LCR阻抗测量装置及其测量方法

lcr阻抗测量装置及其测量方法
技术领域
1.本发明涉及阻抗测量技术领域，尤其涉及一种lcr阻抗测量装置及其测量方法。


背景技术：

2.电子信息行业的产品研发以及生产，测量电子、电气元器件的各项参数是必需的，如阻抗、相角、电感、电容、损耗因子、品质因素等等。阻抗测量是电子测量的五大领域之一，电子测量是电子信息产业的基础。阻抗测量不仅是电子测量领域的重要内容，而且通过对阻抗的测量，一般可以间接的实现对电子元器件其他参数的快速准确的推导和换算。
3.现有技术实现测量阻抗的方法：电压表-电流表法(万用表)、自动平衡电桥法(lcr电桥)、射频电压-电流法(阻抗分析仪)、网络分析法(矢量网络分析仪)。现有的测量方法只适用于中等精度和低精度的场合、需要手动平衡、不能适应更高的频率范围。当被测阻抗接近特征阻抗时才能得到高精度；改变测量频率需要重新校准；阻抗测量范围窄等问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术测量方法只适用于中等精度和低精度的场合、需要手动平衡、不能适应更高的频率范围等技术问题，本发明提供一种lcr阻抗测量装置，测量精度高，适用范围广，不需要手动调节，能够适应更高的频率范围。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种lcr阻抗测量装置，所述测量装置上连接有被测元件，所述测量装置包括：信号源发生模块、mcu模块、a/d转换模块、鉴相器模块、第一放大模块、i/v转换模块、量程切换模块、第二放大模块以及显示模块；
6.所述信号源发生模块用于产生两路正交信号和正弦波信号，所述正弦波信号用于驱动所述被测元件使所述被测元件产生电流信号；
7.所述第一放大模块用于放大至少一路所述正交信号；
8.所述i/v转换模块获取所述电流信号，将所述电流信号转换为电压信号，通过所述量程切换模块切换不同的量程电阻，以适应所述被测元件的所述电流信号；
9.所述第二放大模块用于放大所述电压信号；
10.所述鉴相器模块具有两个输入端，分别为第一输入端和第二输入端，所述第一输入端用于获取放大所述正交信号，所述第二输入端用于获取放大的所述电压信号，并进行鉴相处理，处理后所述鉴相器模块输出所述被测元件在x轴分量的第一电压值u
x
和第一电流值i
x
以及y轴分量的第二电压值uy和第二电流值iy；
11.所述a/d转换模块将所述第一电压值u
x
、所述第一电流值i
x
、所述第二电压值uy和所述第二电流值iy转换为数字信号；
12.所述mcu模块接收所述数字信号，并计算所述被测元件的阻抗；
13.所述显示模块用于显示所述被测元件的阻抗信息；
14.所述信号源发生模块的输出端和所述第一放大模块的一端均与所述被测元件的一端连接，所述量程切换模块、所述被测元件的另一端以及所述第二放大模块的一端均与
所述i/v转换模块连接，所述第一输入端和所述第一放大模块的另一端连接，所述第二输入端和所述第二放大模块的另一端连接，所述鉴相器模块的输出端与所述a/d转换模块的一端连接，所述a/d转换模块的另一端和所述显示模块均与所述mcu模块连接。
15.进一步，具体地，所述信号源发生模块包括：
16.脉冲信号发生单元，用于输出脉冲信号；
17.正交信号发生单元，与所述脉冲信号发生单元连接，获取所述脉冲信号，并对所述脉冲信号处理，处理后分别输出两路所述正交信号，两路所述正交信号分别为第一正交信号和第二正交信号，所述第一正交信号和所述第二正交信号之间相位差为90
°
；
18.滤波单元，与所述正交信号发生单元连接，对所述第一正交信号进行滤波处理，处理后的信号为所述正弦波信号。
19.进一步，具体地，所述i/v转换模块包括：
20.信号采集单元，与所述被测元件连接，用以采集所述电流信号；
21.电流转电压单元，与所述信号采集单元连接，用以将所述电流信号转换为电压信号。
22.进一步，具体地，所述鉴相器模块包括：
