CN110542793A - 一种无源器件智能等效电路模型与参数测量装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无源器件智能等效电路模型与参数测量装置及工作方法，该装置包括人机交互显示与数据处理模块、信号发送模块、智能等效测试电路模块、信号接收模块、电源模块。本发明先将无源器件通过引线串联接入智能等效测试电路模块，测得初始频响，再利用模式识别算法将整个频段智能划分为多个分段频率，再为每个分段频率智能选择最佳测试电路以及最优等效电路模型，最后利用智能等效计算方法得到无源器件在不同频段下的最优RLC等效电路模型及其元件参数并分频段显示。本发明中公开的装置电路相对简单，测量结果是分频段智能等效计算出来的，速度快，适用范围广，精度高，更具实际应用价值。

Description

一种无源器件智能等效电路模型与参数测量装置及工作方法

技术领域

本发明涉及阻抗测量技术领域，具体涉及一种无源器件智能等效电路模型与参数测量装置及工作方法，能把需要测量的待测无源器件根据其频响特性在不同频段智能等效出最优的零阶、一阶、二阶和三阶的串并联RLC电路模型，并得到各频段等效电路中的等效电阻、等效电容以及等效电感的元件参数。

背景技术

近些年来，阻抗测量技术和频响检测技术有了长足的发展和广泛的应用，主要应用在工业、医疗卫生、交迎运输、国防科研和能源等领域。以超声换能器为例，超声换能器是超声检测设备的主要部件，在超声检测设备中具有核心地位，其性能好坏最为关键。在超声换能器性能参数指标中，频率特性极为重要，因为超声换能器为强非线性时变系统，处于不同的工作频率下其阻抗特性等性能参数指标会有很大差异，因为各类制造材料的不同、具体制造工艺的差异以及客观环境等因素影响，几乎没有一个超声换能器的中心频率和通频带是一样的，所以需要进行宽频测量。此外，当超声换能器工作在谐振状态时，能量转换效率达到最高，发热程度最小，有利于延迟超声换能器的寿命，所以需要设计最佳阻抗匹配的负载电路以及驱动电路，使其工作在谐振点附近，因此，阻抗特性也是超声换能器的一个非常关键的参数指标，其直接影响超声换能器与电信号的发射装置、接收装置的电路匹配效果的好坏。

在测量频率特性这方面，当前关于频率特性检测技术的研究重点可以说主要是这两个方面：一是研究数据处理方法，数据处理方法通常包括FFT算法、相关分析法、功率谱法、最小二乘拟合算法等；二是研究使用何种激励信号，在对某一系统进行频率特性检测时所用的激励信号通常有正弦扫描信号、白噪声信号、调频脉冲扫频信号和多频声信号。在测量阻抗特性这方面，虽然各种传统方法如伏安法、谐振法和电桥法等亦或是使用如DF2893C阻抗测量仪、WK6500系列的阻抗测量仪等精密测量仪器也能达到比较好的效果，但这些测量手段都存在着一些缺点，如测量频率范围小、操作复杂、测试速度无法提升、测试精度不够、成本高昂、过于耗费时间精力、宽频拟合结构固定、适用无源器件种类有限等。如果能实现联合测量待测无源器件的阻抗特性和频率特性并智能给出待测无源器件在不同频段下的最优等效电路模型及其元件参数，将会大大改进以上缺点，充分提升效率和精度。

例如，一种无源器件等效电路结构及参数测量方法及装置(专利号CN104950173A)，其能把待测无源器件等效成几种1阶和2阶的串并联RLC电路结构，并给出各个电阻、电感和电容元件的阻抗值，但是因为其是在宽频范围下进行拟合且拟合的电路结构固定，没有进行分频段拟合，因此得出的等效电路模型并不是最优解，如有的待测无源器件在低频时呈现感性特征，而在频率变高时逐渐呈现复杂容性特征，所以不能用固定的电路结构进行拟合。此外，其内置标准电阻上的分压信号作为输出信号这一设计存在较大不足，因为大部分待测无源器件的阻抗值会随频率变化而产生较大的变化，甚至会与其内置标准电阻的阻抗值不在同一数量级，这会导致原有算法在分压计算等计算过程中存在较大误差，同时无法等效出3阶的串并联RLC电路结构，无法满足高精度、需要测量的无源器件种类繁多等现实需求。

