CN105388348B - 一种增强型自动平衡桥及其实现开环补偿的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强型自动平衡桥及其实现开环补偿的方法，属于阻抗测量领域，包括激励源、被测件、电压表、量程电阻、过零检测电路、调制‑解调电路、四端对接口和测量电缆，本发明采用由过零检测电路、调制‑解调电路等组成的负反馈环路，使得自动平衡桥能够快速、准确地达到平衡状态，具有测量速度快、测量精度高等特点；通过断开负反馈环路，对开环状态的幅度损耗和相位偏移分别进行计算和补偿，使自动平衡桥快速达到平衡状态，提高测量速度；在测量频率、测量夹具、测量电缆等测量条件改变时，通过执行负反馈环路的开环补偿，仍可使自动平衡桥快速达到平衡状态；增加平衡状态检测电路，为自动平衡桥快速达到平衡状态提供有力保证。

Description

一种增强型自动平衡桥及其实现开环补偿的方法

技术领域

本发明属于阻抗测量领域，具体涉及一种增强型自动平衡桥及其实现开环补偿的方法。

背景技术

要实现对被测件的电阻R、电感L、电容C、品质因数Q、损耗因数D等参数的测量，其核心就是进行阻抗的测量，根据阻抗值可推算出其它参数值。目前，实现阻抗测量的方法有很多种，常用的有电桥法、谐振法、电压-电流法、RF电压-电流法、网络分析法和自动平衡桥法，每种方法都有各自的优缺点，需要根据不同的应用领域选择不同的阻抗测量方法。电桥法具有测量精度高、成本低，但是测量频率范围窄，且需要手动调节电桥平衡。谐振法可以测量具有很高Q值的被测件，但是测量精度低。电压-电流法适合于探头类型测试需要，但是测量频率范围受到探头变压器的限制。RF电压-电流法具有很高的测量频率和测量频率范围，但是测量频率低于100kHz时，就不能采用这种方法。网络分析法虽然具有很高的测量频率，但是只适用于被测件阻抗为50Ω左右的场合，因此阻抗测量范围非常窄。相对于以上介绍的几种阻抗测量方法，当要求测量频率f≥20Hz时，可选择自动平衡桥方法实现阻抗测量，兼具有测量精度高、测量速度快、测量频率高、阻抗测量范围广等优点。

目前，常规型自动平衡桥原理图(如图1所示)，利用运算放大器的虚短原理，使被测件的低端处于“虚地”状态，因此可得到Lp端误差电流Id＝0，即Ix＝Ir。通过电压表1和电压表2分别测得Vx和Vr值，Rr为量程电阻值，全部采用高精度、低温漂的标准电阻，为已知量，这样就可以计算出被测件阻抗值Zx。

采用常规型自动平衡桥方法实现阻抗测量，具有设计简单、易于实现，但是因为受限于运算放大器本身的特性，常规型自动平衡桥方法的测量频率一般最大只能达到100kHz，为了满足更高的测量频率要求，在常规型自动平衡桥方法的基础上进行改进，得出一种增强型自动平衡桥方法(如图2所示)，增强型自动平衡桥方法相比常规型自动平衡桥方法，最大区别在于Lp端的反馈环路不一样，常规型自动平衡桥方法只使用1个运算放大器，而增强型自动平衡桥方法使用过零检测电路、调制-解调电路代替运算放大器，使得增强型自动平衡桥方法的测量频率最大能够达到110MHz，相比常规型自动平衡桥方法，增强型自动平衡桥方法的测量频率得到很大程度提高。虽然增强型自动平衡桥方法提高了测量频率，但是由于增强型自动平衡桥方法增加了过零检测电路、调制-解调电路等反馈环路，这样就对自动平衡桥快速达到平衡状态产生了影响，使得目前采用的增强型自动平衡桥方法普遍存在测量速度慢、测量精度低等问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种增强型自动平衡桥及其实现开环补偿的方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有测量速度快、测量精度高等特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种增强型自动平衡桥，包括激励源、被测件、电压表、量程电阻、过零检测电路、调制-解调电路、四端对接口和测量电缆；

