CN109557476A - 测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量装置及测量方法，包括微处理器，微处理器用于产生脉冲宽度调制信号；信号发生单元，信号发生单元用于将微处理器产生的脉冲宽度调制信号解调为正弦信号；以及分别与信号发生单元连接的标准信号检测单元和实际信号检测单元，实际信号检测单元还与待测对象电性连接，标准信号检测单元用于获取标准信号，实际信号检测单元用于获取实际信号；同步采样ADC单元，同步采样ADC单元对标准信号和实际信号进行同步采样，并将采样信号送入微处理器进行处理。本发明利用调制解调法提取信号并进行巧妙的放大，避免了在放大信号的同时对噪声也进行放大，测量结果稳定、准确。
Description
技术领域
本发明涉及蓄电池检测的技术领域，尤其是一种用于蓄电池内阻检测的测量装置及测量方法。
背景技术
在蓄电池领域中，蓄电池内阻是表征蓄电池健康的一个非常关键的参数。蓄电池内阻非常小，都是几毫欧，甚至不到一毫欧，蓄电池内阻的变化范围也非常小，例如碱性电池，其内阻变化范围仅有零点几毫欧。使用中的蓄电池连接着充电机和其他电力设备，测量时不能停电或者断开其他设备，这就使得测量只能是在线测量。
测量蓄电池内阻时，要求既不影响其他设备运行，又不能对蓄电池造成损伤，在线测量蓄电池内阻时只能使用小信号，这就使得测量时在蓄电池内阻上的信号非常小，且蓄电池母线上有诸多设备，每个设备都有噪声，当用小信号测量时，如果信号处理不当，信号将受到噪声干扰，无法测量出准确的内阻值。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用调制解调法处理噪声，测量结果稳定、准确的测量装置及测量方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种测量装置，包括微处理器，所述微处理器用于产生脉冲宽度调制信号；信号发生单元，所述信号发生单元用于将微处理器产生的脉冲宽度调制信号解调为正弦信号；以及分别与信号发生单元连接的标准信号检测单元和实际信号检测单元，所述实际信号检测单元还与待测对象电性连接，所述标准信号检测单元用于获取标准信号，所述实际信号检测单元用于获取实际信号；同步采样ADC单元，所述同步采样ADC单元对标准信号和实际信号进行同步采样，并将采样信号送入微处理器进行处理。
进一步，所述信号发生单元包括带通滤波器和压控恒流源，所述带通滤波器的输入端与微处理器连接，所述带通滤波器的输出端与压控恒流源的输入端连接，所述压控恒流源的输出端分别与标准信号检测单元和实际信号检测单元连接。
进一步，所述标准信号检测单元包括峰值检测电路，所述峰值检测电路的输入端与压控恒流源的输出端连接，所述峰值检测电路的输出端与同步采样ADC单元连接。
进一步，所述实际信号检测单元包括减法器、高通滤波器、乘法器、低通滤波器和直流放大器，所述压控恒流源的输出端分别与待测对象的输入端、减法器的正极输入端和乘法器的第一输入端连接，所述待测对象的输出端与减法器的负极输入端连接，所述减法器的输出端与乘法器的第二输入端连接，所述乘法器的输出端经低通滤波器、直流放大器与同步采样ADC单元连接。
一种测量方法，所述测量方法包括以下步骤：
步骤1：微处理器输出脉冲宽度调制信号至信号发生单元；
步骤2：信号发生单元将脉冲宽度调制信号解调为驱动信号A；
步骤3：驱动信号A流经标准信号检测单元后，输出直流信号D；驱动信号A流经实际信号检测单元后，输出直流信号G；
步骤4：同步采样ADC单元对直流信号D和直流信号G进行同步采样，并将采样数据上传给微处理器；
步骤5：微处理器对同步采样ADC单元上传的采样数据进行处理，并计算出待测对象的电阻值。
进一步，所述步骤2包括以下具体步骤：带通滤波器将脉冲宽度调制信号解调为正弦信号H；压控恒流源对正弦信号H进行电压控制，输出驱动信号A。
进一步，所述步骤3中直流信号D的获取方法是：峰值检测电路对驱动信号A进行峰值检测，输出直流信号D。
进一步，所述步骤3中直流信号G的获取方法是：驱动信号A流经待测对象、减法器后，输出信号B；高通滤波器对信号B进行滤波；驱动信号A和滤波后的信号B流经乘法器后，输出信号C；低通滤波器对信号C进行滤波，输出信号E；直流放大器将信号E放大，输出直流信号G。
进一步，所述步骤4的具体步骤为：同步采样ADC单元对直流信号D采样，得到采样值V1；同步采样ADC单元对直流信号G采样，得到采样值V2，并将采样值V1、V2上传给微处理器。
进一步，所述步骤5的具体步骤为：微处理器根据待测对象的电阻等于待测对象两端的电压除以待测对象两端的电流，计算出待测对象的电阻值。
