CN111487448B - 一种利用交流信号测试lcr的电路模块及测试方法 - Google Patents

一种利用交流信号测试lcr的电路模块及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及的一种利用交流信号测试LCR的电路模块及测试方法，包括：待测点放置机构、KCM1开关、KCM2开关、KCM3开关、KCM4开关、ADG1608模块、AD9833模块、Current_ADC_IN1模块、Voltage_ADC_IN2模块和匹配电阻；AD9833模块与KCM3开关连接，KCM3开关与待测点放置机构连接，待测点放置机构与KCM4开关连接，KCM4开关与ADG1608模块连接，ADG1608模块与Current_ADC_IN1模块连接。本发明体积小巧，结构简单，成本低，并且可以测量板载电容与电感，可以满足在测试过程中多工位测量的需求。

Description

一种利用交流信号测试LCR的电路模块及测试方法
技术领域
本发明涉及电子测试技术领域，更具体地说，涉及一种利用交流信号测试LCR的电路模块及测试方法。
背景技术
现代电子产品正以前所未有的速度，向着多功能化、体积最小化、功耗最低化的方向发展，机电产品广泛应用于家电、通信、一般工业乃至航空航天和军事领域。目前市面上测量电子元器件的各项参数，在测试电阻、电容以及电感时需要用到电桥测试仪，其体积较大，成本较高，软件逻辑复杂庞大，测量时需要选择不同的量程与测量频率并且无法测量板载电容与电感。或者使用复杂的测试模块，测试时需要选择不同的量程，无法同一个模块同时测量电阻、电容与电感，并且也无法测量板载电容与电感。
现有的方案存在如下缺点：
1.电桥测试仪体积较大，成本较高，软件逻辑复杂庞大，测量时需要选择不同的量程与测量频率并且无法测量板载电容与电感；
2.使用复杂的测试模块测试时需要选择不同的量程，无法同一个模块同时测量电阻、电容与电感，并且也无法测量板载电容与电感。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，构造一种利用交流信号测试LCR的电路模块及测试方法，采用简单的电路结构和测试方法，解决传统设备问题体积较大、成本较高、软件逻辑复杂庞大，以及测量时需要选择不同的量程与测量频率并且无法测量板载电容与电感的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种利用交流信号测试LCR的电路模块及测试方法，通过采用简单的电路结构和方便的测试方法，同时具备测量电阻、电容和电感的功能，其体积小巧，结构简单，成本低，并且可以测量板载电容与电感，可以满足在测试过程中多工位测量的需求。
在本发明所述的一种利用交流信号测试LCR的电路模块中，包括：待测点放置机构、KCM1开关、KCM2开关、KCM3开关、KCM4开关、ADG1608模块、AD9833模块、Current_ADC_IN1模块、Voltage_ADC_IN2模块和匹配电阻；
AD9833模块与KCM3开关连接，KCM3开关与待测点放置机构连接，待测点放置机构与KCM4开关连接，KCM4开关与ADG1608模块连接，ADG1608模块与Current_ADC_IN1模块连接。
在本发明的一种利用交流信号测试LCR的电路模块中，Voltage_ADC_IN2模块与KCM2开关连接。
在本发明的一种利用交流信号测试LCR的电路模块中，匹配电阻包括多个并联的固定电阻。
在本发明的一种利用交流信号测试LCR的电路模块中，固定电阻与ADG1608模块连接。
在本发明的一种利用交流信号测试LCR的电路模块中，ADG1608模块包括多个接口，固定电阻与接口连接
在本发明的一种利用交流信号测试LCR的测试方法中，包括以下步骤：
S1将被测元器件放置在待测点放置机构处，并将KCM1开关、KCM3开关、KCM4开关闭合，此时其他开关为断开状态，被测元件可以是电阻、电容或者电感；
S2由MCU模块控制AD9833模块输出交流信号，同时控制ADG1608模块选择匹配电阻，并从Current_ADC_IN1模块处采集电压；
S3由MCU模块控制并调整AD9833模块输出的交流信号频率以及ADG1608模块选择的匹配电阻，使Current_ADC_IN1模块处采集到的电压不超过被测量程以获得最高精度，获得电压值Vo和Zf；
当被测元件是电阻时，Zf为电阻值，当被测元件是电容时，Zf为容抗值，当被测元件是电感时，Zf为感抗值；
S4只闭合KCM2开关与KCM4开关，其他开关断开，并从Voltage_ADC_IN2模块处获得交流信号Vs；
S5当被测元件为电阻时，计算得出Zx，Zx为被测元件的电阻值，此时测试完毕；
S6当被测元件是电容时，Zx为被测元件的容抗值，当被测元件是电感时，Zx为被测元件的感抗值，再计算出被测元件的电容值或电感值，此时测试完毕。