所述激励源，被配置为用于为被测件提供激励源信号，包括交流信号和直流信号，交流信号由第一DDS产生；

所述电压表包括第一电压表、第二电压表；

所述第一电压表，被配置为用于对被测件进行电压测量；

所述第二电压表，被配置为用于对量程电阻进行电压测量；

所述量程电阻，被配置为用于根据被测件的阻抗范围，选择合适的电阻挡位；

所述四端对接口分别为激励源端Hc、被测件测量端Hp、量程电阻端Lc、误差电流端Lp；

所述激励源、电压表1、量程电阻、过零检测电路分别对应于四端对接口的激励源端Hc、被测件测量端Hp、量程电阻端Lc、误差电流端Lp；

所述测量电缆包括第一测量电缆、第二测量电缆、第三测量电缆和第四测量电缆；

所述过零检测电路，被配置为用于将误差电流端Lp的误差电流Id进行过零检测并进行信号处理；

所述调制-解调电路，被配置为用于对过零检测电路输出的信号进行调制和解调；

所述第三测量电缆、过零检测电路、调制-解调电路、量程电阻和第四测量电缆形成一个负反馈环路；

当自动平衡桥没有达到平衡状态时，误差电流经过第三测量电缆、过零检测电路、调制-解调电路、量程电阻、第四测量电缆、第三测量电缆，依次循环，形成负反馈环路，对负反馈环路的开环损耗进行补偿，闭合负反馈环路，自动平衡桥可达到平衡状态。

优选地，所述过零检测电路包括I/V转换电路、信号放大电路、交流耦合电路、第一D/A转换电路、信号放大及滤波电路和平衡状态检测电路，所述I/V转换电路、信号放大电路、交流耦合电路、第一D/A转换电路、信号放大及滤波电路和平衡状态检测电路通过线路依次连接。

优选地，所述平衡状态检测电路，被配置为用于检测自动平衡桥是否达到平衡状态。

优选地，所述调制-解调电路包括0°方向电路和90°方向电路；

所述0°方向电路包括第一乘法器、第一积分器、第一可变增益放大器、第一开关、第一直流电压源和第三乘法器，所述第一乘法器的一端、第一积分器、第一可变增益放大器的一端通过线路依次连接；第一可变增益放大器的另一端和第三乘法器的一端通过第一开关连接；所述第一开关设置有两个触点，其中一个触点和第一可变增益放大器的另一端连接，另一个触点和第一直流电压源的一端连接，所述第一直流电压源的另一端接地；

所述90°方向电路包括第二乘法器、第二积分器、第二可变增益放大器、第二开关、第二直流电压源和第四乘法器，所述第二乘法器的一端、第二积分器、第二可变增益放大器的一端通过线路依次连接；第二可变增益放大器的另一端和第四乘法器的一端通过第二开关连接；所述第二开关设置有两个触点，其中一个触点和第二可变增益放大器的另一端连接，另一个触点和第二直流电压源的一端连接，所述第二直流电压源的另一端接地；

第一乘法器的另一端和第二乘法器的另一端组成的公共端连接至过零检测电路的输出端；第三乘法器的另一端和第四乘法器的另一端组成的公共端连接至量程电阻和第二电压表组成的公共端。

优选地，所述0°方向电路还包括第二D/A转换电路，所述第二D/A转换电路连接至第一积分器的输入端；所述90°方向电路还包括第三D/A转换电路，所述第三D/A转换电路连接至第二积分器的输入端。

优选地，所述调制-解调电路还包括第三开关、第四开关、第三电压表；所述第三开关和第四开关的一端组成公共端连接至第三电压表的一端，第三电压表的另一端接地，所述第三开关的另一端连接至第三乘法器和第四乘法器组成的公共端，第四开关的另一端连接至第一乘法器和第二乘法器组成的公共端。

