CN115363557B - 基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量方法 - Google Patents

基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量方法，该方法建立包含多个频率成分的混频激励波形数据并存储，波形数据循环输出经数模转换器(DAC)和压控电流源转换成激励电流信号，施加到被测对象产生电位分布；响应电压和激励电流的采样信号由高速模数转换器(ADC)同步转换成数字量信号，经各频率分别数字相敏解调，获取各频率的激励电流与响应电压，进而获得电阻抗值。本发明通过定义DAC时钟和ADC时钟均为所有频率成分的整数倍，确保所有激励频率成分在0电位进行开关切换，减少开关切换引起的信号振荡提高测量速度，并且所有频率成分均采样了整数个周期避免非整数个周期数字解调引起测量误差。

Description

基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量方法
技术领域
本发明测量技术领域，涉及一种电阻抗测量方法，尤其是涉及一种基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量方法。
背景技术
电阻抗技术广泛应用于工业、生物医疗领域。由于电阻抗是被测对象介电特性和电导率特性的综合反应，不同频率电阻抗常常对被测对象的介电特性和电导率特性具有不同的敏感性。特别是多频生物电阻抗测量技术，是一种利用生物体组织与器官的电阻抗特性及其变化规律获取被测对象生理情况的生物医学信息检测技术。由于低频电流主要流经细胞外部、检测细胞间液电学特性，高频电流可以穿透细胞膜流经细胞内部和细胞间液、对细胞内和细胞外电特性都敏感，因此，很多基于电阻抗特性的检测方法，需要进行多频率电阻抗测量，以获得生物组织组成、结构、生理活动、健康状况等信息，用于构建生理参数模型，对辅助临床诊断具有重要意义，现已广泛应用于体成分分析、阻抗血流图、电阻抗式呼吸监测、肺部及脑部电阻抗断层成像等医学场景中。
在不同频率的交变电流激励下，被测对象电阻抗特性由测量电极获取的电压信号经解调，获得由幅值与相位描述的响应电压数值，除以同样由幅值和相位描述的激励电流，获得该频率下的电阻抗数据。多频电阻抗测量技术的应用难点在于：获取多频电阻抗数据需要测量系统能够产生多个不同频率的正弦激励电流，依次施加每个频率的正弦激励电流到被测对象，测量每个频率下的响应电压，除以激励电流，获得各频率下的电阻抗值。完成所有频率下电阻抗测量的总的时间等于每个频率下电阻抗的测量时间的总和加上频率切换所需要的时间，总的测量时间较长，难以满足一些快速变化信号，比如多相流、人体血流变化等的动态监测需要。
随着理论技术发展，同时施加多频激励的测量方案被提出，如中国专利申请CN114041774A提出的多频率生物电阻抗测量方法，采用多个运放组成的加法电路将模拟信号相加进行混频，但由于加法电路的输入通道数在电路设计时已确定，即固定了同一时间施加的混频信号数目，在目标测量频率增加或减少时，多出的频率数目无法做到同时测量，减少的频率数目则可能因为电路置零等操作引入测量噪声，不能充分发挥多频率同时处理的优点。该系统的另一个重要缺点是，模拟电路在不同频率下的相位延迟不同，当每个加法支路的频率改变时，该支路信号的幅值和相位将发生改变，导致多个频率间的相位差不确定，进一步导致阻抗测量的相位和幅值的不确定性；所有频率成分相位不同、不能同时过零，还将导致开关切换时信号的振荡响应过程较长、降低测量速度。
目前的解调方案，广泛应用模拟电路，即使用开关相敏解调器，其输出包含大量谐波，因此需要一个窄带宽陡峭滚降低通滤波器，导致其输出需要较长的稳定时间，且模拟电路一次只能就一个频率的响应电压信号进行解调，无法匹配同时多频激励方案，从而减慢了测量过程。既有的数字解调技术，主要沿用了模拟解调系统的测量思路，将模拟解调升级为数字解调，测量方法上没有质的改变。而基于傅里叶变换的解调技术，需要采样样本长度相对于被测信号中最低频成分的周期足够长，因此测量速度仍然受限。