在本发明的一种利用交流信号测试LCR的测试方法中，MCU控制模块控制AD9833模块输出交流信号，并可控制ADG1608模块选择匹配电阻。
在本发明的一种利用交流信号测试LCR的测试方法中，MCU控制模块控制KCM1开关、KCM2开关、KCM3开关和KCM4开关的开闭，包括最后的电压值Vo的采集也由MCU控制模块控制。
在本发明的一种利用交流信号测试LCR的测试方法中，还包括电容与电感的板载测试，步骤如下：
S1将匹配电阻替换为标准电容或者标准电感，标准电容的电容为已知数值，标准电感的电感也为已知数值；
S2测量得出Zx，计算出除未知被测元器件之外的总阻抗，将总阻抗记录在MCU控制模块的FLASH模块里，并设为旧记录点；
S3测试未知被测元器件时，通知MCU控制模块本次测量点为旧记录点，则MCU控制模块自动将记忆的总阻抗进行计算，并得出实际的未知被测元器件的具体数值。
在本发明的一种利用交流信号测试LCR的测试方法中，MCU控制模块与外部通讯装置使用串口通讯的方式连接。
根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明提供了一种利用交流信号测试LCR的电路模块及测试方法，通过采用简单的电路结构和方便的测试方法，同时具备测量电阻、电容和电感的功能，其体积小巧，结构简单，成本低，并且可以测量板载电容与电感，可以满足在测试过程中多工位测量的需求。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的一种利用交流信号测试LCR的电路模块的电路结构图；
图2是本发明的一种利用交流信号测试LCR的电路模块的产生正弦信号的电路图；
图3是本发明的一种利用交流信号测试LCR的电路模块的信号放大图；
图4是本发明的一种利用交流信号测试LCR的电路模块的匹配电阻选择的电路图；
图5是本发明的一种利用交流信号测试LCR的电路模块的输出信号采集的电路图；
图6是本发明的一种利用交流信号测试LCR的测试方法的原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，包括：待测点放置机构、KCM1开关、KCM2开关、KCM3开关、KCM4开关、ADG1608模块、AD9833模块、Current_ADC_IN1模块、Voltage_ADC_IN2模块和匹配电阻；
AD9833模块与KCM3开关连接，KCM3开关与待测点放置机构连接，待测点放置机构与KCM4开关连接，KCM4开关与ADG1608模块连接，ADG1608模块与Current_ADC_IN1模块连接。
进一步地，Voltage_ADC_IN2模块与KCM2开关连接。
进一步地，匹配电阻包括多个并联的固定电阻。
进一步地，固定电阻与ADG1608模块连接。
进一步地，ADG1608模块包括多个接口，固定电阻与接口连接
如图2所示，一种利用交流信号测试LCR的测试方法，包括以下步骤：
S1将被测元器件放置在待测点放置机构处，并将KCM1开关、KCM3开关、KCM4开关闭合，此时其他开关为断开状态，被测元件可以是电阻、电容或者电感；
S2由MCU模块控制AD9833模块输出交流信号，同时控制ADG1608模块选择匹配电阻，并从Current_ADC_IN1模块处采集电压；
S3由MCU模块控制并调整AD9833模块输出的交流信号频率以及ADG1608模块选择的匹配电阻，使Current_ADC_IN1模块处采集到的电压不超过被测量程以获得最高精度，获得电压值Vo和Zf；
当被测元件是电阻时，Zf为电阻值，当被测元件是电容时，Zf为容抗值，当被测元件是电感时，Zf为感抗值；
S4只闭合KCM2开关与KCM4开关，其他开关断开，并从Voltage_ADC_IN2模块处获得交流信号Vs；
S5当被测元件为电阻时，计算得出Zx，Zx为被测元件的电阻值，此时测试完毕；
S6当被测元件是电容时，Zx为被测元件的容抗值，当被测元件是电感时，Zx为被测元件的感抗值，再计算出被测元件的电容值或电感值，此时测试完毕。
进一步地，MCU控制模块控制AD9833模块输出交流信号，并可控制ADG1608模块选择匹配电阻。
进一步地，MCU控制模块控制KCM1开关、KCM2开关、KCM3开关和KCM4开关的开闭，包括最后的电压值Vo的采集也由MCU控制模块控制。
更进一步地，还包括电容与电感的板载测试，步骤如下：
S1将匹配电阻替换为标准电容或者标准电感，标准电容的电容为已知数值，标准电感的电感也为已知数值；
S2测量得出Zx，计算出除未知被测元器件之外的总阻抗，将总阻抗记录在MCU控制模块的FLASH模块里，并设为旧记录点；
S3测试未知被测元器件时，通知MCU控制模块本次测量点为旧记录点，则MCU控制模块自动将记忆的总阻抗进行计算，并得出实际的未知被测元器件的具体数值。
