CN116699244A

CN116699244A - 一种检测电阻、电容及电感主要参数的测量系统

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Publication number: CN116699244A
Application number: CN202310691320.5A
Authority: CN
Inventors: 陈喆; 殷福亮; 隋高扬
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2023-06-12
Filing date: 2023-06-12
Publication date: 2023-09-05

Abstract

本发明公开了一种检测电阻、电容及电感主要参数的测量系统，包括：信号发生器模块，用于生成激励信号，信号调理模块，将信号发生模块输出的模拟激励信号转换为待测的模拟电压信号，信号调理模块包括功率放大器、待测元件、阻抗匹配器、三个标准电阻、三个开关，信号处理模块，接收信号调理模块输出的第一模拟电压信号和第二模拟电压信号并进行分析获得两路模拟电压信号的比值和相位差，从而得到待测元件的主要参数；包括左声道的模数转换器和右声道的模数转换器；结果显示模块，用于显示待测元件的主要参数；对于待测元件未知值，均可以通过系统调整标准电阻以及自动调整混合正弦波激励信号的频率来进行测试，实现快速检测待测元件的具体参数信息。

Description

一种检测电阻、电容及电感主要参数的测量系统

技术领域

本发明属于电子测试技术领域，具体涉及一种检测电阻、电容及电感主要参数的测量系统。

背景技术

目前,随着电子工业的发展,电子元器件急剧增加,电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来,电容、电感、电阻作为一种基础的电子元器件，电容广泛应用于隔直、耦合、旁路、滤波、调谐回路、能量转换、控制电路等方面，而电感也广泛应用于变压器、隔交、滤波器等作用。电容、电感、电阻质量的好坏一定程度上影响着电路的性能，对于电容、电感、电阻的主要参数的测量的重要性不言而喻。同时在电路使用一段时间后，检测电路的性能是否下降时，也需要测量电容的容值和电感的感值以及电阻的阻值。所以，可以准确便捷地测量电容容值、电感感值和电阻阻值十分必要。

声卡中含有模数转换器与数模转换器：可以通过输入数字信号转换为模拟信号，通过标准电阻与待测元件的电路，把二者的阻抗之比转换为电压之比，之后再通过数模转换器，把模拟信号转换为数字信号，分别通过左右声道输出，通过计算电压比求出电容容值或电感感值或电阻阻值。

与本发明相关的现有技术如下：现有技术方案一申请号为:CN 108333437 A名称为用于微小电容测量系统及测量方法的专利申请，该技术方案采用了通过设置DDS正弦信号发生器以生成数字激励信号，克服电容测量产生的电荷注入及零点漂移，降低测量偏差，通过程控放大器对交流测量电压信号进行缩放后经由模数转换器进行模数转换，以使采集到的信号具有最佳的信噪比，采用数字解调器对采集到的信号进行乘法运算及解调处理，获得与被测电容成比例关系的幅值结果，从而实现电容容值的测量。

首先采用的模拟测量电路使用的转换电路包括一运算放大器、一反馈电容及一反馈电阻，采用的是运算放大器组成的反馈电路，使用基准电阻与基准电容并联的阻抗与待测电容的容抗的比值为输入与输出电压比值，但使用基准电容仍然有精度不足的问题，会影响测量的输出电压值；其次在具体实施方案中并没有关于运算放大器的选型。

现有技术方案二：申请号为CN 202066910 U名称为测量电阻、电感和电容的装置的专利申请，该技术方案采用了使用低频信号源，通过电阻电容电感进行串联，在测试电容时，选取合适的电阻和电感，调整低频信号源，使得电路成为谐振电路，通过谐振公式计算出电容容值，同理，在测试电感时，取合适的电阻和电容，调整低频信号源，使得电路成为谐振电路，通过谐振公式计算出电感感值。