优选地，所述调制-解调电路还包括第二DDS和反相电路；

所述第二DDS输出第一路参考信号V0和第二路参考信号V90分别至第一乘法器和第二乘法器，第一路参考信号V0和第二路参考信号V90幅度相等、频率相等、相位相差90°；

所述第二DDS输出的第一路参考信号V0和第二路参考信号V90，经反相电路输出第三路参考信号V180和第四路参考信号V270分别至第三乘法器和第四乘法器，第三路参考信号V180和第四路参考信号V270幅度相等、频率相等、相位相差90°。

此外，本发明还提到一种增强型自动平衡桥的开环补偿方法，该方法采用所述的一种增强型自动平衡桥，按照如下步骤进行：

步骤1：进行增强型自动平衡桥的初始化工作；

步骤2：将第一开关和第二开关分别接通第一直流电压源和第二直流电压源，断开自动平衡桥的负反馈环路,使第一直流电压源和第二直流电压源分别接至第三乘法器和第四乘法器的输入端；

步骤3：关闭第一DDS的输出功能，使自动平衡桥的激励源输出为零；控制第二DDS的输出方式，使第一路参考信号V0和第三路参考信号V180输出，第二路参考信号V90和第四路参考信号V270不输出；

步骤4：将第三乘法器的输出作为负反馈环路的第一调节信号，第三开关闭合，第四开关断开，利用第三电压表对第一调节信号进行测量，得到第一调节信号的幅度V1和相位Φ1；

步骤5：在自动平衡桥负反馈环路开环状态下，第一调节信号沿负反馈环路方向流经一个环路，将过零检测电路的输出作为第二调节信号，第四开关闭合，第三开关断开，利用第三电压表对第二调节信号进行测量，得到第二调节信号的幅度V2和相位Φ2；

步骤6：计算负反馈环路开环的幅度损耗并进行补偿；由第一调节信号的幅度V1和第二调节信号的幅度V2可得负反馈环路开环的幅度损耗为A0＝V2/V1；为补偿开环幅度损耗A0，通过调节第一可变增益放大器，使第一可变增益放大器的增益A1设置为开环幅度损耗A0的倒数，即A1＝1/A0＝V1/V2，且第二可变增益放大器的增益A2等于第一可变增益放大器的增益A1；

步骤7：计算负反馈环路开环的相位偏移并进行补偿；当负反馈环路开环的相位偏移为180°时，自动平衡桥可快速达到平衡状态，由第一调节信号的相位Φ1和第二调节信号的相位Φ2可得负反馈环路开环的相位偏移为Φ＝Φ2-Φ1；为补偿开环相位偏移Φ，相对于激励源第一DDS输出信号的相位，调节第二DDS输出参考信号的相位，通过对第二DDS预置一个相位偏移α，而第二DDS预置的相位偏移α＝Φ-180°；

步骤8：第一开关和第二开关分别接通第一可变增益放大器和第二可变增益放大器，闭合自动平衡桥的负反馈环路，第三开关和第四开关全部断开，打开第一DDS的输出功能，使自动平衡桥的激励源输出电压信号，控制第二DDS的输出方式，使第一路参考信号V0、第二路参考信号V90、第三路参考信号V180和第四路参考信号V270输出电压信号；

步骤9：通过自动平衡桥的平衡状态检测电路，判断自动平衡桥是否达到平衡状态；

若：判断结果是自动平衡桥没有达到平衡状态，则执行步骤2～8；

或判断结果是自动平衡桥达到平衡状态，则结束检测。

此外，本发明还提到一种阻抗测量方法，该方法采用上述的一种增强型自动平衡桥，在自动平衡桥达到平衡状态后，按照如下步骤进行：

步骤1：通过第一电压表和第二电压表对电压信号进行电压测量；

步骤2：根据公式计算出被测件的阻抗值Zx；式中，Rr为量程电阻值，且量程电阻全部采用高精度、低温漂的标准电阻，，Vx和Vr分别为第一电压表和第二电压表测量的电压信号值。