因此，以实际应用中的超声换能器的性能指标测量为研究背景，想办法从算法上实现联合测量待测无源器件的频率特性、阻抗特性，研究搭建一套能联合检测待测无源器件参数与智能等效电路模型的装置，联合测量待测无源器件的频率特性与阻抗特性并能智能判读和自动处理其频响特性，在不同频段智能等效出最优的电路模型，再精确得到等效电路的元件参数，则在实际工程应用中会具有比较高的应用价值。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统方法的测量频率范围小、操作复杂、成本高昂、效率与精度不够高、宽频拟合结构固定、适用无源器件种类有限等缺点，提供一种无源器件智能等效电路模型与参数测量装置及工作方法。在本发明中，第一，实现了联合测量待测无源器件的频率特性、阻抗特性，利用模式识别算法对测量得到的初始无源器件频响特性曲线进行智能判读和自动处理，实现了频段的智能划分。第二，分压支路不再是固定的纯电阻支路，集成了多种形式的分压电路，并实现了智能切换不同的分压支路，即为无源器件各频率分段自动选择最佳测试电路。第三，实现了在不同频段智能等效出最优的零阶、一阶、二阶和三阶的串并联RLC电路模型并得到不同频段对应的最优等效电路模型中各个等效电阻、等效电容以及等效电感的精确元件参数。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种无源器件智能等效电路模型与参数测量装置，该装置包括人机交互显示与数据处理模块、信号发送模块、智能等效测试电路模块、信号接收模块、电源模块，其中，

所述的信号发送模块，包括D/A转换单元，所述的D/A转换单元用于将来自人机交互显示与数据处理模块的数字信号转换成模拟信号，并将此模拟信号传输给智能等效测试电路模块；

所述的智能等效测试电路模块，包括数据通信单元、控制单元、四选一开关和四条分压支路，待测无源器件通过引线串联接入智能等效测试电路模块，所述的数据通信单元用于接收来自人机交互显示与数据处理模块的控制信息，所述的控制单元根据该控制信息控制四选一开关适时切换，实现分压支路的切换，所述的四条分压支路分别是：第一条支路接入一个可变电阻器，第二条支路由可变电阻器与可调电感器串联组成，第三条支路由可变电阻器与可变电容器串联组成，第四条支路空闲，以备随时接入需要的参考元器件，四条分压支路并联，四条分压支路上的分压信号作为输出信号；

所述的信号接收模块，包括A/D转换单元，所述的A/D转换单元能接收来自智能等效测试电路模块的模拟信号，并将模拟信号转换成数字信号然后传输给人机交互显示与数据处理模块；

所述的电源模块负责给人机交互显示与数据处理模块、信号发送模块、智能等效测试电路模块、信号接收模块供电；

所述的人机交互显示与数据处理模块，包括数据通信单元、人机交互显示单元以及数据处理后台，所述的数据通信单元用于与智能等效测试电路模块进行通信，并发送控制信息给智能等效测试电路模块，所述的人机交互显示单元用于供用户进行测量参数设置，并分频段显示测量结果，所述的数据处理后台用于生成数字信号并发送，同时保存此数字信号为发送信号，还用于处理经过信号接收模块之后接收到的数字信号，利用智能频响分段算法进行初始频响测量、智能频率分段以及智能分压支路选择，并用智能等效计算方法得出被测量的待测无源器件在不同频段下的最优串、并联RLC等效电路模型及其元件参数并分频段显示测量结果。

进一步地，所述的智能频响分段算法和智能等效计算方法得出被测量的待测无源器件在不同频段下的最优串并联RLC等效电路模型及其元件参数并分频段显示测量结果。

进一步地，所述的智能频响分段算法，包括以下过程：初始频响测量、智能频率分段、智能分压支路选择，其中，

所述的初始频响测量，首先由人机交互显示与数据处理模块发送并保存设定好的数字信号作为发送信号，将智能等效测试电路模块中的四条分压支路的分压信号作为输出信号，初始分压支路设置为纯电阻支路，输出信号经过模数转换为接收信号y₀(n)并传给人机交互显示与数据处理模块，对发送信号x₀(n)作快速傅里叶变换得到X₀(jω)，对数据处理后台接收回来的接收信号y₀(n)作快速傅里叶变换得到Y₀(jω)，此时信道初始频响H₀(jω)＝Y(jω)/X(jω)，且此时根据电路分压关系可得由再自动分解计算得到待测无源器件Z_x的初始频响H_x；