发明内容
本发明一种高速高精度的基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量方法。
本发明的目的之一是解决基于混频方法进行多个电阻抗测量时存在的频率数目不可改变的问题。
本发明的目的之二是解决基于混频方法进行多个电阻抗测量时存在的阻抗幅值较低的频率成分的阻抗检测分辨力较低的问题。
本发明的目的之二是解决基于混频方法进行多个电阻抗测量时存在的开关切换后测量信号稳定时间长导致测量速度慢的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量方法，包括以下步骤：
1)初始化拟进行电阻抗测量的多个频率和每个频率的幅值，所述多个频率中，各频率均为最低频率成分的整数倍，所有频率成分相位均为0；
2)根据当前频率和幅值生成混频激励波形数据，存储该混频激励波形数据，生成对应的地址信息；
3)在每个地址时钟周期，基于所述地址信息生成触发任意波形发生器的地址信号，触发输出波形数据，经DAC转换、低通滤波和压控电流源，获得期望的包含多个频率成分的恒定电流激励信号，施加于激励电极上；
4)采集激励电流信号和响应电压信号，经过双通道ADC同步转换为数字信号，获得响应电压测量数据和激励电流测量数据；
5)对所述响应电压测量数据和激励电流测量数据分别进行所有频率成分的相敏解调，获得所有频率下的响应电压向量和激励电流向量，二者相除，得到所有频率成分下的被测对象的阻抗数据；
所述DAC转换的DAC时钟和ADC同步转换的ADC时钟均为所有频率成分的整数倍。
进一步地，步骤1)中，初始化拟进行电阻抗测量的每个频率的幅值均为1。
进一步地，所述生成混频激励波形数据包括：
计算生成初始混频波形数据：
其中，S0(t)为t时刻初始混频波形数据，fi为频率，Ai为对应的幅值，fDAC_CLK为DAC时钟，T为波形数据的时间长度，且T＝D/f1，D为不小于1的整数，N为频率成分的数目；
对初始混频波形数据集{S0(t)}进行归一化，获得生成混频波形数据集{S1(t)}，作为混频激励波形数据：
S1(t)＝S0(t)/Smax
其中，Smax为混频波形数据集{S0(t)}中的最大值。
进一步地，所述DAC时钟为最高频率成分的4或以上的整数倍；
所述ADC同步转换时使用的ADC时钟为最高频率成分的2倍或以上的整数倍，且ADC时钟小于或等于所述DAC时钟；
所述地址时钟与DAC时钟同频率且具有一定时延。
进一步地，所述地址信号包括混频波形数据个数L1、波形重复次数L2、波形数据起始地址L3和波形数据结束地址L4。
进一步地，在所述DAC转换中，所有频率成分的混频波形数据采用相同的DAC时钟转换成阶梯波。
进一步地，所述所有频率成分下的被测对象的阻抗数据的具体计算过程包括：
确定待解调频率成分每个周期的采样点数Sn：
Sn＝fADC_CLK/fn
其中，fDAC_CLK为DAC时钟，fn为第n个频率成分；
建立解调参考信号：
Vsin[i]＝sin(2πi/Sn)，Vcos[i]＝cos(2πi/Sn)，i＝0,1,...,Sn-1；
根据ADC采样获得的所述响应电压测量数据和激励电流测量数据计算获得激励电流测量信号和响应电压测量信号的幅值与相位：
其中，VADC[k]为响应电压测量数据，IADC[k]为激励电流测量数据，k％Sn表示k对于Sn的余数，M为总的ADC采样点数目，tan-1(Vr,Vq)表示求取正弦为Vq、余弦为Vr的角度，tan-1(Ir,Iq)表示求取正弦为Iq、余弦为Ir的角度，AVn、为响应电压测量信号的幅值与相位，AIn、/>为激励电流测量信号的幅值与相位；
计算得到被测对象在频率fn上的阻抗Zn的幅值与相位：
其中，RSHUNT为激励电流采样电阻，KV为测量电压差动放大电路A1的放大倍数，KI为激励电流测量放大电路A2的放大倍数。
进一步地，该方法还包括：