23.开关切换单元，与所述第一放大模块和所述第二放大模块连接，所述第二输入端获取放大的所述电压信号形成所述第二输入端的输入信号，所述开关切换单元还对放大的所述第一正交信号或所述第二正交信号选择切换，用以选择所述第一正交信号和所述第二正交信号中任意一个信号作为输入信号，所述开关切换单元对两端的输入信号鉴相处理；
24.信号滤波单元，与所述开关切换单元连接，获取所述开关切换单元鉴相处理的输出信号，并进行滤波处理；
25.信号放大单元，与所述信号滤波单元连接，获取信号滤波单元处理后的信号，并进行放大处理。
26.进一步，具体地，量程切换模块包括：
27.多个量程电阻，每个所述量程电阻阻值均不同；
28.开关控制单元，每个所述量程电阻、所述信号采集单元均与所述开关控制单元连接，所述开关控制单元根据所述被测元件的电流信号切换所述量程电阻；
29.进一步，具体地，所述测量装置还包括键盘，所述键盘与所述mcu模块连接，用以控制所述显示模块显示的信息。
30.进一步，具体地，所述信号放大单元为减法运算放大电路。
31.进一步，具体地，所述被测元件为电阻、电容或电感。
32.一种lcr阻抗测量方法，所述lcr阻抗测量方法采用如上所述的lcr阻抗测量装置，所述测量方法包括：
33.将所述被测元件的一端与所述信号源发生模块的输出端连接，另一端与i/v转换模块连接；
34.启动所述测量装置，所述信号源发生模块用于产生两路正交信号和正弦波信号，所述正弦波信号用于驱动所述被测元件使所述被测元件产生电流信号；
35.所述第一放大模块用于放大至少一路所述正交信号；
36.所述i/v转换模块获取所述电流信号，将所述电流信号转换为电压信号，通过所述
量程切换模块切换不同的量程电阻，以适应所述被测元件的所述电流信号；
37.所述第二放大模块用于放大所述电压信号；
38.所述鉴相器模块具有两个输入端，分别为第一输入端和第二输入端，所述第一输入端用于获取放大所述正交信号，所述第二输入端用于获取放大的所述电压信号，并进行鉴相处理，处理后所述鉴相器模块输出所述被测元件在x轴分量的第一电压值u
x
和第一电流值i
x
以及y轴分量的第二电压值uy和第二电流值iy；
39.所述a/d转换模块将所述第一电压值u
x
、所述第一电流值i
x
、所述第二电压值uy和所述第二电流值iy转换为数字信号；
40.所述mcu模块接收所述数字信号，并计算所述被测元件的阻抗；
41.所述显示模块用于显示所述被测元件的阻抗信息。
42.本发明的有益效果是：
43.(1)通过信号源发生模块能够产生固定的频率的正弦信号，不需要改变测量频率以及校准，且信号不易失，输出更稳定，提高了对被测元件测量的精度，另外，通过对信号源发生模块的改进，可以调节频率，能够适应更高的频率范围。
44.(2)通过i/v转换模块是将被测元件中的电流转换成电压信号，同时将被测元件的一端设置为“虚地”，具有自动平衡电桥的作用。该电路由反相比例运算放大电路组成，其中反馈电阻为量程电阻，当被测元件阻抗较大时，元件中电流较小，此时需选择阻值较大的量程电阻，以将较小的电流转换成较大的电压，进一步提高了被测元件对阻抗测量的精度。
45.(3)电压放大器的放大倍数可变，能将信号放大到合适的大小，保证测试精度，有足够大的输入阻抗及较高的共模抑制比。
附图说明
46.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
47.图1是本发明实施例一的结构示意图。
48.图2是本发明实施例一信号源发生模块的结构示意图。
49.图3是本发明实施例一信号源发生模块的电路图。
50.图4是本发明实施例一信号源发生模块输出波形图。
51.图5是本发明实施例一i/v转换模块的电路图。
52.图6是本发明实施例一鉴相器模块的电路图。
53.图7是本发明实施例一开关控制单元的电路图。
54.图8是本发明实施例一被测电阻中的电压、电流及其相量示意图。
55.图9是本发明实施例一被测电感中的电压、电流及其相量示意图。