所述的智能频率分段，首先由数据处理后台利用模式识别对测量得到的无源器件频率响应特性曲线进行智能判读和自动处理，根据频响特性曲线的数学特性进行智能判读，依据频响特性曲线是否呈纯电阻特性、感性、容性、复杂感性以及复杂容性进行频段划分，如曲线的极值点即一阶导数为零处以及拐点即二阶导数为零处，即可以作为分段频率的分界点，智能得到各分段频率；同时由人机交互显示与数据处理模块产生与各个频率分段对应的数字信号，智能发送各频段对应的数字信号给信号发送模块并保存；

所述的智能分压支路选择，首先由人机交互显示与数据处理模块的数据处理后台根据各分段频率的频响特征为各频率分段选择最佳的分压支路，并产生相应的控制信息，人机交互显示与数据处理模块的数据通信单元向智能等效测试电路模块依次发送控制信息，智能等效测试电路模块根据不断接收到的控制信息，在各频率分段适时智能切换四选一开关，达到在四条分压支路中适时选择最佳分压支路的目的。最佳分压支路选择是为了使四条分压支路的等效阻抗与待测无源器件在各个频率分段的等效阻抗保持在同一数量级，并使两者等效阻抗变化趋势保持模糊一致，如在某一频段时使待测无源器件和四条分压支路都呈感性，让两者的分压比例不至于太悬殊，使两者的分压关系保持大致动态稳定，有效提升测量及计算精度，并较大拓宽了测试电路能精确测量的无源器件种类范围。

进一步地，所述的智能等效计算方法，包括以下过程：智能等效模型选择、智能等效元件参数计算，其中，

所述的智能等效模型选择，由人机交互显示与数据处理模块对每个频率分段进行智能选择等效电路模型，通过遍历选定阶数范围并拟合最优解，分解高阶信道特性表达式，在不同频段智能等效出最优的零阶、一阶、二阶和三阶的串并联RLC电路模型；

所述的智能等效元件参数计算，以最小二乘兼阻尼牛顿联合算法为基础，使用分段频响检测时测量出来的分段数据来自动求解各频段的串并联RLC电路模型中的元件参数。即用待测无源器件串并联RLC电路模型的RLC频响表达式来表示系统测得的频响,构造目标函数J求差值，采用最小二乘法求出目标函数J的最小值，把此最小值作为初值，采用阻尼牛顿法继续优化计算，进而精确求解各频段等效电路中的等效电阻、等效电容以及等效电感的元件参数。

本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种无源器件智能等效电路模型与参数测量装置的工作方法，所述的工作方法包括下列步骤：

S1、测试准备工作，先把需要测试的待测无源器件接入智能等效测试电路模块，然后通过电源模块给各模块进行供电并全面启动各模块；

S2、进行信号发送，通过人机交互显示与数据处理模块设置好发送采样率、起始和截止频率、幅度、时长等信息，根据这些参数产生特定的发送信号，发送并保存设定好的数字信号给信号发送模块，发送模块将来自人机交互显示与数据处理模块的数字信号转换为模拟信号并传输给智能等效测试电路模块；

S3、智能频响分段算法实施过程，智能频响分段算法主要包括以下内容：初始频响测量、智能频率分段、智能分压支路选择，具体过程如下：

S31、初始频响测量,人机交互显示与数据处理模块发送并保存设定的数字信号作为发送信号x₀(n)，智能等效测试电路模块中的四条分压支路的分压信号作为输出信号，初始分压支路设置为纯电阻支路，输出信号经过模数转换为接收信号y₀(n)并传给人机交互显示与数据处理模块，对发送信号x₀(n)作快速傅里叶变换得到X₀(jω)，对数据处理后台接收回来的接收信号y₀(n)作快速傅里叶变换得到Y₀(jω)，此时信道初始频响H₀(jω)＝Y(jω)/X(jω)，且此时根据电路分压关系可得由 即可自动分解计算得到待测无源器件Z_x的初始频响H_x；

S32、智能频率分段，由人机交互显示与数据处理模块利用模式识别进行智能判读和自动处理待测无源器件的初始频响特性曲线H_x，得到各分段频率，同时由人机交互显示与数据处理模块产生与各个频率分段对应的数字信号，智能发送各频段对应的数字信号给信号发送模块并保存；