根据所有频率下的阻抗幅值调整优化混频激励波形中各个频率成分的幅值，令|Zn|为阻抗Zn的幅值，重复执行步骤2)-5)。
进一步地，该方法还包括：
重复所述步骤3)-5)，实现被测对象在多组多频率下的阻抗数据测量。
本发明还提供一种基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量系统，其特征在于，包括主控模块、任意波形发生器、前端电路、ADC采样模块和时钟模块，所述主控模块分别连接任意波形发生器、ADC采样模块和时钟模块，所述时钟模块分别连接任意波形发生器和ADC采样模块，所述前端电路分别连接任意波形发生器和ADC采样模块，所述主控模块存储有一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如上所述基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量方法的指令
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明初始化拟进行电阻抗测量的频率时，设计各频率均为最低频率成分的整数倍，能精准控制输出激励信号的波形长度为整数个激励周期，能够在低至一个最低频信号成分的周期内，解调获得所有频率成分的电阻抗信号，不会因样本数目不是整数个信号周期引入阻抗计算误差，充分保障数字相敏解调算法的精度。
2、本发明初始化拟进行电阻抗测量的频率时，所有频率成分相位均为0，能够保障所施加的混频激励信号所有频率成分从零相位开始，可以保障激励信号在幅值为0时施加到被测对象，抑制信号振荡，加快信号响应速度，从而提高测量速度。
3、本发明能够根据测量需要，生成多个频率叠加的波形数据，具有频率数目和频率数值选择的灵活性。
4、所生成的混频波形样本数据中，高频成分每周期的样本点数少，低频成分每个周期的样本点数多，使得所产生的混频波形中所有频率成分的最低高次谐波频率值相近，方便采用同一截止频率的低通滤波器滤除所有频率成分阶梯波重点的高次谐波，获得光滑的混频激励波形。对于高频成分每周期的采样点数少但是重复的周期数目多，对于低频成分重复的周期数目少但是每个周期采样点数多，能够保障对于高频成分和低频成分的数字相敏解调具有相近的抑制白测量噪声的能力。
5、本发明能够根据测量到的被测对象的阻抗特性，精准调整所产生混频波形数据中每个频率成分的幅值，进而调整所产生的混频激励信号中每个频率的幅值，达到所有频率电阻抗测量具有相近的分辨力，有效消除等幅度多频率测量时阻抗小的成分因为响应电压弱导致检测分辨力低的问题。
6、本发明提供了同时测量多个频率电阻抗的手段，能同时输出不限频率数目的混频激励信号，并可通过数字解调同时获得不限频率数目的多个频率的响应电压，相比一次一个激励频率的测量方案，能显著提高待检测频率数目较多时的多频率电阻抗测量的速度。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的系统结构示意图；
图3为一个阻容负载示意图；
图4为实施例中归一化的波形存储器中的混频波形数据；
图5为激励信号中所有频率成分具有相同幅值时的测量电压和激励电流样本，，电压放大倍数是4，电流采样电阻是5Ω，电流放大倍数是160；
图6为优化激励信号中所有频率成分的幅值后的测量电压和激励电流样本，电压放大倍数是8，电流采样电阻是5Ω，电流放大倍数是160。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例提供一种基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量方法，该方法包括：初始化拟进行电阻抗测量的多个频率和每个频率的幅值，所述多个频率中，各频率均为最低频率成分的整数倍，所有频率成分相位均为0；根据当前频率和幅值生成混频激励波形数据，存储该混频激励波形数据，生成对应的地址信息；在每个地址时钟周期，基于所述地址信息生成触发任意波形发生器的地址信号，触发输出波形数据，经DAC转换、低通滤波和压控电流源，获得期望的包含多个频率成分的恒定电流激励信号，施加于激励电极上；采集激励电流测量信号和响应电压测量信号，经过双通道ADC同步转换为数字信号，获得响应电压测量数据和激励电流测量数据；对所述响应电压测量数据和激励电流测量数据分别进行所有频率成分的相敏解调，获得所有频率下的响应电压向量和激励电流向量，二者相除，得到所有频率成分下的被测对象的阻抗数据；其中，所述DAC转换的DAC时钟和ADC同步转换的ADC时钟均为所有频率成分的整数倍。