56.图10是本发明实施例一被测电容中的电压、电流及其相量示意图
57.图中1、信号源发生模块；2、mcu模块；3、a/d转换模块；4、鉴相器模块；5、第一放大模块；6、i/v转换模块；7、量程切换模块；8、第二放大模块；9、显示模块；10、键盘；11、脉冲信号发生单元；12、正交信号发生单元；13、滤波单元；41、开关切换单元；42、信号滤波单元；43、信号放大单元；61、信号采集单元；62、电流转电压单元；500、被测元件。
具体实施方式
58.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
59.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
60.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
61.实施例1
62.如图1所示，本技术实施例提供了一种lcr阻抗测量装置，测量装置上连接有被测元件500，测量装置包括：信号源发生模块1、mcu模块2、a/d转换模块3、鉴相器模块4、第一放大模块5、i/v转换模块6、量程切换模块7、第二放大模块8以及显示模块9；信号源发生模块1用于产生两路正交信号和正弦波信号，正弦波信号用于驱动被测元件500使被测元件500产生电流信号；第一放大模块5用于放大至少一路正交信号；i/v转换模块6获取电流信号，将电流信号转换为电压信号，通过量程切换模块7切换不同的量程电阻，以适应被测元件500的电流信号；第二放大模块8用于放大电压信号；鉴相器模块4具有两个输入端，分别为第一输入端和第二输入端，第一输入端用于获取放大正交信号，第二输入端用于获取放大的电压信号，并进行鉴相处理，处理后鉴相器模块4输出被测元件500在x轴分量的第一电压值u
x
和第一电流值i
x
以及y轴分量的第二电压值uy和第二电流值iy；a/d转换模块3将第一电压值u
x
、第一电流值i
x
、第二电压值uy和第二电流值iy转换为数字信号；mcu模块2接收数字信号，并计算被测元件500的阻抗；显示模块9用于显示被测元件500的阻抗信息。
63.其中，信号源发生模块1的输出端和第一放大模块5的一端均与被测元件500的一端连接，量程切换模块7、被测元件500的另一端以及第二放大模块8的一端均与i/v转换模块6连接，第一输入端和第一放大模块5的另一端连接，第二输入端和第二放大模块8的另一端连接，鉴相器模块4的输出端与a/d转换模块3的一端连接，a/d转换模块3的另一端和显示模块9均与mcu模块2连接。
64.在本实施例中，如图2所示，信号源发生模块1包括：脉冲信号发生单元11，用于输出脉冲信号；正交信号发生单元12，与脉冲信号发生单元11连接，获取脉冲信号，并对脉冲信号处理，处理后分别输出两路正交信号，两路正交信号分别为第一正交信号和第二正交信号，第一正交信号和第二正交信号之间相位差为90
°
；滤波单元13，与正交信号发生单元12连接，对第一正交信号进行滤波处理，处理后的信号为正弦波信号。
65.如图3所示，脉冲信号发生单元11由555定时器组成的多谐振荡器电路，但不仅限
如此，将555定时器的高电平触发端th(引脚6)和低电平触发端(引脚2)连接在一起，在与外接电阻r1、r2和电容c6连接便构成了多谐振荡器。脉冲信号的的周期取决于电路的充、放电时间常数，其充电的时间常数为(r1+r2)*c6，放电时间常数为r2*c6，则输出脉冲的周期为f＝1/t,t＝t1+t2＝0.7(r1+2r2)*c6，由于r2为可调电阻，频率可调范围为698hz～30.4khz，通过调节频率，能够适应更高的频率范围。