S33、智能分压支路选择，由人机交互显示与数据处理模块的数据处理后台根据各分段频率的频响特征为各频率分段选择最佳的分压支路，并产生和发送相应的控制信息；

S4、智能切换分压支路与分频段测量，智能等效测试电路模块的数据通信单元不断接收来自人机交互显示与数据处理模块的控制信息，根据控制信息，智能等效测试电路模块中的控制单元在各频率分段适时智能切换四条分压支路。同时人机交互显示与数据处理模块依次测量各频率分段对应的接收信号并保存；

S5、智能等效计算方法实施过程，智能等效测量计算过程主要包括智能等效模型选择、智能等效元件参数计算，具体过程如下：

S51、智能等效模型选择，即数据处理后台通过遍历选定阶数范围并拟合最优解，分解高阶信道特性表达式，在不同频段智能等效出最优的零阶、一阶、二阶和三阶的串并联RLC电路模型；

S52、智能等效元件参数计算，以最小二乘兼阻尼牛顿联合算法为基础，精确求解各频率分段等效电路模型中的等效电阻、等效电容以及等效电感的元件参数；

S6、人机交互显示与数据处理模块分频段显示测量结果。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、发明实现了联合测量待测无源器件的频率特性、阻抗特性，所使用的方法有别于现有的阻抗测量方法，利用模式识别算法对测量得到的初始无源器件频响特性曲线进行智能判读和自动处理，实现了频段的智能划分，极大改善了现有技术方法的测量频率范围较小、测试速度不够快、宽频拟合结构固定、适用无源器件种类有限等缺点。

2、本发明的分压支路不再是固定的纯电阻支路，集成了多种形式的分压电路，并实现了智能切换不同的分压支路，即为无源器件各频率分段自动选择最佳测试电路，有效提升测量及计算精度，并较大拓宽了测试电路能精确测量的无源器件种类范围。

3、本发明的发送信号不再仅仅是普通的宽频信号，而会在智能支路切换过程中由人机交互显示与数据处理模块产生并发送与各个频率分段对应的数字信号，最后得到分频段的最优等效电路模型，针对性强，精度高，更具实际应用价值。

4、本发明实现了在不同频段智能等效出最优的零阶、一阶、二阶和三阶的串并联RLC电路模型并得到不同频段对应的最优等效电路模型中各个等效电阻、等效电容以及等效电感的精确元件参数，对如超声换能器的匹配电路设计、器件制造与改良等工程应用具有重要的推动作用，在实际工程中具有比较高的应用价值。

5、电路构成相对简单，成本较低，装置搭建也比较灵活方便。

附图说明

图1是本发明中公开的一种无源器件智能等效电路模型与参数测量装置的系统结构示意图；

图2是本发明中公开的一种无源器件智能等效电路模型与参数测量装置的等效电路示意图；

图3是本发明中公开的九种0阶、1阶、2阶RLC等效电路模型示意图，其中，图3(a)是把无源器件等效为单个电阻的0阶RLC电路模型示意图，图3(b)是把无源器件等效为单个电阻串联单个电容的1阶RLC电路模型示意图，图3(c)是把无源器件等效为单个电阻串联单个电感的1阶RLC电路模型示意图，图3(d)是把无源器件等效为单个电阻、单个电容和单个电感串联的2阶RLC电路模型示意图，图3(e)是把无源器件等效为单个电阻、单个电容和单个电感并联的2阶RLC电路模型示意图，图3(f)是把无源器件等效为单个电阻并联单个电容再串联单个电感的2阶RLC电路模型示意图，图3(g)是把无源器件等效为单个电阻并联单个电感再串联单个电容的2阶RLC电路模型示意图，图3(h)是把无源器件等效为单个电容并联单个电感再串联单个电阻的2阶RLC电路模型示意图，图3(i)是把无源器件等效为单个电容串联单个电感的2阶RLC电路模型示意图；

图4是本发明中公开的两种3阶RLC等效电路模型示意图，其中，图4(a)是把无源器件等效为单个电容、单个电感和单个电阻的串联再并联单个电感的3阶RLC电路模型示意图，图4(b)是把无源器件等效为单个电容、单个电感和单个电阻的串联再并联单个电容的3阶RLC电路模型示意图；

图5是本发明实施例的某一待测无源器件初始频响特性曲线；

图6是本发明一种无源器件智能等效电路模型与参数测量装置的工作流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，是本实施例公开的一种无源器件智能等效电路模型与参数测量装置的结构示意图。由五个模块组成：人机交互显示与数据处理模块101、信号发送模块102、智能等效测试电路模块103、信号接收模块104、电源模块105。