通过上述方法，可以实现高速高精度的多频率电阻抗测量，可靠性高。
如图1所示，上述方法具体可分为以下几个步骤：
S1、初始化拟进行电阻抗测量的频率f1,f2,f3,...,fN。其中f2,f3,...,f3是f1的整数倍；频率数目根据测量需要确定；所有频率成分相位均为0；初始化每个频率的幅值A1,A2,A3,…,AN，均为1。
S2、根据测量需求，生成混频激励波形数据，具体地：
第一步，计算生成初始混频波形数据：
其中，S0(t)为t时刻初始混频波形数据，fi为频率，Ai为对应的幅值，fDAC_CLK为DAC时钟，N为频率成分的数目，T为波形数据的时间长度，且T＝D/f1，D为不小于1的整数，因此也是所有频率成分的周期的整数倍，这样，一个混频波形数据中包含每个频率成分的整数个周期的混频波形数据；
第二步，对混频波形数据集{S0(t)}进行归一化，获得生成混频波形数据集{S1(t)}，如图4所示，作为混频激励波形数据：
S1(t)＝S0(t)/Smax
其中，Smax为波形数据集{S0(t)}中的最大值。
S3、存储混频激励波形数据。在具体实施方式中，可将混频激励波形数据写入任意波形发生器的波形数据存储器中。
S4、开始进行电阻抗测量，接通激励电极开关和测量电极开关，连接激励信号到被测对象，连接测量信号到差分放大电路。
S5、产生时钟输出，包括地址时钟fADD_CLK、DAC时钟fDAC_CLK和ADC时钟fADC_CLK，其中：
地址时钟fADD_CLK和DAC时钟fDAC_CLK同频率且具有一定时延，时延长度用以保障波形存储器输出数据与DAC时钟相比满足DAC时序要求；
DAC时钟fDAC_CLK是波形数据中最高频率成分fN的4或以上的整数倍，并且是所有频率成分的频率的整数倍；
ADC时钟fADC_CLK是波形数据中最高频成分fN的2倍或以上的整数倍，并且是所有频率成分的频率的整数倍；
DAC时钟fDAC_CLK通常大于等于ADC时钟fADC_CLK；
进一步，
所生成的DAC时钟周期的个数等于激励信号的时间长度乘以DAC模块的时钟频率fDAC_CLK；
所生成的ADC时钟周期的个数M等于激励信号的时间长度乘以ADC时钟频率fADC_CLK。
S6、在每个地址时钟周期，根据波形数据个数L1、波形重复次数L2、波形数据起始地址L3、波形数据结束地址L4等，产生波形数据存储器的地址信号。该地址信号在每个时钟周期更新，以触发波形数据存储器在每个时钟周期依次输出存储的波形数据。其中：
L1＝T×fDAC_CLK；
任意波形发生器产生的激励信号的时间长度是T×L2；
ADC时钟个数M＝T×L2×fADC_CLK。
S7、波形数据存储器在地址信号的触发下输出的波形数据，经DAC转换为模拟信号，产生阶梯波输出，阶梯波信号经低通滤波(LPF)滤除阶梯波中的高频谐波，变成光滑的多频率电压信号输出，经过压控电流源(VCCS)，转换为期望的包含多个频率成分的恒定电流激励信号，通过激励电极施加在被测对象上，在被测对象内产生电场分布，电压测量电极上感知电位信号。激励电流采样电阻两端的电压信号，和两个电压测量电极上的电位响应信号，分别经过差分放大，去除共模成分，得到激励电流测量信号和响应电压测量信号，两个信号经过双通道ADC同步转换为数字信号{VADC[k]}，{IaDC[k]}，获得ADC结果。数据集的长度为时钟电路产生的ADC时钟的数目M。
