构建测试电路；S2：计算保护电阻和待测物体阻抗的和；S3：获得的进一步计算式；S4：计算四个相位；S5：将四个相位的值带入的进一步计算式，并使用和替换和；S6：分离中的电阻和电抗；S7：计算待测物体的阻抗谱和相位谱；
S8：对输入和输出信号分别进行快速傅里叶变换；S9：计算输入信号的相位。
[0018]S1包括：第一接地点GND1连接信号源，信号源产生交流电信号，信号源依次串联：串联电阻、保护电阻、待测物体，连接运算放大器负极，运算放大器的输出端串联第一电阻，串联第一采集卡，反馈电阻与运算放大器并联，反馈电容与并联；和之间设有第二采集卡，运算放大器正极依次串联第二电阻和第二接地点GND2。
[0019]S2包括：设信号源输出信号幅值为，流过的电流为，令，是保护电阻和待测物体阻抗的和，为待测物体抗阻，则为：。
[0020]S3包括：令运放输出为，反馈网络为，为：；式中，，j表示虚部，，为周期， 为测试时信号的频率，得到的进一步计算式：，；e为常数，改变运算放大器的信号的正负。
[0021]S4包括：计算以下相位：；为输入信号的相位，为输出信号的相位，为反馈部分相位，为保护电阻和的相位。
[0022]S5包括：将四个计算相位的公式带入的进一步计算式：；；；令输入信号的有效值为，输出信号有效值为，使用和替换和：。
[0023]S6包括：分离中的电阻和电抗：
；。
[0024]S7包括：待测物体由电阻和电抗组成，即：；；得到待测物体的阻抗谱和相位谱。
[0025]S8包括：计算输入信号、输出信号的有效值，和待测物体的相位，对输入和输出信号分别进行快速傅里叶变换，测试信号频率为，步进频率定为，设步进频率为10，选择采样点数为点，频率分辨率；设点数为，采集卡采样频率为，FFT为快速傅里叶变换，信号频率为：；为快速傅里叶变换中取到的第个点，设第点结果为，输入信号的有效值为：。
[0026]S9包括：设的实部为，虚部为，输入信号的相位为：。
[0027]本专利技术利用幅角变换的技术路线，生成测试频率在范围内的阻抗谱。该方法主要应用于如何快速获取研究待测物体的阻抗谱。研究方案中信号的获取流程如图1所示，信号由信号发生器产生，然后经过滤波，放大，功放后形成，幅度可编程控制，频率为。为保护电阻，防止过小从而导致放大倍数过大，导致电路失效。反馈电容，防止运放自激振荡。即使工作在高频条件下，不可固定为欧姆，因为接采集卡时，采集卡信号电缆具有输入电容，容易导致信号衰减，因此需要调试成最佳值。根据电路图，得到输入信号，输出信号，从而可以根据公式计算出的大小和阻抗角。
[0028]利用快速傅里叶变换步进能最大限度去除噪声影响，故利用快速傅里叶变换方案计算信号的有效值和相位。利用步进能最大限度去除噪声影响，而且计算相位差非常精确。
[0029]利用测试电缆阻抗谱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于幅角变换的阻抗谱生成方法，其特征在于，包括：S1：构建测试电路；S2：计算保护电阻和待测物体阻抗的和；S3：获得的进一步计算式；S4：计算四个相位；S5：将四个相位的值带入的进一步计算式，并使用和替换和；S6：分离中的电阻和电抗；S7：计算待测物体的阻抗谱和相位谱；S8：对输入和输出信号分别进行快速傅里叶变换；S9：计算输入信号的相位。2.根据权利要求1所述的一种基于幅角变换的阻抗谱生成方法，其特征在于，S1包括：第一接地点GND1连接信号源，信号源产生交流电信号，信号源依次串联：串联电阻、保护电阻、待测物体，连接运算放大器负极，运算放大器的输出端串联第一电阻，串联第一采集卡，反馈电阻与运算放大器并联，反馈电容与并联；和之间设有第二采集卡，运算放大器正极依次串联第二电阻和第二接地点GND2。3.根据权利要求1所述的一种基于幅角变换的阻抗谱生成方法，其特征在于，S2包括：设信号源输出信号幅值为，流过的电流为，令，是保护电阻和待测物体阻抗的和，为待测物体抗阻，则为：。4.根据权利要求1所述的一种基于幅角变换的阻抗谱生成方法，其特征在于，S3包括：令运放输出为，反馈网络为，为：；式中，，j表示虚部，，为周期， 为测试时信号的频率，得到的进一步计算式：，；e为常数，改变运算放大器的信号的正负。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：武同宝，宫德锋，杨雷，杨坤，乔东伟，徐东生，张立柱，田恩国，王俊逸，施超，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司泰安供电公司，
类型：发明
国别省市：