本实施例中测量待测无源器件的等效电路模型与参数，先把需要被测量的待测无源器件通过引线串联接入智能等效测试电路模块103，由电源模块105给各模块进行供电并全面启动各模块，然后由人机交互显示与数据处理模块101生成特定的数字信号，传递给信号发送模块102并转换为模拟信号再发送，途经智能等效测试电路模块103，其中智能等效测试电路模块103中的四条分压支路初始设置为纯电阻支路，分压支路上的分压信号作为输出信号传递给信号接收模块104并转换成数字信号，再传回给人机交互显示与数据处理模块101，人机交互显示与数据处理模块101根据智能频响分段算法发送各频率分段对应的数字信号给信号发送模块102并保存，同时人机交互显示与数据处理模块101发送控制信息给智能等效测试电路模块103，智能等效测试电路模块103根据各频率分段进行智能分压支路切换，智能等效测试电路模块103中的分压支路上的分压信号作为输出信号依次传递给信号接收模块104并转换成数字信号，再传回给人机交互显示与数据处理模块101，最后人机交互显示与数据处理模块101根据发送信号和接收信号通过智能等效计算方法得出被测量的待测无源器件在不同频段下的最优等效RLC电路模型及元件参数并分频段显示。

如图2所示，是本实施例公开的一种无源器件智能等效电路模型与参数测量装置的等效电路示意图，是本实施例测量待测无源器件电路模型。该回路先由人机交互显示与数据处理模块101产生和发送特定的数字信号x(n)，且x(n)保存作为发送信号，然后x(n)经过信号发送模块后由D/A转换单元将数字信号x(n)转换为模拟信号x(t)并传输给智能等效测试电路模块103，x(t)经过被测量的待测无源器件Z_x和四条分压支路，四条分压支路的分压信号作为输出信号y(t)，输出信号y(t)经过信号接收模块并由A/D转换单元转换为数字信号y(n)后由人机交互显示与数据处理模块101接收并保存为接收信号，再根据保存的发送信号、接收信号自动进行下一步的数据智能处理，即完成智能频响分段算法实施过程和智能等效计算方法实施过程。

如图3所示，装置可将待测无源器件根据其频响特性在不同频段智能等效成不同的九种零阶、一阶、二阶的串并联RLC电路模型，具体参见图3(a)至图3(i)。

如图4所示，装置可将待测无源器件根据其频响特性在不同频段智能等效成两种不同的串并联三阶RLC电路模型，具体如图4(a)和图4(b)。

实施例二

下面结合图5和图6，对一种无源器件智能等效电路模型与参数测量装置的工作方法进行举例描述。如图6所示，该装置的工作步骤包括：

S1、测试准备工作，第一步先把某一待测无源器件接入智能等效测试电路模块，然后通过电源模块给各模块进行供电并全面启动各模块。

S2、进行信号发送，通过人机交互显示与数据处理模块设置好发送采样率、起始和截止频率、幅度、时长等信息，根据这些参数产生特定的发送信号，发送并保存设定好的数字信号给信号发送模块，发送模块将来自人机交互显示与数据处理模块的数字信号转换为模拟信号并传递给智能等效测试电路模块。

S3、进入智能频响分段算法实施过程，智能频响分段算法主要包括以下内容：初始频响测量、智能频率分段、智能分压支路选择。先进行初始频响测量,人机交互显示与数据处理模块发送并保存设定好的数字信号作为发送信号x₀(n)，智能等效测试电路模块中的四条分压支路的分压信号作为输出信号，初始分压支路设置为纯电阻支路，输出信号经过模数转换为接收信号y₀(n)并传给人机交互显示与数据处理模块，对发送信号x₀(n)作快速傅里叶变换得到X₀(jω)，对数据处理后台接收回来的接收信号y₀(n)作快速傅里叶变换得到Y₀(jω)，此时信道初始频响H₀(jω)＝Y(jω)/X(jω)，且此时根据电路分压关系可得由即可自动分解计算得到待测无源器件Z_x的初始频响特性曲线H_x。如图5所示的某一无源器件所实际测得的初始频响特性曲线。