由于初始时，一个混频波形数据中包含每个频率成分的整数个周期的波形数据，所有频率成分的波形数据采用相同的DAC时钟转换成阶梯波，使得低频成分每个周期有更多样本数据点，而高频成分每个周期有较少样本数据点，最终的效果，所有频率成分的阶梯波的最低频高次谐波的频率相近，在附近，方便使用同一截止频率的滤波器去除所有频率成分阶梯波的高频谐波，获得光滑的混频激励波形，以提高测量精度，如图5所示。
S8、读取ADC结果，对响应电压测量数据和激励电流测量数据分别进行所有频率成分的相敏解调，获得所有频率下的响应电压向量和激励电流向量，二者相除，得到所有频率成分下的被测对象的阻抗数据。
为获取频率为fn的频率成分的幅值和相位信息：
第一步，确定待解调频率成分每个周期的采样点数，Sn＝fADC_CLK/fn；
第二步，建立解调参考信号：
Vsin[i]＝sin(2πi/Sn)，Vcos[i]＝cos(2πi/Sn)，这里i＝0,1,...,Sn-1。
第三步，对ADC采样结果{VADC[k]}，k＝0,1,...,M-1，M为总的采样点数目，进行如下计算：
这里k％Sn表示k对于Sn的余数。
由于低频成分被采样的周期数少但是每个周期采样的点数多，而高频成分每个周期被采样的点数少但是被采样的周期数多，最终低频成分和高频成分具有相同的采样点数，解调的结果，所有频率成分对于测量噪声的抑制能力相似。
第四步，用如下公式计算激励电流测量信号和响应电压测量信号幅值与相位：
这里tan-1(Vr,Vq)表示求取正弦为Vq，余弦为Vr的角度。
这里tan-1(Ir,Iq)表示求取正弦为Iq，余弦为Ir的角度。
第五步，计算得到被测对象在频率fn上的阻抗Zn的幅值与相位：
幅值这里RSHUNT是激励电流采样电阻，用于消除测量电路分布电容等影响，更准确获取激励电流的幅值与相位；KV是测量电压差动放大电路A1的放大倍数；KI是激励电流测量放大电路A2的放大倍数。
相位
S9、如果需要，根据所有频率下的电阻抗的幅值，调整优化混频激励波形中各个频率成分的幅值，令N为频率成分的数目，重复步骤2)～8)，以优化取得对所有频率电阻抗的检测达到相近的检测分辨力，如图6所示；或者，可重复步骤4)～8)，继续测量被测对象再多个频率下的电阻抗值；直到测量过程结束。
采用12位ADC，对于图3所示的阻容网络负载，其5kHz,50kHz,250kHz的等效阻抗分别是199.22∠-3.58°，152.56∠-25.86°，77.31∠-20.50°，当采用14位ADC，假设测量信号的噪声幅度是±3个ADC计数，所有频率的激励幅值相同时，测量到的阻抗是199.21∠-3.58°，152.55∠-25.86°，77.32∠-20.49°，阻抗幅值的绝对误差分别为0.010Ω，0.012Ω，0.014Ω；如果对各个频率成分的激励幅值进行优化，则测量到的阻抗分别为：199.22∠-3.59°，152.56∠-25.86°，77.31∠-20.50°，阻抗幅值的绝对误差分别为0.009，0.000，0.001。激励幅值优化在高精度测量时可以进一步改进不同频率成分的阻抗测量结果具有相近的测量分辨力、测量准确性。
S10、测量结束，断开测量电极开关，断开激励电极开关。
上述方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
实施例2
如图2所示，本实施例提供一种基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量系统，包括主控模块100、任意波形发生器200、前端电路400、ADC采样模块600和时钟模块700，主控模块100分别连接任意波形发生器200、ADC采样模块600和时钟模块700，时钟模块700分别连接任意波形发生器200和ADC采样模块600，前端电路400一端通过VCCS模块300连接任意波形发生器200，另一端通过差分放大电路500连接ADC采样模块600，主控模块100存储有一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行上所述基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量方法的指令。