66.正交信号发生单元12通过芯片u1a和芯片u1b构成的d触发器，将获取的脉冲信号进行四分频，芯片u1a和芯片u1b的型号采用但不限于74ls74芯片，其中芯片u1a的5号引脚输出第一正交信号，芯片u1b的9号引脚输出第二正交信号，具体的，将芯片u1a的引脚5连接芯片u1b的引脚2，将需要分频的信号传输至芯片u1a和芯片u1b的时钟信号输入端(u1a的引脚3和u1b的引脚11)，每获取一次clk脉冲会使d触发器的状态就会翻转一次(输出高电平转为低电平或输出低电平转为高电平)，所以来两次clk脉冲就会使d触发器输出一个完整的正方波(一个高电平一个低电平)，实现了信号二分频，输出第一正交信号；同理，d触发器u1b也可以搭建一个二分频电路，两者串联，将u1二分频后的输出q连接到u2的时钟驱动clk，即可再次二分频，实现四分频，输出第二正交信号。如图4所示，第一正交信号为0
°
方波，第二正交信号为90
°
方波。
67.滤波单元13对输入的第一正交信号滤波处理，最后输出正弦波信号，且经过3阶低通滤波器滤波处理，滤除了第一正交信号中的高频信号，使得正弦波信号更平滑。
68.在本实施例中，i/v转换模块6包括：信号采集单元61，与被测元件500连接，用以采集电流信号；电流转电压单元62，与信号采集单元61连接，用以将电流信号转换为电压信号。
69.如图5所示，信号采集单元61包括电压跟随器，正弦波信号经过电压跟随器u9a经过电容c18，电容c18是一个电解电容，作用是通交阻直，主要是防止交流信号过来后产生的直流分量，通过电容c18滤除交流信号，r230为正弦波信号的内阻，电压低端和电压高端之间连接被测元件500，用以采集被测元件500的电流信号。
70.电流转电压单元62将被测元件500中的电流转换成电压信号，同时将被测元件500的一端设置为“虚地”，具有自动平衡电桥的作用。电流转电压单元62由反相比例运算放大电路组成，其中反馈电阻为量程电阻，当被测元件500阻抗较大时，元件中电流较小，此时需选择阻值较大的量程电阻，以将较小的电流转换成较大的电压，提高测试精度。运算放大电路的运算放大器通常选用高输入阻抗、低漂移型的放大器。
71.在本实施例中，量程切换模块7包括：多个量程电阻71，每个量程电阻阻值均不同，量程电阻选用高精度金属膜电阻，但不仅限如此。如图7所示，开关控制单元72，每个量程电阻、信号采集单元61均与开关控制单元72连接，开关控制单元72根据被测元件500的电流信号切换量程电阻；具体的，经过被测元件500的电流信号相当于量程电阻上的电流，已知量程电阻的阻值和输出电压，量程电阻上的电流为输出电压与量程电阻的阻值之比，进而得到被测元件500的电流信号
72.在本实施例中，第二放大模块8用于放大i/v转换模块6转换后的电压信号，为保证测试精度，通常电压放大器需设置成放大倍数可变，以将信号放大到合适的大小。同时，由于放大器在工作时，有一定的相位偏移，为保证电压与电流信号有相同的相位偏移，减小测量误差，第一放大模块5和第二放大模块8为相同的电路结构，且在电路pcb板设计时，应采
用相同的布局。为保证测量精度，第一放大模块5和第二放大模块8要有足够大的输入阻抗及较高的共模抑制比。
73.如图6所示，鉴相器模块4包括：开关切换单元41，与第一放大模块5和第二放大模块8连接，第二输入端获取放大的电压信号形成第二输入端的输入信号，开关切换单元41还对放大的第一正交信号或第二正交信号选择切换，用以选择第一正交信号和第二正交信号中任意一个信号作为输入信号，开关切换单元41对两端的输入信号鉴相处理；信号滤波单元42，与开关切换单元41连接，获取开关切换单元41鉴相处理的输出信号，并进行滤波处理；信号放大单元43，与信号滤波单元42连接，获取信号滤波单元42处理后的信号，并进行放大处理。
74.需要说明的是，鉴相器模块4用于从正弦波信号以及电压信号中将信号的x轴分量与y轴分量提取出来。鉴相器类型有多种，在阻抗测试仪中用的较多的是脉冲数字鉴相器，该鉴相器通过信号源发生模块1产生的两路正交信号，并结电压信号，将正弦波信号中的x轴分量与y轴分量提取出来。电路一般用电子开关实现模拟乘法功能，完成鉴相处理。