S4、进行智能频率分段，指数据处理后台利用模式识别算法程序对测量得到的初始无源器件频响特性曲线H_x进行智能判读和自动处理，根据频响特性曲线的数学特性进行智能判读，依据频响特性曲线是否呈纯电阻特性、感性、容性、复杂感性以及复杂容性等频响特征进行频段划分，智能得到各分段频率，如曲线的极值点即一阶导数为零处以及拐点即二阶导数为零处，即可以作为分段频率的分界点。如图5所示的实施例对某一待测无源器件所实际测得的初始频响特性曲线，智能判定在频段0到f₁范围时，频响特性曲线呈纯电阻特性，在频段f₁到f₂范围时，频响特性曲线主要呈感抗特性，当频率大于f₂时，受寄生电容效应影响，频响特性曲线呈复杂容抗特性，所以该待测无源器件的初始频响特性曲线以f₁、f₂为分界点被智能分为三个频段。同时由人机交互显示与数据处理模块产生与各个频率分段对应的数字信号，智能发送各频段对应的数字信号给信号发送模块并保存。

S5、进行智能分压支路选择，人机交互显示与数据处理模块的数据处理后台根据各分段频率的频响特征为各频率分段选择最佳的分压支路，并产生相应的控制信息。最佳分压支路选择是为了使四条分压支路的等效阻抗与待测无源器件在各个频率分段的等效阻抗保持在同一数量级，并使两者等效阻抗变化趋势保持模糊一致，如在某一频段时使待测无源器件和四条分压支路都呈感性，让两者的分压比例不至于太悬殊，使两者的分压关系保持大致动态稳定，有效提升测量及计算精度，并较大拓宽了测试电路能精确测量的无源器件种类范围。人机交互显示与数据处理模块的数据通信单元向智能等效测试电路模块依次发送控制信息，智能等效测试电路模块根据不断接收到的控制信息，控制单元在各频率分段适时智能切换四条分压支路。

S6、智能切换分压支路与分频段测量，智能等效测试电路模块的数据通信单元不断接收来自人机交互显示与数据处理模块的控制信息，根据控制信息，智能等效测试电路模块中的控制单元在各频率分段适时智能切换四条分压支路。同时人机交互显示与数据处理模块依次测量各频率分段对应的接收信号并保存，各频率分段对应的接收信号即由不同频率分段对应各自分压支路上的分压信号转换而成的数字信号。如图5所示的对某一待测无源器件所实际测得的初始频响特性曲线，在频段0到f₁范围时，呈纯电阻特性，控制单元中的四选一开关自动选择连接可变电阻器支路，在频段f₁到f₂范围时，主要呈感抗特性，控制单元中的四选一开关在频率达到f₁时自动选择切换到可变电阻器与可变电容器串联支路，当频率大于f₂时，呈复杂容抗特性，控制单元中的四选一开关在频率达到f₂时自动选择切换到可变电阻器与可变电容器串联支路，达到为每个频率段自动选择最佳的分压支路的效果。同时人机交互显示与数据处理模块依次测量频段0到f₁、f₁到f₂、大于f₂时三个频率分段对应的接收信号并依次保存，各频率分段对应的接收信号即由不同频率分段对应各自分压支路上的分压信号转换而成的数字信号。

S7、进入智能等效计算方法实施过程，智能等效计算方法实施过程主要包括智能等效模型选择、智能等效元件参数计算。先进行智能等效模型选择，数据处理后台对每个频率分段进行智能选择等效电路模型，通过遍历选定阶数范围并拟合最优解，分解高阶信道特性表达式，在不同频段智能等效出最优的零阶、一阶、二阶和三阶的串并联RLC电路模型。如图5所示的对某一待测无源器件所实际测得的初始频响特性曲线，在频段0到f₁范围时，呈纯电阻特性，等效出来的串并联RLC电路模型为图3(a)，即把无源器件等效为单个电阻的0阶RLC电路模型，在频段f₁到f₂范围时，主要呈感抗特性，等效出来的串并联RLC电路模型为图3(c)，即把无源器件等效为单个电阻串联单个电感的1阶RLC电路模型，当频率大于f₂时，受寄生电容效应影响，呈复杂容抗特性，等效出来的串并联RLC电路模型为图4(b)，即把无源器件等效为单个电容、单个电感和单个电阻的串联再并联单个电容的3阶RLC电路模型。