本发明的有益效果是：本发明的微处理器产生脉冲宽度调制信号，信号发生单元将脉冲宽度调制信号解调为正弦信号，利用调制解调法提取信号并进行巧妙的放大，避免了在放大信号的同时对噪声也进行放大，测量结果稳定、准确；采用正弦小信号不会对蓄电池造成损伤，且不影响其他设备正常工作。本发明适用于所有小电阻的测量，包括蓄电池内阻的测量，尤其是碱性蓄电池内阻的测量。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步描述：
图1是本发明较佳实施例的工作原理框图；
图2是本发明较佳实施例的工作过程框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
参照图1，本实施例的一种测量装置，包括微处理器1，所述微处理器1用于产生脉冲宽度调制信号；信号发生单元2，所述信号发生单元2用于将微处理器1产生的脉冲宽度调制信号解调为正弦信号；以及分别与信号发生单元2连接的标准信号检测单元3和实际信号检测单元4，所述实际信号检测单元4还与待测对象电性连接，所述标准信号检测单元3用于获取标准信号，所述实际信号检测单元4用于获取实际信号；同步采样ADC单元5，所述同步采样ADC单元5对标准信号和实际信号进行同步采样，并将采样信号送入微处理器1进行处理。
参照图2，所述信号发生单元2包括带通滤波器21和压控恒流源22，所述带通滤波器21的输入端与微处理器1连接，所述带通滤波器21的输出端与压控恒流源22的输入端连接，所述压控恒流源22的输出端分别与标准信号检测单元3和实际信号检测单元4连接。
所述标准信号检测单元3包括峰值检测电路31，所述峰值检测电路31的输入端与压控恒流源22的输出端连接，所述峰值检测电路31的输出端与同步采样ADC单元5连接。
所述实际信号检测单元4包括减法器41、高通滤波器42、乘法器43、低通滤波器44和直流放大器45，所述压控恒流源22的输出端分别与待测对象的输入端、减法器41的正极输入端和乘法器43的第一输入端连接，所述待测对象的输出端与减法器41的负极输入端连接，所述减法器41的输出端与乘法器43的第二输入端连接，所述乘法器43的输出端经低通滤波器44、直流放大器45与同步采样ADC单元5连接。
当待测对象为蓄电池时，蓄电池等效为一个电压源和一个小内阻串联，基于所述的测量装置，本实施例的测量方法包括以下步骤：
微处理器1输出频率为f＝1000Hz的脉冲宽度调制信号；
设置带通滤波器21的参数：带宽为3dB、通带为800Hz-1200Hz，在保证在滤掉低频的同时，脉冲宽度调制信号的谐波也不能通过带通滤波器21，脉冲宽度调制流经带通滤波器21后，输出正弦信号H，
信号H＝k0sin(2πft)；
正弦信号H流经压控恒流源22，正弦信号H流经压控恒流源22，压控恒流源22对正弦信号H进行电压控制后，输出驱动信号A，驱动信号A的电流为I0＝10mA，
信号A＝k1sin(2πft)；
峰值检测电路31对驱动信号A进行峰值检测，输出直流信号D，
信号D＝k1；
驱动信号A流经蓄电池、减法器41后，输出信号B，信号B为蓄电池前后电压信号相减所得，即为驱动信号A在蓄电池内阻上的压降，
信号B＝k2sin(2πft)；
设置高通滤波器42的参数：带宽为3dB、通频为800Hz，保证滤除低频噪声；
驱动信号A和信号B流经乘法器43后，输出信号C，
设置低通滤波器44的参数：带宽为3dB、通频为200Hz，低通滤波器44对信号C进行滤波，输出信号E，
设置直流放大器45的参数：带宽为20dB、放大倍数为A0，信号E流经直流放大器45，直流放大器45将信号E低噪声放大，输出直流信号G，
同步采样ADC单元对直流信号D采样，得到采样值V1；同步采样ADC单元对直流信号G采样，得到采样值V2，并将采样值V1、V2上传给微处理器1；
微处理器1对同步采样ADC单元5上传的采样数据进行处理、分析，并计算出待测对象的电阻值：
为保证通过蓄电池内阻的信号为恒流信号，峰值检测电路31、减法器41、乘法器43的输入偏置电流应非常小，控制在50pA以下。
低通滤波器44和高通滤波器42的阻带范围有一段重叠区频率为：200Hz-800Hz，这就使得噪声在整个频带范围内都受到抑制，大大提高了信噪比，有利于小信号的测量。
综上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然能够对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中不乏技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种测量装置，其特征在于：包括