本发明的原理是：

增强型自动平衡桥采用四端对输出接口，包括Hc端、Hp端、Lp端和Lc端。Hc为激励源端，包括交流信号和直流信号，其中交流信号采用DDS1实现，直流信号采用16bit的D/A转换器实现，将交流信号和直流相叠加，经过信号驱动电路处理后，施加到被测件DUT上。Hp为被测件高端电压测量端，对被测件上电压Vx进行测量。Lc为量程电阻端，根据被测件阻抗范围，选择相应的量程电阻挡位，并对量程电阻Rr上电压Vr进行测量，且量程电阻全部采用高精度、低温漂的标准电阻。Lp为误差电流端，误差电流Id等于被测件上电流Ix与量程电阻上电流Ir之差。

当自动平衡桥没有达到平衡状态时，即Lp端的误差电流Id不等于零，误差电流Id经过Lp端测量电缆、过零检测电路、调制-解调电路、量程电阻、Lc端测量电缆、Lp端测量电缆，依次循环，形成负反馈环路LOOP。要使自动平衡桥快速、准确地达到平衡状态，需要对负反馈环路的开环损耗进行补偿。在断开负反馈环路后，对开环的幅度损耗和相位偏移分别进行计算和补偿。对负反馈环路的开环状态完成补偿后，闭合负反馈环路，自动平衡桥可达到平衡状态，这时Lp端的误差电流Id等于零，因此，被测件低端称为自动平衡桥的“虚地”点。

当自动平衡桥达到平衡状态后，Lp端误差电流Id为零，即Ix＝Ir，因此被测件的阻抗值Zx为：

在公式(1)中，Rr为量程电阻值，且量程电阻全部采用高精度、低温漂的标准电阻，为已知量，Vx和Vr为待测量，因此，通过公式(1)即可计算出被测件的阻抗值Zx。

本发明所带来的有益技术效果：

本发明提出了一种增强型自动平衡桥及其实现开环补偿的方法，与现有技术相比，本发明采用由过零检测电路、调制-解调电路、量程电阻等部分组成的负反馈环路，具有测量速度快、测量精度高等特点；采用DDS为调制-解调电路提供参考信号，准确地实现两路参考信号相位相差90°；通过断开负反馈环路，对开环状态的幅度损耗和相位偏移分别进行计算和补偿，使自动平衡桥快速达到平衡状态，提高测量速度；在测量频率、测量夹具、测量电缆等测量条件改变时，通过执行负反馈环路的开环补偿，仍可使自动平衡桥快速达到平衡状态；增加自动平衡桥的平衡状态检测电路，为自动平衡桥是否达到平衡状态提供检测手段，从而为自动平衡桥快速达到平衡状态提供有力保证。

附图说明

图1是常规型自动平衡桥的原理图。

图2是一种增强型自动平衡桥的原理图。

图3是本发明一种增强型自动平衡桥中过零检测电路的原理图。

图4是本发明一种增强型自动平衡桥中调制-解调电路的原理图。

图5是本发明一种增强型自动平衡桥开环补偿的原理图。

图6是本发明一种增强型自动平衡桥开环补偿方法的流程框图。

图7是本发明一种采用增强型自动平衡桥实现阻抗测量的原理图。

图8是本发明一种采用增强型自动平衡桥实现阻抗测量的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

如图2所示，增强型自动平衡桥，包括激励源、被测件、电压表1、电压表2、量程电阻、过零检测电路、调制-解调电路、四端对接口和测量电缆。在自动平衡桥没有达到平衡状态时，Lp端误差电流Id经过Lp端测量电缆→过零检测电路→调制-解调电路→量程电阻→Lc端测量电缆→Lp端测量电缆→……，依次循环，形成负反馈环路LOOP。