S8、进行智能等效元件参数计算，以最小二乘兼阻尼牛顿联合算法为基础，使用分段频响检测时测量出来的分段数据来自动求解各频段的串并联RLC电路模型中的元件参数。即用不同频段的最优待测无源器件串并联RLC电路模型的RLC频响表达式来表示系统测得的频响,构造目标函数J求差值，采用最小二乘法求出目标函数J的最小值，把此最小值作为初值，采用阻尼牛顿法继续优化计算，进而精确求解各频段等效电路中的等效电阻、等效电容以及等效电感的元件参数。

S9、人机交互显示与数据处理模块分频段显示测量结果。如图5以某一待测无源器件所实际测得的初始频响特性曲线为例，则测量结果显示为：

1：0、f₁；图3(a)，即把无源器件等效为单个电阻的0阶RLC电路模型；R＝。

2：f₁、f₂；图3(c)，即把无源器件等效为单个电阻串联单个电感的1阶RLC电路模型；R＝、L＝。

3：f₂、∞；图4(b)，即把无源器件等效为单个电容、单个电感和单个电阻的串联再并联单个电容的3阶RLC电路模型；C₀＝、C_Z＝、L_Z＝、R_Z＝。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种无源器件智能等效电路模型与参数测量装置，其特征在于，所述的装置包括人机交互显示与数据处理模块、信号发送模块、智能等效测试电路模块、信号接收模块、电源模块，其中，

所述的信号发送模块，包括D/A转换单元，所述的D/A转换单元用于将来自人机交互显示与数据处理模块的数字信号转换成模拟信号，并将此模拟信号传输给智能等效测试电路模块；

所述的智能等效测试电路模块，包括数据通信单元、控制单元、四选一开关和四条分压支路，待测无源器件通过引线串联接入智能等效测试电路模块，所述的数据通信单元用于接收来自人机交互显示与数据处理模块的控制信息，所述的控制单元根据该控制信息控制四选一开关适时切换，实现分压支路的切换，所述的四条分压支路分别是：第一条支路接入一个可变电阻器，第二条支路由可变电阻器与可调电感器串联组成，第三条支路由可变电阻器与可变电容器串联组成，第四条支路空闲，以备随时接入需要的参考元器件，四条分压支路并联，四条分压支路上的分压信号作为输出信号；

所述的信号接收模块，包括A/D转换单元，所述的A/D转换单元能接收来自智能等效测试电路模块的模拟信号，并将模拟信号转换成数字信号然后传输给人机交互显示与数据处理模块；

所述的电源模块负责给人机交互显示与数据处理模块、信号发送模块、智能等效测试电路模块、信号接收模块供电；

所述的人机交互显示与数据处理模块，包括数据通信单元、人机交互显示单元以及数据处理后台，所述的数据通信单元用于与智能等效测试电路模块进行通信，并发送控制信息给智能等效测试电路模块，所述的人机交互显示单元用于供用户进行测量参数设置，并分频段显示测量结果，所述的数据处理后台用于生成数字信号并发送，同时保存此数字信号为发送信号，还用于处理经过信号接收模块之后接收到的数字信号，利用智能频响分段算法进行初始频响测量、智能频率分段以及智能分压支路选择，并用智能等效计算方法得出被测量的待测无源器件在不同频段下的最优串、并联RLC等效电路模型及其元件参数并分频段显示测量结果。

2.根据权利要求1所述的一种无源器件智能等效电路模型与参数测量装置，其特征在于，所述的智能频响分段算法和智能等效计算方法得出被测量的待测无源器件在不同频段下的最优串并联RLC等效电路模型及其元件参数并分频段显示测量结果。

3.根据权利要求2所述的一种无源器件智能等效电路模型与参数测量装置，其特征在于，所述的智能频响分段算法，包括以下过程：初始频响测量、智能频率分段、智能分压支路选择，其中，

所述的初始频响测量，首先由人机交互显示与数据处理模块发送并保存设定好的数字信号作为发送信号，将智能等效测试电路模块中的四条分压支路的分压信号作为输出信号，初始分压支路设置为纯电阻支路，经过模数转换为接收信号后传给人机交互显示与数据处理模块，对发送、接收信号作快速傅里叶变换，即可得到信道初始频响，再根据电路分压关系自动分解计算得到待测无源器件的初始频响；

所述的智能频率分段，首先由数据处理后台利用模式识别对测量得到的无源器件频率响应特性曲线进行智能判读和自动处理，智能得到各分段频率，同时由人机交互显示与数据处理模块产生与各个频率分段对应的数字信号，智能发送各频段对应的数字信号给信号发送模块并保存；

