CN109752597B - 一种电感引线补偿装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种引线补偿装置及方法，所述补偿装置包括待测电感，控制电路、选择开关和信号采集装置，其中，控制电路发出两路频率相同、相位幅值不同的正弦波，即第一路和第二路，第一路连接被测电感，第二路连接标准电阻，并分别连接于选择开关的第一端和第二端；被测电感和标准电阻之间有两路相互并联的电路，一路为串联的可调电感和可调电阻；另一路为第二电阻，在第二电阻两侧并联有一开关K；其中可调电感和可调电阻之间通过引线与选择开关的第三端连接，构成第三路，所述信号采集装置与开关连接，并将采集信号发送给控制电路。

Description

一种电感引线补偿装置及方法
技术领域
本发明属于仪器领域，尤其涉及一种能精确地测量电感值的电感引线补偿装置及方法。
背景技术
电感器是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的特性，频率越高，线圈阻抗越大。因此，电感器的主要功能是对交流信号进行隔离、滤波或与电容器、电阻器等组成谐振电路。电感器在电子线路中应用广泛，为实现振荡、调谐、稱合、滤波、延迟、偏转的主要元件之一，在电路中主要起到滤波、振荡、延迟、陷波等作用，还有筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等作用。电感器性能的好坏决定了电路各项功能的优劣，因此对电容器和电感器性能的判定是非常重要的。
目前传统的商用电感测量仪普遍存在测量精度不高等缺点。而计量所用的高精度电感电桥虽然精度较高，但是存在操作复杂，测量时间长，价格昂贵等缺点。其中部分原因为引线误差未进行有效补偿。虽然部分仪器采用了四线法进行测量，但其电压低端的电压不为零，由于共模抑制比等原因引线还是会造成误差。
发明内容
本发明鉴于上述的情况，提供一种能解决上述问题的补偿装置和方法。具体而言，本发明提供一种电感引线补偿装置，包括待测电感，其特征在于：包括控制电路、选择开关和信号采集装置，其中，控制电路发出两路频率相同、相位幅值不同的正弦波，即第一路和第二路，第一路连接被测电感，第二路连接标准电阻，并分别连接于选择开关的第一端和第二端；被测电感和标准电阻之间有两路相互并联的电路，通过所述并联电路的阻抗设置实现被测电感的精确测量。
本发明还提供一种电感引线补偿装置，包括待测电感，其特征在于：包括控制电路、测量电路、选择开关和信号采集装置，其中，控制电路发出两路频率相同、相位幅值不同的正弦波，即第一路和第二路，第一路连接被测电感，第二路连接标准电阻，并分别连接于选择开关的第一端和第二端；被测电感和标准电阻之间有两路相互并联的电路，一路为串联的可调电感和可调电阻；另一路为串联的第一电阻，第二电阻、第三电阻，在第二电阻两侧并联有一开关K；其中可调电感和可调电阻之间通过引线与选择开关的第三端连接，构成第三路，所述信号采集装置与开关连接，并将采集信号发送给控制电路。
进一步地，其特征在于：所述控制电路为FPGA。
进一步地，其特征在于：所述选择开关的对于所述第一端、第二端、第三端的选通由控制电路控制。
进一步地，其特征在于：所述两路频率相同、相位幅值不同的正弦波由控制电路控制两个DA模块实现。
本发明还提供一种电感引线补偿方法，其特征在于：采用上面任一项所述的电路装置实现。
进一步地，其特征在于：所述工作过程包括，
1)控制电路控制选择开关闭合至第三端；
2)控制电路发出两路频率相同，相位幅值不同的正弦波；
3)操作开关K闭合；
4)控制电路调整第一路正弦波的幅值和相位，使得第三路的rms值最小；
5操作开关K断开；
6)调整可调电阻和可调电感的取值使得第三路的rms值最小；
7)而后重复第3-6步的过程，直至开关K的通断对Vw的rms值的影响可忽略不计。
进一步地，其特征在于：在第7)步之后，还包括，8)选择开关切换至第一路，并控制采集电路开始连续采集多个点；选择开关切换至第二路，并控制采集电路开始连续采集多个点；9)对第8)的数据做离散傅里叶变换(DFT)可以分别得到两个复数序列Fb和Ft，进而可计算出电感值。
附图说明
图1是交流开尔文网络电路图。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和实施方法对本发明作进一步的详细描述。
如图1所述，本发明基于开尔文网络的引线补偿装置包括，FPGA、信号采集电路、第一DA模块、第二DA模块，待测电感Zb、标准电阻器Zt、可调电阻Z2、可调电感Z1，待测电感Zb的引线电阻(第一电阻r1)，第二电阻rds、标准电阻器Zt的引线电阻(第三电阻r3)和选择开关S,其中r1与r3为引线电阻，为寄生参数。其中选择开关S可选通三路中的任一路。
其中，FPGA控制两个DA模块输出频率相同、相位幅值不同的两路正弦波，即第一路Vb和第二路Vt，分别作用于待测电感Zb和标准电阻器Zt上，且与待测电感Zb和标准电阻器Zt的连接端还分别连接于选择开关的第一端和第二端；所述待测电感Zb和标准电阻器Zt之间形成有两路相互并联的电路，一路为串联的可调电感Z1和可调电阻Z2；另一路为通过第二电阻rds连接(考虑上待测电感Zb和标准电阻器Zt的引线电阻，此路的实际电路为第一电阻r1、第二电阻rds、第三电阻r3串联)，并且在第二电阻rds两侧并联有一开关K。其中可调电感Z1和可调电阻Z2之间的电路通过引线与选择开关S的第三端连接，构成第三路Vw。
其中，FPGA可控制选择开关S切换至第一、第二、第三端，以连接第一-第三路Vb，Vw，Vt任意一路，并可控制信号采集电路采集其电压信号。
本发明引线补偿方法的工作过程如下：
1.FPGA控制选择开关S闭合至第三路Vw；
2.FPGA控制DA分别输出两路频率相同，相位幅值不同的正弦波；
3.操作开关K闭合；
4.FPGA调整第一路Vb路正弦波的幅值和相位，使得Vw的有效电压值rms值最小，此时
设rk＝r1+r3，R＝Zb+Zt+[rk||(Z1+Z2)]
此时rk非常小，在忽略引线误差的情况下，电桥达到平衡状态。
则
Figure BDA0001942856240000031
解得两个电压的比例K为：
Figure BDA0001942856240000041
则
Figure BDA0001942856240000042
优选地，工作过程中设置
Figure BDA0001942856240000043
可以得到
Figure BDA0001942856240000044
Figure BDA0001942856240000045
则上面公式可简化为：
Figure BDA0001942856240000046
所求比例K即为两阻抗之比。其物理意义为为了减小Zb与Zt之间引线误差对测量带来的影响，把此引线上电压按照Zb与Zt的比例进行分压，本身此误差电压所带来的误差就不大，按照比例分压后此误差更小。如测量100Ω左右阻抗时，引线电阻大约为10mΩ，会引入10-4量级误差，如
Figure BDA0001942856240000047
与
Figure BDA0001942856240000048
之间有1％误差，通过此方法会把10mΩ的电阻误差缩小到1％。即相当于把10-4量级误差再缩小100倍，即10-6量级误差，提高了准确度。
5.操作开关K断开；
6.调整Z1，Z2的取值使得Vw的rms值最小，此时调节完成。具体实施方法如下
由于不同电感器的相角通常不同，所以Z1采用相角在89°以内的电感器并联数字电位器组成，这样可以使得可调电感的电感值及Q值都可以进行调节，最大程度上使系统达到平衡。
设rm＝r1+rds+r3，由于rds＞＞r1，rds＞＞r3，所以R＝Zb+Zt+[rds||(Z1+Z2)]
则
Figure BDA0001942856240000049
而后重复第3-6步的过程，当Vw的值趋于零时，即Z1与Z2对rm进行分压，其分压得比例与Zb与Zt的比例相同，此时，无论K是否打开，都不影响Vw的值。此时开关K的通断对Vw的rms值的影响可忽略不计。
Figure BDA0001942856240000051
其中，Lb为待测电感的电感值；Rb为待测电感的电阻值。
平衡之后进行采集
1)FPGA控制S切换至第一路Vb，并控制AD开始连续采集多个点(例如2048个点)；
2)FPGA控制S切换至第二路Vt，并控制AD在总共连续采集了多个点(例如2048个点)后停止采集；
进一步通多对Vb和Vt数据做离散傅里叶变换(DFT)可以分别得到两个复数序列Fb和Ft，此时有：
Figure BDA0001942856240000052
Figure BDA0001942856240000053
进而可以得到待测电感的L值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语仅仅是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (5)