75.在本实施例中，开关切换单元41包括控制开关u1，控制开关u1的型号采用但不限于cd4053芯片，cd4053芯片用来作为clkset开关的切换，sa端控制za端、y1a端和y0a端，当sa端是高电平的时候，那么za端和y1a端相连；sa端为低电平的时候，za端和y0a端相连，zb端和zc端工作原理和za端一样。通过clkset用来选择输入的信号为第一正交信号或第二正交信号，并传输至信号滤波单元42处理，把交流信号滤掉，产生直流信号，然后再通过信号放大单元43放大输出。信号放大单元43为减法运算放大电路，放大倍数为5倍。
76.输出信号与信号幅值与相位的关系：
77.若被测元件500为电阻，对于图8所示电阻r，当有正弦电流通过时，根据欧姆定律，电压电流的时域关系为：
[0078][0079]
电阻上的电压又可以表示为
[0080]
对比上述两式，可以得到，
[0081]
大小关系：ur＝rir；
[0082]
相位关系：ψu＝ψi；
[0083]
相量形式为：
[0084]
若被测元件500为电感，对于图9所示的电感元件l，有正弦电流通过时，根据电感的电压电流的时域关系有：
[0085][0086]
而电感上的电压又可以表示为
[0087]
对比上述两式，可以得到，
[0088]
大小关系：u
l
＝ωli
l
；
[0089]
相位关系：ψu＝ψi+90
°
；
[0090]
则相量形式为：
[0091]
由相量关系式可知，电感电压超前电流相位90
°
。
[0092]
若被测元件500为电容，对于图10所示电容元件c，有正弦电压通过时，它的电压电流的时域关系为：
[0093][0094]
而电容的电流又可以表示为
[0095]
对比上述两式，可以得到，
[0096]
大小关系：
[0097]
相位关系：ψu＝ψ
i-90
°
；
[0098]
由此，说明电容c上的电压、电流也都是同一频率的正弦量，电容电压滞后电流相位90
°
。令电流相量为电压相量为
[0099]
相量形式为：
[0100]
在本实施例中，a/d转换模块3一般采用双积分型，提高了转换精度高。
[0101]
在本实施例中，mcu模块2获取a/d转换模对第一电压值u
x
、第一电流值i
x
、第二电压值uy和第二电流值iy转换后的数字量。并通过公式计算阻抗信息，
[0102]
公式为：
[0103]
ψu＝arctan(uy/u
x
),ψi＝arctan(iy/i
x
),ψ＝ψ
u-ψi,|z|＝u/i,r＝|z|*cosψ,x＝|z|*sinψ。若x为正值，则所测元件为电感，得到：x＝2πfl，若x为负值，则所测元件为电容，得到：
[0104]
其中，u为总电压，i为总电流，ψu为电压相位，ψi为电流相位，ψ为总相位，r为电阻阻值，x为阻抗值，x为感抗容抗大小。
[0105]
在本实施例中，测量装置还包括键盘10，键盘10与mcu模块2连接，用以控制显示模块9显示的信息。
[0106]
实施例2
[0107]
本技术实施例提供了一种lcr阻抗测量方法，lcr阻抗测量方法采用如上的lcr阻抗测量装置，测量方法包括：
[0108]
将被测元件500的一端与信号源发生模块1的输出端连接，另一端与i/v转换模块6连接；
[0109]
启动测量装置，信号源发生模块1用于产生两路正交信号和正弦波信号，正弦波信号用于驱动被测元件500使被测元件500产生电流信号；
[0110]
第一放大模块5用于放大至少一路正交信号；
[0111]
i/v转换模块6获取电流信号，将电流信号转换为电压信号，通过量程切换模块7切换不同的量程电阻，以适应被测元件500的电流信号；
[0112]
第二放大模块8用于放大电压信号；
[0113]
鉴相器模块4具有两个输入端，分别为第一输入端和第二输入端，第一输入端用于获取放大正交信号，第二输入端用于获取放大的电压信号，并进行鉴相处理，处理后鉴相器模块4输出被测元件500在x轴分量的第一电压值u
x
和第一电流值i
x
以及y轴分量的第二电压值uy和第二电流值iy；
[0114]
a/d转换模块3将第一电压值u
x
、第一电流值i
x
、第二电压值uy和第二电流值iy转换为数字信号；