首先采用该方案测试电容时，对于合适的电感的选择比较繁琐，同理，对于该方案测试电感时，对于合适的电容的选择比较繁琐；其次，因为是低频信号发生器，使得整体电路的量程不够宽广，测量的主要参数的范围也不够宽广；三是没有对具体的量程做出分析，使得选择已知的元器件与发出的频率信号不一定匹配，导致测试的失败。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种检测电阻、电容及电感主要参数的测量系统，具体包括如下模块：所述一种检测电阻、电容及电感主要参数的测量系统中包括有信号发生模块，用于生成激励信号，包括CPU以及声卡数模转换器，所述CPU用于生成单频率正弦波激励信号和混合频率正弦波数字激励信号，所述单频率正弦波激励信号用于调整标准电阻以及激励信号的合适频率，所述混合频率正弦波数字激励信号用于测试待测元件主要参数，所述声卡数模转换器用于将CPU生成的数字信号转换为模拟信号；所述信号调理模块，将信号发生模块输出的模拟激励信号转换为待测的模拟电压信号，包括功率放大器、待测元件、阻抗匹配器、三个标准电阻、三个开关。所述功率放大器对模拟信号进行功率放大，所述待测元件与标准电阻串联，所述待测元件包含待测电阻或待测电容或待测电感，所述阻抗匹配器将功率放大后的模拟信号分成两路，一路经过所述阻抗匹配器转换为第一模拟电压信号，另一路经过所述待测元件再经过所述阻抗匹配器转换为第二模拟电压信号；所述信号处理模块：接收信号调理模块输出的第一模拟电压信号和第二模拟电压信号并进行分析获得两路模拟电压信号的比值和相位差，从而得到待测元件的主要参数；包括左声道的模数转换器和右声道的模数转换器；结果显示模块，用于显示待测元件的主要参数。

所述的信号发生模块，使用CPU的windows系统的应用程序编程接口来对声卡进行控制，来控制生成的激励信号。通过声卡的数模转换器，将生成的数字激励信号转换为模拟激励信号。

所述的信号调理模块中，其电路具体实现是：所述功率放大器的同相输入端与信号发生模块相连，功率放大器的反相输入端接地，电压增益设定端悬空，其输出端与两个电路相连，其一是与所述阻抗匹配器一同相输入端相连，其阻抗匹配器一反相输入端与输出端相连，输出端连接下一个模块；另外是与所述待测元件相连，待测元件的另一端与两个电路相连，其一是与所述标准电阻相连，标准电阻另外一端接地，另外一路是与所述阻抗匹配器二同相输入端相连，其阻抗匹配器二反相输入端与输出端相连，输出端连接下一个模块。

所述的信号处理模块：通过声卡的左声道数模转换器和声卡的右声道数模转换器，将生成的模拟电压转换为数字电压信号。使用CPU的windows系统的应用程序编程接口来对声卡进行控制，来计算所述第一模拟电压信号和所述第二模拟电压信号并进行分析，从而得到待测元件的主要参数。

所述结果显示模块：用于显示最终的结果，其由PC机显示器提供。所述结果显示所述待测元件是什么以及其主要参数。

所述检测电容容值以及电感感值检测系统的步骤如下：判断电阻量程过程、判断合适频率过程、计算两路电压信号得到的幅值比与相位差、计算待测元件的主要参数。

所述判断电阻量程过程：所述三个标准电阻大小分别为1.2Ω，100Ω，100kΩ，接入100kΩ的电阻，在所述信号生成模块之中分别生成20kHz以及20Hz的单频率正弦波，从信号测调理模块中的得到两路电压信号的两个比值进行判断是否在阈值(1.1,10)之中，若比值一与比值二均小于1.1，则需要调整接入电阻为100Ω，进行同样的测试，若比值一与比值二均小于1.1，则需要调整接入电阻为1.2Ω。对于待测元件是电阻的情况，两个比值相同，可以通过所述两个比值求出待测电阻的阻值。

所述判断合适频率过程：在确定接入电阻大小之后，对于模数转换器将所述经由运算放大器后的模拟电压信号转换成两路数字测量电压信号，令左声道的电压幅值为|U _Z|，右声道的电压幅值为|U _Y|，令f _H=20kHz，f _L=20Hz，令左右声道电压输出之比的值为，令输入f _L时左右声道电压幅值比为k _Z，输入f _H时左右声道电压幅值比为k _Y，令k _L=1.1，k _H=10。

确定了所述待测元件是电容还是电感之后，对于电容：

(3)

对于电感：

(4)

对于不同情况之下的测试值式(3)和式(4)之中的f、k、k ₁ 、k ₂均为不同的取值，具体如下：

若k _L<k _Z<k _H，k _Y<k _L或k _Y>k _H，式(3)、(4)中f=f _L 、k=k _Z 、k ₁=k _Z 、k ₂=k _H。

若k _L<k _Y<k _H，k _Z>k _H或k _Z<k _L，则式(3)、(4)中f=f _H 、k=k _Y 、k ₁=k _Y 、k ₂=k _L。

若k _Y<k _L、k _Z>k _H或k _Z<k _L、k _Y>k _H则式(3)、(4)中f=f _L 、k=k _L 、k ₁=k _L 、k ₂=k _H。