主控模块100用于：①生成并向任意波形发生器模块写入混频激励波形数据；②控制ADC工作模式，启动模数转换，存储模数转换结果的数据；③对采集到的电压和电流混频数据进行数字滤波处理和数字相敏解调算法，获得混频激励信号与混频响应电压信号中各个频率成分的幅值与相位信息，进一步计算获得各个频率下的阻抗的幅值信息，将每个频率的电压与电流相位相减，获得该频率阻抗的相位信息。
任意波形发生器200包括依次连接的地址单元202、波形数据存储器201、数模转换器(DAC)203和低通滤波器(LPF)204，地址单元202和波形数据存储器201分别连接主控模块100，地址单元202与时钟模块700连接，其中：波形数据存储器存储来自主控模块的混频激励波形数据；地址单元接受主控模块的关于波形重复次数、波形数据长度、波形起始地址的波形效果信息，在每个地址时钟周期产生一个存储器地址，用于输出存储区存储的波形数据到DAC；DAC将波形数据转换成模拟信号，产生阶梯波输出；LPF用于滤除DAC输出的阶梯波中的高频谐波成分，获得用于激励的平滑混频电压信号。
VCCS(压控电流源)模块300用于将任意波形发生器输出的平滑电压信号转换为恒定电流输出。
前端电路400包括电流采样电阻401，激励电极开关402a与402b，测量电极开关404a与404b，前端电路400作用于被测对象403上。其中电流采样电阻401为精密电阻，与被测对象403串联，电流采样电阻401两端电压除以采样电阻的阻值，等于激励电流；激励电极开关402a与402b，用于控制激励电流断开或者接通被测对象；测量电极开关404a与404b，用于断开或者接通被测对象到差动放大电路。
差分放大电路500包括两路高输入阻抗、低输入失调电流的差分放大器A1、A2。其中一路501用于将测量电极对上的电位信号的差模成分进行放大获得响应电压信号；另一路502将电流采样电阻两端的电位信号进行差分放大，获得反应激励电流大小的电流测量信号。差分放大电路在检测响应电压和激励电流的同时，抑制两个测量电极上的共模信号和采样电阻两端的共模信号引起的工模干扰，提高差分输入响应电压信号测量的信噪比。
ADC模块6000用于对差分放大模块输出的响应电压信号和检测电流信号在ADC时钟驱动下、以指定的采样频率同步转换为数字量，并缓存到ADC结果存储器。ADC结果存储器用于缓存ADC模块的模数转换结果，并将数字量传输给控制器模块进行数字相敏解调处理。
时钟模块700用于产生主控模块、ADC模块和任意波形发生器的中的地址单元与DAC单元的时钟信号。
上述多频电阻抗测量系统的工作过程如实施例1所述。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)初始化拟进行电阻抗测量的多个频率和每个频率的幅值，所述多个频率中，各频率均为最低频率成分的整数倍，所有频率成分相位均为0，初始化拟进行电阻抗测量的每个频率的幅值均为1；
2)根据当前频率和幅值生成混频激励波形数据，存储该混频激励波形数据，生成对应的地址信息；
3)在每个地址时钟周期，基于所述地址信息生成触发任意波形发生器的地址信号，触发输出波形数据，经DAC转换、低通滤波和压控电流源，获得期望的包含多个频率成分的恒定电流激励信号，施加于激励电极上；
4)采集激励电流信号和响应电压信号，经过双通道ADC同步转换为数字信号，获得响应电压测量数据和激励电流测量数据；
5)对所述响应电压测量数据和激励电流测量数据分别进行所有频率成分的相敏解调，获得所有频率下的响应电压向量和激励电流向量，二者相除，得到所有频率成分下的被测对象的阻抗数据；
根据所有频率下的阻抗幅值调整优化混频激励波形中各个频率成分的幅值，令|Zn|为阻抗Zn的幅值，重复执行步骤2)-5)；
所述DAC转换的DAC时钟和ADC同步转换的ADC时钟均为所有频率成分的整数倍。
2.根据权利要求1所述的基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量方法，其特征在于，所述生成混频激励波形数据包括：