[0115]
mcu模块2接收数字信号，并计算被测元件500的阻抗；
[0116]
显示模块9用于显示被测元件500的阻抗信息。
[0117]
综上，一种lcr阻抗测量装置通过信号源发生模块能够产生固定的频率的正弦信号，不需要改变测量频率以及校准，且信号不易失，输出更稳定，提高了对被测元件对阻抗测量的精度。通过i/v转换模块是将被测元件中的电流转换成电压信号，同时将被测元件的一端设置为“虚地”，具有自动平衡电桥的作用。该电路由反相比例运算放大电路组成，其中反馈电阻为量程电阻，当被测元件阻抗较大时，元件中电流较小，此时需选择阻值较大的量程电阻，以将较小的电流转换成较大的电压，进一步提高了被测元件测量的精度。电压放大器的放大倍数可变，能将信号放大到合适的大小，保证测试精度，有足够大的输入阻抗及较高的共模抑制比。
[0118]
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

技术特征：
1.一种lcr阻抗测量装置，所述测量装置上连接有被测元件(500)，其特征在于，所述测量装置包括：信号源发生模块(1)、mcu模块(2)、a/d转换模块(3)、鉴相器模块(4)、第一放大模块(5)、i/v转换模块(6)、量程切换模块(7)、第二放大模块(8)以及显示模块(9)；所述信号源发生模块(1)用于产生两路正交信号和正弦波信号，所述正弦波信号用于驱动所述被测元件(500)使所述被测元件(500)产生电流信号；所述第一放大模块(5)用于放大至少一路所述正交信号；所述i/v转换模块(6)获取所述电流信号，将所述电流信号转换为电压信号，通过所述量程切换模块(7)切换不同的量程电阻，以适应所述被测元件(500)的所述电流信号；所述第二放大模块(8)用于放大所述电压信号；所述鉴相器模块(4)具有两个输入端，分别为第一输入端和第二输入端，所述第一输入端用于获取放大所述正交信号，所述第二输入端用于获取放大的所述电压信号，并进行鉴相处理，处理后所述鉴相器模块(4)输出所述被测元件(500)在x轴分量的第一电压值u
x
和第一电流值i
x
以及y轴分量的第二电压值u
y
和第二电流值i
y
；所述a/d转换模块(3)将所述第一电压值u
x
、所述第一电流值i
x
、所述第二电压值u
y
和所述第二电流值i
y
转换为数字信号；所述mcu模块(2)接收所述数字信号，并计算所述被测元件(500)的阻抗；所述显示模块(9)用于显示所述被测元件(500)的阻抗信息；所述信号源发生模块(1)的输出端和所述第一放大模块(5)的一端均与所述被测元件(500)的一端连接，所述量程切换模块(7)、所述被测元件(500)的另一端以及所述第二放大模块(8)的一端均与所述i/v转换模块(6)连接，所述第一输入端和所述第一放大模块(5)的另一端连接，所述第二输入端和所述第二放大模块(8)的另一端连接，所述鉴相器模块(4)的输出端与所述a/d转换模块(3)的一端连接，所述a/d转换模块(3)的另一端和所述显示模块(9)均与所述mcu模块(2)连接。2.如权利要求1所述的lcr阻抗测量装置，其特征在于，所述信号源发生模块(1)包括：脉冲信号发生单元(11)，用于输出脉冲信号；正交信号发生单元(12)，与所述脉冲信号发生单元(11)连接，获取所述脉冲信号，并对所述脉冲信号处理，处理后分别输出两路所述正交信号，两路所述正交信号分别为第一正交信号和第二正交信号，所述第一正交信号和所述第二正交信号之间相位差为90
°
；滤波单元(13)，与所述正交信号发生单元(12)连接，对所述第一正交信号进行滤波处理，处理后的信号为所述正弦波信号。3.如权利要求2所述的lcr阻抗测量装置，其特征在于，所述i/v转换模块(6)包括：信号采集单元(61)，与所述被测元件(500)连接，用以采集所述电流信号；电流转电压单元(62)，与所述信号采集单元(61)连接，用以将所述电流信号转换为电压信号。4.如权利要求3所述的lcr阻抗测量装置，其特征在于，所述鉴相器模块(4)包括：开关切换单元(41)，与所述第一放大模块(5)和所述第二放大模块(8)连接，所述第二输入端获取放大的所述电压信号形成所述第二输入端的输入信号，所述开关切换单元(41)还对放大的所述第一正交信号或所述第二正交信号选择切换，用以选择所述第一正交信号和所述第二正交信号中任意一个信号作为输入信号，所述开关切换单元(41)对两端的输入