如图3所示，过零检测电路，主要包括I/V转换电路、信号放大电路、交流耦合电路、D/A转换电路N1、信号放大及滤波电路和平衡状态检测电路。当自动平衡桥没有达到平衡状态，Lp端误差电流Id不为零时，先将误差电流Id送到I/V转换电路，转换成电压信号，并经过信号放大电路处理，再通过交流耦合电路，滤除直流信号，只保留交流信号，利用D/A转换器N1为A点提供直流偏置信号，使过零检测电路的输出信号，即B点的直流信号为零。将A点信号经过放大及滤波电路处理后，在调制-解调电路之前，在B点设计了一个自动平衡桥的平衡状态检测电路，当自动平衡桥达到平衡状态时，平衡状态检测电路输出高电平，反之输出低电平，平衡状态检测电路输出的状态值送到FPGA中进行判断和处理，为自动平衡桥是否达到平衡状态提供检测手段。

如图4所示，调制-解调电路，主要由0°方向电路和90°方向电路组成，具体包括乘法器1、乘法器2、乘法器3、乘法器4、积分器1、积分器2、D/A转换器N2、D/A转换器N3、可变增益放大器VA1、可变增益放大器VA2、直流电压源DC1、直流电压源DC2、开关S1、开关S2、DDS2以及反相电路。

DDS2输出2路参考信号V0和V90，且V0和V90必须保持幅度相等、频率相等、相位相差90°，V0和V90经过反相电路，输出另外2路参考信号V180和V270，且V180和V270同样必须保持幅度相等、频率相等、相位相差90°，这4路参考信号分别送给4个乘法器输入端。

Lp端误差电流Id经过过零检测电路处理后，将B点输入信号Vi分别送给乘法器1和乘法器2的输入端，分别和参考信号V0、V90相乘。若设输入信号Vi＝x·sin(ωt+α)，参考信号V0＝y·sin(ωt+β)，可得：

由公式(2)可以看出，乘法器1的输出信号中包含直流分量和交流分量

乘法器1的输出信号送给积分器1，即对公式(2)进行积分可得：

经过积分器1处理后，输出信号中只包含直流分量为πxy·cos(α-β)，而交流分量为零，这个直流分量就是输入信号Vi在参考信号V0上的分量，同理可得到输入信号Vi在参考信号V90上的分量，这样就实现了输入信号Vi的解调功能。

在调制-解调电路的积分器电路中，还包含D/A转换器N2和D/A转换器N3，输出直流信号，分别为积分器1和积分器2的输入端提供一定的直流偏置信号。积分器1和积分器2输出的直流信号，分别送至可变增益放大器VA1和可变增益放大器VA2，分别输出直流信号。在执行阻抗测量时，开关S1和开关S2分别打到A点，使可变增益放大器VA1和可变增益放大器VA2输出的直流信号分别送至乘法器3和乘法器4的输入端，分别和参考信号V180、V270相乘。若设可变增益放大器VA1和VA2输出的直流信号分别为M和N，由于参考信号V0＝y·sin(ωt+β)，则可得到参考信号V180＝a·sin(ωt+β+180°)，参考信号V270＝b·sin(ωt+β+270°)，因此乘法器3的输出信号为M·V180，乘法器4的输出信号为N·V270。将乘法器3输出信号和乘法器4输出信号相加可得：

由公式(4)可以看出：乘法器3输出信号和乘法器4输出信号相加后，得到的C点输出信号为它的频率等于测量频率，这样就实现了输入信号Vi的调制功能。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，结合图5所示，本发明提出了一种增强型自动平衡桥的开环补偿方法，要使自动平衡桥快速、准确地达到平衡状态，需要断开增强型自动平衡桥的负反馈环路，对开环状态的幅度损耗和相位偏移分别进行计算和补偿，具体执行流程如图6所示。

步骤1：执行增强型自动平衡桥的初始化工作，主要包括DDS信号输出、量程电阻选择、幅度增益选择、滤波电路选择、积分电容选择、开关状态选择等；

步骤2：开关S1和开关S2分别打到B点，接通直流电压源DC1和DC2，断开自动平衡桥的负反馈环路,使直流电压源DC1和直流电压源DC2分别接到乘法器3和乘法器4的输入端；