微处理器(1)，所述微处理器(1)用于产生脉冲宽度调制信号；
信号发生单元(2)，所述信号发生单元(2)用于将微处理器(1)产生的脉冲宽度调制信号解调为正弦信号；以及
分别与信号发生单元(2)连接的标准信号检测单元(3)和实际信号检测单元(4)，所述实际信号检测单元(4)还与待测对象电性连接，所述标准信号检测单元(3)用于获取标准信号，所述实际信号检测单元(4)用于获取实际信号；
同步采样ADC单元(5)，所述同步采样ADC单元(5)对标准信号和实际信号进行同步采样，并将采样信号送入微处理器(1)进行处理。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述信号发生单元(2)包括带通滤波器(21)和压控恒流源(22)，所述带通滤波器(21)的输入端与微处理器(1)连接，所述带通滤波器(21)的输出端与压控恒流源(22)的输入端连接，所述压控恒流源(22)的输出端分别与标准信号检测单元(3)和实际信号检测单元(4)连接。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于：所述标准信号检测单元(3)包括峰值检测电路(31)，所述峰值检测电路(31)的输入端与压控恒流源(22)的输出端连接，所述峰值检测电路(31)的输出端与同步采样ADC单元(5)连接。
4.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于：所述实际信号检测单元(4)包括减法器(41)、高通滤波器(42)、乘法器(43)、低通滤波器(44)和直流放大器(45)，所述压控恒流源(22)的输出端分别与待测对象的输入端、减法器(41)的正极输入端和乘法器(43)的第一输入端连接，所述待测对象的输出端与减法器(41)的负极输入端连接，所述减法器(41)的输出端与乘法器(43)的第二输入端连接，所述乘法器(43)的输出端经低通滤波器(44)、直流放大器(45)与同步采样ADC单元(5)连接。
5.一种测量方法，基于权利要求1-4任一项所述的测量装置，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤：
步骤1：微处理器(1)输出脉冲宽度调制信号至信号发生单元(2)；
步骤2：信号发生单元(2)将脉冲宽度调制信号解调为驱动信号A；
步骤3：驱动信号A流经标准信号检测单元(3)后，输出直流信号D；驱动信号A流经实际信号检测单元(4)后，输出直流信号G；
步骤4：同步采样ADC单元(5)对直流信号D和直流信号G进行同步采样，并将采样数据上传给微处理器(1)；
步骤5：微处理器(1)对同步采样ADC单元(5)上传的采样数据进行处理，并计算出待测对象的电阻值。
6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于：所述步骤2包括以下具体步骤：
带通滤波器(21)将脉冲宽度调制信号解调为正弦信号H；
压控恒流源(22)对正弦信号H进行电压控制，输出驱动信号A。
7.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于：所述步骤3中直流信号D的获取方法是：
峰值检测电路(31)对驱动信号A进行峰值检测，输出直流信号D。
8.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于：所述步骤3中直流信号G的获取方法是：
驱动信号A流经待测对象、减法器(41)后，输出信号B；
高通滤波器(42)对信号B进行滤波；
驱动信号A和滤波后的信号B流经乘法器(43)后，输出信号C；
低通滤波器(44)对信号C进行滤波，输出信号E；
直流放大器(45)将信号E放大，输出直流信号G。
9.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于：所述步骤4的具体步骤为：同步采样ADC单元对直流信号D采样，得到采样值V1；同步采样ADC单元对直流信号G采样，得到采样值V2，并将采样值V1、V2上传给微处理器(1)。
10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于：所述步骤5的具体步骤为：微处理器(1)根据待测对象的电阻等于待测对象两端的电压除以待测对象两端的电流，计算出待测对象的电阻值。
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