信号鉴相处理；信号滤波单元(42)，与所述开关切换单元(41)连接，获取所述开关切换单元(41)鉴相处理的输出信号，并进行滤波处理；信号放大单元(43)，与所述信号滤波单元(42)连接，获取信号滤波单元(42)处理后的信号，并进行放大处理。5.如权利要求3所述的lcr阻抗测量装置，其特征在于，量程切换模块(7)包括：多个量程电阻(71)，每个所述量程电阻阻值均不同；开关控制单元(72)，每个所述量程电阻、所述信号采集单元(61)均与所述开关控制单元(72)连接，所述开关控制单元(72)根据所述被测元件(500)的电流信号切换所述量程电阻。6.如权利要求1所述的lcr阻抗测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括键盘(10)，所述键盘(10)与所述mcu模块(2)连接，用以控制所述显示模块(9)显示的信息。7.如权利要求4所述的lcr阻抗测量装置，其特征在于，所述信号放大单元(43)为减法运算放大电路。8.如权利要求1所述的lcr阻抗测量装置，其特征在于，所述被测元件(500)为电阻、电容或电感。9.一种lcr阻抗测量方法，其特征在于，所述lcr阻抗测量方法采用如权利要求1至8中任一项所述的lcr阻抗测量装置，所述lcr阻抗测量方法包括：将所述被测元件(500)的一端与所述信号源发生模块(1)的输出端连接，另一端与i/v转换模块(6)连接；启动所述测量装置，所述信号源发生模块(1)用于产生两路正交信号和正弦波信号，所述正弦波信号用于驱动所述被测元件(500)使所述被测元件(500)产生电流信号；所述第一放大模块(5)用于放大至少一路所述正交信号；所述i/v转换模块(6)获取所述电流信号，将所述电流信号转换为电压信号，通过所述量程切换模块(7)切换不同的量程电阻，以适应所述被测元件(500)的所述电流信号；所述第二放大模块(8)用于放大所述电压信号；所述鉴相器模块(4)具有两个输入端，分别为第一输入端和第二输入端，所述第一输入端用于获取放大所述正交信号，所述第二输入端用于获取放大的所述电压信号，并进行鉴相处理，处理后所述鉴相器模块(4)输出所述被测元件(500)在x轴分量的第一电压值u
x
和第一电流值i
x
以及y轴分量的第二电压值u
y
和第二电流值i
y
；所述a/d转换模块(3)将所述第一电压值u
x
、所述第一电流值i
x
、所述第二电压值u
y
和所述第二电流值i
y
转换为数字信号；所述mcu模块(2)接收所述数字信号，并计算所述被测元件(500)的阻抗；所述显示模块(9)用于显示所述被测元件(500)的阻抗信息。

技术总结
本发明涉及阻抗测量技术领域，尤其涉及一种LCR阻抗测量装置及其测量方法，所述测量装置包括：信号源发生模块、MCU模块、A/D转换模块、鉴相器模块、第一放大模块、I/V转换模块、量程切换模块、第二放大模块以及显示模块；信号源发生模块的输出端和第一放大模块的一端均与被测元件的一端连接，量程切换模块、被测元件的另一端以及第二放大模块的一端均与I/V转换模块连接，第一输入端和第一放大模块的另一端连接，第二输入端和第二放大模块的另一端连接，鉴相器模块的输出端与A/D转换模块的一端连接，A/D转换模块的另一端和显示模块均与MCU模块连接。本发明的一种LCR阻抗测量装置，测量精度高，适用范围广，不需要手动调节，能够适应更高的频率范围。更高的频率范围。更高的频率范围。


技术研发人员：弓骏松 戴昌志
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/22