步骤3：关闭DDS1输出功能，使自动平衡桥的激励源输出为零，从而得到自动平衡桥的高端为地电平；控制DDS2输出方式，打开通道1输出功能，即V0、V180输出，关闭通道2输出功能，即V90、V270不输出；

步骤4：将乘法器3的输出作为负反馈环路的调节信号1，开关S3闭合，开关S4断开，利用电压表3对调节信号1进行测量，得到调节信号1的幅度V1和相位Φ1；

步骤5：在自动平衡桥负反馈环路开环状态下，调节信号1沿负反馈环路LOOP方向流经一个环路，将过零检测电路的输出作为调节信号2，开关S4闭合，开关S3断开，利用电压表3对调节信号2进行测量，得到调节信号2的幅度V2和相位Φ2；

步骤6：计算负反馈环路开环的幅度损耗并进行补偿；由调节信号1的幅度V1和调节信号2的幅度V2可得负反馈环路开环的幅度损耗为A0＝V2/V1；为补偿开环幅度损耗A0，通过调节可变增益放大器VA1，使可变增益放大器VA1的增益A1设置为开环幅度损耗A0的倒数，即A1＝1/A0＝V1/V2，且可变增益放大器VA2的增益A2等于可变增益放大器VA1的增益A1；

步骤7：计算负反馈环路开环的相位偏移并进行补偿；当负反馈环路开环的相位偏移为180°时，自动平衡桥可快速达到平衡状态，由调节信号1的相位Φ1和调节信号2的相位Φ2可得负反馈环路开环的相位偏移为Φ＝Φ2-Φ1；为补偿开环相位偏移Φ，相对于激励源DDS1输出信号的相位，调节DDS2输出信号的相位，通过对DDS2预置一个相位偏移α，而DDS2预置的相位偏移α＝Φ-180°；

步骤8：开关S1和开关S2分别打到A点，闭合自动平衡桥的负反馈环路，开关S3和开关S4全部断开，打开DDS1输出功能，使自动平衡桥的激励源输出电压信号。控制DDS2输出方式，打开通道1和通道2输出功能，即V0、V90、V180、V270输出电压信号；

步骤9：通过自动平衡桥的平衡状态检测电路，判断自动平衡桥是否达到平衡状态；

若：判断结果是自动平衡桥没有达到平衡状态，则执行步骤2～8，重新计算负反馈环路的开环幅度损耗和相位偏移并进行补偿；

或自动平衡桥达到平衡状态，则结束检测，往下执行，开始执行阻抗测量工作。

实施例3：

在上述实施例1和实施例2的基础上，在自动平衡桥达到平衡状态后，开始进行阻抗测量，结合图7所示的阻抗测量原理图，具体执行流程如图8所示。

步骤1：将开关S5打到A，对电压信号Vx进行测量；

步骤2：将开关S5打到B，对电压信号Vr进行测量；

步骤3：根据公式(1)描述的计算出被测件的阻抗值Zx，式中，Rr为量程电阻值，且量程电阻全部采用高精度、低温漂的标准电阻。

本发明提出了一种增强型自动平衡桥及其实现开环补偿的方法，采用由过零检测电路、调制-解调电路、量程电阻等部分组成的负反馈环路，使得自动平衡桥能够快速、准确地达到平衡状态，具有测量速度快、测量精度高等特点；采用DDS为调制-解调电路提供参考信号，准确地实现两路参考信号相位相差90°；通过断开负反馈环路，对开环状态的幅度损耗和相位偏移分别进行计算和补偿，使自动平衡桥快速达到平衡状态，提高测量速度；在测量频率、测量夹具、测量电缆等测量条件改变时，通过执行负反馈环路的开环补偿，仍可使自动平衡桥快速达到平衡状态；增加自动平衡桥的平衡状态检测电路，为自动平衡桥是否达到平衡状态提供检测手段，从而为自动平衡桥快速达到平衡状态提供有力保证。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种增强型自动平衡桥，其特征在于：包括激励源、被测件、电压表、量程电阻、过零检测电路、调制-解调电路、四端对接口和测量电缆；