1.一种电感引线补偿装置，包括待测电感，其特征在于：包括控制电路、选择开关和信号采集装置，其中，控制电路发出两路频率相同、相位幅值不同的正弦波，即第一路Vb和第二路Vt，第一路Vb连接被测电感，第二路Vt连接标准电阻，且与被测电感和标准电阻器的连接端还分别连接于选择开关的第一端和第二端；被测电感和标准电阻之间有两路相互并联的电路，一路为串联的可调电感和可调电阻；另一路为第二电阻，在第二电阻两侧并联有一开关K；其中可调电感和可调电阻之间通过引线与选择开关的第三端连接，构成第三路VW，所述信号采集装置与开关连接，并将采集信号发送给控制电路，控制电路可控制选择开关切换至第一端、第二端或第三端，以连接第一路Vb、第二路Vt、第三路Vw中的任意一路，并可控制信号采集电路采集其电压信号。
2.根据权利要求1所述的一种电感引线补偿装置，其特征在于：所述控制电路为FPGA。
3.根据权利要求1所述的一种电感引线补偿装置，其特征在于：所述选择开关的对于所述第一端、第二端、第三端的选通由控制电路控制。
4.根据权利要求1所述的一种电感引线补偿装置，其特征在于：所述两路频率相同、相位幅值不同的正弦波由控制电路控制两个DA模块实现。
5.一种电感引线补偿方法，其特征在于：采用权利要求1-4任一项所述的电路装置实现。
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