进一步地，MCU控制模块与外部通讯装置使用串口通讯的方式连接。
更进一步地，利用交流信号Vs通过被测元件Zx(可以是电阻，电容，电感)，通多AD9833模块采集测量出电压值Vo，因为Ib＝0,所以Ix＝If，Ix＝Vs/Zx,If＝Vo/Zf，而Zf为电路中已知的电阻，所以Zx＝Vs*Zf/Vo,获得Zx的阻抗(是电阻就是阻值，电容就是容抗，电感就是感抗)，如果被测元器件是电容或者电感，则使用Zx＝1/(2πfC)或者Zx＝2πfL计算出电容或者电感(f为交流电频率)。
本发明提供一种利用交流信号测试LCR的电路模块及测试方法，通过采用简单的电路结构和方便的测试方法，同时具备测量电阻、电容和电感的功能，其体积小巧，结构简单，成本低，并且可以测量板载电容与电感，可以满足在测试过程中多工位测量的需求。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种利用交流信号测试LCR的测试方法，其特征在于，测试方法的电路模块包括待测点放置机构、KCM1开关、KCM2开关、KCM3开关、KCM4开关、ADG1608模块、AD9833模块、Current_ADC_IN1模块、Voltage_ADC_IN2模块和匹配电阻，所述AD9833模块与所述KCM3开关连接，所述KCM3开关与所述待测点放置机构连接，所述待测点放置机构与所述KCM4开关连接，所述KCM4开关与所述ADG1608模块连接，所述ADG1608模块通过KCM1开关与所述Current_ADC_IN1模块连接，所述Voltage_ADC_IN2模块与所述KCM2开关连接，测试方法包括以下步骤：
S1将被测元器件放置在待测点放置机构处，并将KCM1开关、KCM3开关、KCM4开关闭合，此时其他开关为断开状态，被测元件为电阻、电容或者电感；
S2由MCU控制模块控制AD9833模块输出交流信号，同时控制ADG1608模块选择匹配电阻，并从Current_ADC_IN1模块处采集电压；
S3由MCU控制模块控制并调整AD9833模块输出的交流信号频率以及ADG1608模块选择的所述匹配电阻，使Current_ADC_IN1模块处采集到的电压不超过被测量程以获得最高精度，获得电压值Vo和Zf；
当所述被测元件是电阻时，Zf为电阻值，当所述被测元件是电容时，Zf为容抗值，当被测元件是电感时，Zf为感抗值；
S4只闭合KCM2开关与KCM4开关，其他开关断开，并从Voltage_ADC_IN2模块处获得交流信号Vs；
S5当所述被测元件为电阻时，计算得出Zx，Zx=Vs*Zf/Vo，Zx为所述被测元件的电阻值，此时测试完毕；
S6当所述被测元件是电容时，Zx为所述被测元件的容抗值，当被测元件是电感时，Zx为所述被测元件的感抗值，再计算出被测元件的电容值或电感值，此时测试完毕；
该方法还包括电容与电感的板载测试，步骤如下：
S1将所述匹配电阻替换为标准电容或者标准电感，所述标准电容的电容为已知数值，所述标准电感的电感也为已知数值；
S2测量得出电容值和电感值Zx，计算出除未知被测元器件之外的总阻抗，将所述总阻抗记录在所述MCU控制模块的FLASH模块里，并设为旧记录点；
S3测试未知被测元器件时，通知MCU控制模块本次测量点为所述旧记录点，则所述MCU控制模块自动将记忆的所述总阻抗进行计算，并得出实际的未知被测元器件的具体数值。
2.根据权利要求1所述的一种利用交流信号测试LCR的测试方法，其特征在于，所述MCU控制模块控制所述AD9833模块输出交流信号，并可控制所述ADG1608模块选择所述匹配电阻。
3.根据权利要求1所述的一种利用交流信号测试LCR的测试方法，其特征在于，所述MCU控制模块控制所述KCM1开关、所述KCM2开关、所述KCM3开关和所述KCM4开关的开闭，包括最后的所述电压值Vo的采集也由所述MCU控制模块控制。
4.根据权利要求1所述的一种利用交流信号测试LCR的测试方法，其特征在于，所述MCU控制模块与外部通讯装置使用串口通讯的方式连接。
5.一种利用交流信号测试LCR的电路模块，基于权利要求1-4任一项所述的利用交流信号测试LCR的测试方法进行测试，其特征在于：
所述AD9833模块与所述KCM3开关连接，所述KCM3开关与所述待测点放置机构连接，所述待测点放置机构与所述KCM4开关连接，所述KCM4开关与所述ADG1608模块连接，所述ADG1608模块通过KCM1开关与所述Current_ADC_IN1模块连接；
所述Voltage_ADC_IN2模块与所述KCM2开关连接；
所述匹配电阻包括多个并联的固定电阻；
所述固定电阻与所述ADG1608模块连接；
所述ADG1608模块包括多个接口，所述固定电阻与所述接口连接。
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