所述激励源，被配置为用于为被测件提供激励源信号，包括交流信号和直流信号，交流信号由第一DDS产生；

所述电压表包括第一电压表、第二电压表；

所述第一电压表，被配置为用于对被测件进行电压测量；

所述第二电压表，被配置为用于对量程电阻进行电压测量；

所述量程电阻，被配置为用于根据被测件的阻抗范围，选择合适的电阻挡位；

所述四端对接口分别为激励源端、被测件测量端、量程电阻端、误差电流端；

所述激励源、第一电压表、量程电阻、过零检测电路分别对应于四端对接口的激励源端、被测件测量端、量程电阻端、误差电流端；

所述测量电缆包括第一测量电缆、第二测量电缆、第三测量电缆和第四测量电缆；

所述过零检测电路，被配置为用于将误差电流端的误差电流进行过零检测并进行信号处理；

所述调制-解调电路，被配置为用于对过零检测电路输出的信号进行调制和解调；

所述第三测量电缆、过零检测电路、调制-解调电路、量程电阻和第四测量电缆形成一个负反馈环路；

当自动平衡桥没有达到平衡状态时，误差电流经过第三测量电缆、过零检测电路、调制-解调电路、量程电阻、第四测量电缆、第三测量电缆，依次循环，形成负反馈环路，对负反馈环路的开环损耗进行补偿，闭合负反馈环路，自动平衡桥可达到平衡状态；所述调制-解调电路包括0°方向电路和90°方向电路；

所述0°方向电路包括第一乘法器、第一积分器、第一可变增益放大器、第一开关、第一直流电压源和第三乘法器，所述第一乘法器的一端、第一积分器、第一可变增益放大器的一端通过线路依次连接；第一可变增益放大器的另一端和第三乘法器的一端通过第一开关连接；所述第一开关设置有两个触点，其中一个触点和第一可变增益放大器的另一端连接，另一个触点和第一直流电压源的一端连接，所述第一直流电压源的另一端接地；

所述90°方向电路包括第二乘法器、第二积分器、第二可变增益放大器、第二开关、第二直流电压源和第四乘法器，所述第二乘法器的一端、第二积分器、第二可变增益放大器的一端通过线路依次连接；第二可变增益放大器的另一端和第四乘法器的一端通过第二开关连接；所述第二开关设置有两个触点，其中一个触点和第二可变增益放大器的另一端连接，另一个触点和第二直流电压源的一端连接，所述第二直流电压源的另一端接地；

第一乘法器的另一端和第二乘法器的另一端组成的公共端连接至过零检测电路的输出端；第三乘法器的另一端和第四乘法器的另一端组成的公共端连接至量程电阻和第二电压表组成的公共端；所述调制-解调电路还包括第三开关、第四开关、第三电压表；所述第三开关和第四开关的一端组成公共端连接至第三电压表的一端，第三电压表的另一端接地，所述第三开关的另一端连接至第三乘法器和第四乘法器组成的公共端，第四开关的另一端连接至第一乘法器和第二乘法器组成的公共端。

2.根据权利要求1所述的增强型自动平衡桥，其特征在于：所述过零检测电路包括I/V转换电路、信号放大电路、交流耦合电路、第一D/A转换电路、信号放大及滤波电路和平衡状态检测电路，所述I/V转换电路、信号放大电路、交流耦合电路、第一D/A转换电路、信号放大及滤波电路和平衡状态检测电路通过线路依次连接。

3.根据权利要求2所述的增强型自动平衡桥，其特征在于：所述平衡状态检测电路，被配置为用于检测自动平衡桥是否达到平衡状态。

4.根据权利要求1所述的增强型自动平衡桥，其特征在于：所述0°方向电路还包括第二D/A转换电路，所述第二D/A转换电路连接至第一积分器的输入端；所述90°方向电路还包括第三D/A转换电路，所述第三D/A转换电路连接至第二积分器的输入端。