所述的智能分压支路选择，首先由人机交互显示与数据处理模块的数据处理后台为各频率分段选择最佳的分压支路，并产生相应的控制信息，人机交互显示与数据处理模块的数据通信单元向智能等效测试电路模块依次发送控制信息，智能等效测试电路模块根据不断接收到的控制信息，在各频率分段适时智能切换四选一开关。

4.根据权利要求2所述的一种无源器件智能等效电路模型与参数测量装置，其特征在于，所述的智能等效计算方法，包括以下过程：智能等效模型选择、智能等效元件参数计算，其中，

所述的智能等效模型选择，由人机交互显示与数据处理模块在不同频段智能等效出最优的零阶、一阶、二阶和三阶的串并联RLC电路模型；

所述的智能等效元件参数计算，以最小二乘兼阻尼牛顿联合算法为基础，自动求解各频段的串并联RLC电路模型中的元件参数。

5.一种无源器件智能等效电路模型与参数测量装置的工作方法，其特征在于，所述的工作方法包括下列步骤：

S1、测试准备工作，先把需要测试的待测无源器件接入智能等效测试电路模块，然后通过电源模块给各模块进行供电并全面启动各模块；

S2、进行信号发送，通过人机交互显示与数据处理模块设置包括发送采样率、起始和截止频率、幅度、时长在内的参数，根据这些参数产生特定的发送信号，发送并保存设定的数字信号给信号发送模块，信号发送模块将来自人机交互显示与数据处理模块的数字信号转换为模拟信号并传输给智能等效测试电路模块；

S3、智能频响分段算法实施过程，包括初始频响测量、智能频率分段、智能分压支路选择，具体过程如下：

S31、初始频响测量,人机交互显示与数据处理模块发送并保存设定的数字信号作为发送信号x₀(n)，智能等效测试电路模块中的四条分压支路的分压信号作为输出信号，初始分压支路设置为纯电阻支路，输出信号经过模数转换为接收信号y₀(n)并传给人机交互显示与数据处理模块，对发送信号x₀(n)作快速傅里叶变换得到X₀(jω)，对数据处理后台接收回来的接收信号y₀(n)作快速傅里叶变换得到Y₀(jω)，此时信道初始频响H₀(jω)＝Y(jω)/X(jω)，且此时根据电路分压关系可得由 进而自动分解计算得到待测无源器件Z_x的初始频响H_x；

S32、智能频率分段，由人机交互显示与数据处理模块利用模式识别进行智能判读和自动处理待测无源器件的初始频响特性曲线H_x，根据频响特性曲线的数学特性进行智能判读，依据频响特性曲线是否呈纯电阻特性、感性、容性、复杂感性以及复杂容性等频响特征进行频段划分，智能得到各分段频率，同时由人机交互显示与数据处理模块产生与各个频率分段对应的数字信号，智能发送各频段对应的数字信号给信号发送模块并保存；

S33、智能分压支路选择，由人机交互显示与数据处理模块的数据处理后台根据各分段频率的频响特征为各频率分段选择最佳的分压支路，并产生和发送相应的控制信息；

S4、智能切换分压支路与分频段测量，智能等效测试电路模块的数据通信单元不断接收来自人机交互显示与数据处理模块的控制信息，根据控制信息，智能等效测试电路模块中的控制单元在各频率分段适时智能切换四条分压支路，同时人机交互显示与数据处理模块依次测量各频率分段对应的接收信号并保存；

S5、智能等效计算方法实施过程，包括智能等效模型选择、智能等效元件参数计算，具体过程如下：

S51、智能等效模型选择，数据处理后台对每个频率分段进行智能选择等效电路模型，通过遍历选定阶数范围并拟合最优解，分解高阶信道特性表达式，在不同频段智能等效出最优的零阶、一阶、二阶和三阶的串并联RLC电路模型；

S52、智能等效元件参数计算，以最小二乘兼阻尼牛顿联合算法为基础，使用分段频响检测时测量出来的分段数据来自动求解各频段的串并联RLC电路模型中的元件参数，即用不同频段的最优待测无源器件串并联RLC电路模型的RLC频响表达式来表示系统测得的频响，构造目标函数J求差值，采用最小二乘法求出目标函数J的最小值，把此最小值作为初值，采用阻尼牛顿法继续优化计算，进而精确求解各频段等效电路中的等效电阻、等效电容以及等效电感的元件参数；

S6、人机交互显示与数据处理模块分频段显示测量结果。