计算生成初始混频波形数据：
t＝1/fDAC_CLK,2/fDAC_CLK,3/fDAC_CLK,...,T
其中，S0(t)为t时刻初始混频波形数据，fi为频率，Ai为对应的幅值，fDAC_CLK为DAC时钟，T为波形数据的时间长度，且T＝D/f1，D为不小于1的整数，N为频率成分的数目；
对初始混频波形数据集{S0(t)}进行归一化，获得生成混频波形数据集{S1(t)}，作为混频激励波形数据：
S1(t)＝S0(t)/Smax
其中，Smax为波形数据集{S0(t)}中的最大值。
3.根据权利要求1所述的基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量方法，其特征在于，所述DAC时钟为最高频率成分的4或以上的整数倍；
所述ADC同步转换时使用的ADC时钟为最高频率成分的2倍或以上的整数倍，且ADC时钟小于或等于所述DAC时钟；
所述地址时钟与DAC时钟同频率且具有一定时延。
4.根据权利要求1所述的基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量方法，其特征在于，所述地址信号包括混频波形数据个数L1、波形重复次数L2、波形数据起始地址L3和波形数据结束地址L4。
5.根据权利要求1所述的基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量方法，其特征在于，在所述DAC转换中，所有频率成分的波形数据采用相同的DAC时钟转换成阶梯波。
6.根据权利要求1所述的基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量方法，其特征在于，所述所有频率成分下的被测对象的阻抗数据的具体计算过程包括：
确定待解调频率成分每个周期的采样点数Sn：
Sn＝fADC_CLK/fn
其中，fDAC_CLK为DAC时钟，fn为第n个频率成分；
建立解调参考信号：
Vsin[i]＝sin(2πi/Sn)，Vcos[i]＝cos(2πi/Sn)，i＝0,1,...,Sn-1；
根据ADC采样获得的所述响应电压测量数据和激励电流测量数据计算获得激励电流测量信号和响应电压测量信号的幅值与相位：
其中，VADC[k]为响应电压测量数据，IADC[k]为激励电流测量数据，k％Sn表示k对于Sn的余数，M为总的ADC采样点数目，tan-1(Vr,Vq)表示求取正弦为Vq、余弦为Vr的角度，tan-1(Ir,Iq_表示求取正弦为Iq、余弦为Ir的角度，Avn、为响应电压测量信号的幅值与相位，AIn、为激励电流测量信号的幅值与相位；
计算得到被测对象在频率fn上的阻抗Zn的幅值与相位：
其中，RSHUNT为激励电流采样电阻，KV为测量电压差动放大电路A1的放大倍数，KI为激励电流测量放大电路A2的放大倍数。
7.根据权利要求1所述的基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量方法，其特征在于，该方法还包括：
重复所述步骤3)-5)，实现被测对象在多组多频率下的阻抗数据测量。
8.一种基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量系统，其特征在于，包括主控模块、任意波形发生器、前端电路、ADC采样模块和时钟模块，所述主控模块分别连接任意波形发生器、ADC采样模块和时钟模块，所述时钟模块分别连接任意波形发生器和ADC采样模块，所述前端电路分别连接任意波形发生器和ADC采样模块，所述主控模块存储有一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1-7任一所述基于任意波形与数字相敏解调的多频电阻抗测量方法的指令。
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