5.根据权利要求1所述的增强型自动平衡桥，其特征在于：所述调制-解调电路还包括第二DDS和反相电路；

所述第二DDS输出第一路参考信号和第二路参考信号分别至第一乘法器和第二乘法器，第一路参考信号和第二路参考信号幅度相等、频率相等、相位相差90°；

所述第二DDS输出的第一路参考信号和第二路参考信号，经反相电路输出第三路参考信号和第四路参考信号分别至第三乘法器和第四乘法器，第三路参考信号和第四路参考信号幅度相等、频率相等、相位相差90°。

6.一种增强型自动平衡桥的开环补偿方法，其特征在于：采用如权利要求5所述的一种增强型自动平衡桥，按照如下步骤进行：

步骤1：进行增强型自动平衡桥的初始化工作；

步骤2：将第一开关和第二开关分别接通第一直流电压源和第二直流电压源，断开自动平衡桥的负反馈环路,使第一直流电压源和第二直流电压源分别接至第三乘法器和第四乘法器的输入端；

步骤3：关闭第一DDS的输出功能，使自动平衡桥的激励源输出为零；控制第二DDS的输出方式，使第一路参考信号和第三路参考信号输出，第二路参考信号和第四路参考信号不输出；

步骤4：将第三乘法器的输出作为负反馈环路的第一调节信号，第三开关闭合，第四开关断开，利用第三电压表对第一调节信号进行测量，得到第一调节信号的幅度V1和相位Φ1；

步骤5：在自动平衡桥负反馈环路开环状态下，第一调节信号沿负反馈环路方向流经一个环路，将过零检测电路的输出作为第二调节信号，第四开关闭合，第三开关断开，利用第三电压表对第二调节信号进行测量，得到第二调节信号的幅度V2和相位Φ2；

步骤6：计算负反馈环路开环的幅度损耗并进行补偿；由第一调节信号的幅度V1和第二调节信号的幅度V2可得负反馈环路开环的幅度损耗为A0＝V2/V1；为补偿开环幅度损耗A0，通过调节第一可变增益放大器，使第一可变增益放大器的增益A1设置为开环幅度损耗A0的倒数，即A1＝1/A0＝V1/V2，且第二可变增益放大器的增益A2等于第一可变增益放大器的增益A1；

步骤7：计算负反馈环路开环的相位偏移并进行补偿；当负反馈环路开环的相位偏移为180°时，自动平衡桥可快速达到平衡状态，由第一调节信号的相位Φ1和第二调节信号的相位Φ2可得负反馈环路开环的相位偏移为Φ＝Φ2-Φ1；为补偿开环相位偏移Φ，相对于激励源第一DDS输出信号的相位，调节第二DDS输出参考信号的相位，通过对第二DDS预置一个相位偏移α，而第二DDS预置的相位偏移α＝Φ-180°；

步骤8：第一开关和第二开关分别接通第一可变增益放大器和第二可变增益放大器，闭合自动平衡桥的负反馈环路，第三开关和第四开关全部断开，打开第一DDS的输出功能，使自动平衡桥的激励源输出电压信号，控制第二DDS的输出方式，使第一路参考信号、第二路参考信号、第三路参考信号输出和第四路参考信号输出电压信号；

步骤9：通过自动平衡桥的平衡状态检测电路，判断自动平衡桥是否达到平衡状态；

若：判断结果是自动平衡桥没有达到平衡状态，则执行步骤2～8；

或判断结果是自动平衡桥达到平衡状态，则结束检测。

7.一种阻抗测量方法，采用如权利要求1所述的一种增强型自动平衡桥，在自动平衡桥达到平衡状态后，按照如下步骤进行：

步骤1：通过第一电压表和第二电压表对电压信号进行电压测量；

步骤2：根据公式计算出被测件的阻抗值Zx；式中，Rr为量程电阻值，且量程电阻全部采用高精度、低温漂的标准电阻，Vx和Vr分别为第一电压表和第二电压表测量的电压信号值。