所述信号发生模块在生成合适的正弦波频率值为f ₀，按照一定的比例k ₀生成对应的四种频率，具体来说：当合适的正弦波频率在20~200Hz时，k ₀=1.25；在0.2~1kHz时，k ₀=1.20；在1~5kHz时，k ₀=1.15；在5~20kHz时，k ₀=1.1。即剩余三个正弦波频率为：f ₁=k ₀∙f ₀，f ₂=k ₀ ²∙f ₀，f ₃=k ₀ ³∙f ₀。将四种频率生成幅值相同、相位相同的正弦波，线性相加之后形成混合的正弦波。

所述计算两路电压信号得到的幅值比与相位差过程：对于生成信号模块，生成四种混合频率的正弦波，经过信号调理模块之后，生成两路模拟电压信号，对于所述模数转换器将所述经由阻抗匹配器后的模拟电压信号转换成两路数字测量电压信号，根据获得的数字测量电压信号进行运算，得到两路信号中相对应频率的正弦波信号的幅值比以及相位差。

获取待测元件的测量电压信号的运算过程包括以下步骤：

CPU对于所述的采样点数N=44100，采样率为f _s=44.1kHz，在一个周期内对两路左右声道所述混合的正弦波同时进行采样，获取其左右声道的数据。

对于所述获取的左右声道的数据分别做低通滤波，进行离散傅里叶变换，得到左右声道的数据的频率值。

通过得到的混合正弦波的频率值，生成线性方程组，对所述得到的左右声道数据进行最小二乘法分别确定两路信号四种对应频率的正弦波的幅值比以及相位差。

计算待测电容的容值以及此时的内阻值，或待测电感的感值以及此时的内阻的过程如下：

将所述计算两路电压信号得到的幅值比与相位差进行计算，首先利用相位差进行待测元件的判断：得到的相位差小于零则待测元件是电容，得到的相位差大于零待测元件是电感，得到的相位差等于零则待测元件是电阻。

待测元件是电容或是电感，对于得到的四种频率对应的幅值比，可以通过构建线性回归方程来进行计算，利用待测电容的容值与容抗成反比或是待测电感的感值与感抗成正比的关系以及两路数字测量电压信号的相对应频率的正弦波信号的幅值比与信号调理模块中电阻与容抗或是感抗的关系，计算待测电容的容值以及此时的内阻值，或待测电感的感值以及此时的内阻值，利用容抗或是感抗对电压信号相位的影响，可以测出此时电路的内阻。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种检测电阻、电容及电感主要参数的测量系统，具有如下有益效果：

本发明的所述信号发生模块与信号处理模块均是由同一个PC机提供的，可以保证实时性，也可以便捷地获得；同时整个系统的元器件较少，可以简便而快速地得到待测元件的值。本发明可以针对待测元件未知的情况下进行测试。未知不仅指不确定元器件是待测电容、待测电感还是待测电阻，均可以使用本系统进行判断，而且对于待测元件未知值，均可以通过系统调整标准电阻以及自动调整混合正弦波激励信号的频率来进行测试。本发明对系统可能存在的误差，使用调整标准电阻，以及先使用两种单频率正弦波首先进行待测元件的判断，利用两种单频率正弦波生成的两种电压比和相位差构成线性回归方程，得到待测电容容值以及此时内阻或待测电感感值以及此时内阻。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中一种检测电容容值以及电感感值的测量系统总体流程图。

图2为本发明中图1所示测量系统中的信号调理模块的电路原理图。

图3为本发明中图1所示的实例测试流程图。

图4为本发明中图1所示待测电容以及标准电阻模块电路图

图5为本发明中图1所示待测电容的电压相位图

图6为本发明中图1所示待测电感以及标准电阻模块电路图

图7为本发明中图1所示待测电感的电压相位图

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面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的描述：

参照图1，一种检测电阻、电容及电感主要参数的测量系统，具体包括如下模块：信号发生器模块(模块编号1)，信号调理模块(模块编号2)，信号处理模块(模块编号3)，结果显示模块(模块编号4)所述信号发生器模块与信号处理模块均由PC机以软件编程+声卡硬件结合方式实现，所述信号发生器模块1包括一CPU11，一数字模拟转换器12，所述信号调理模块包括：功率放大器21，阻抗匹配器一22，阻抗匹配器二23，待测元件24，标准电阻25，所述信号处理模块3包括一左声道模数转换器31，一右声道数模转换器32，一CPU11。所述结果显示模块4，包括一PC机显示器41。

所述的信号发生模块1用于生成激励信号，所述CPU11用于生成单频率正弦波或混合频率正弦波的数字激励信号，所述单频率正弦波激励信号用于调整标准电阻以及激励信号的合适频率，所述混合频率正弦波数字激励信号用于测试待测元件主要参数。所述数字模拟转换器12用于将数字激励信号转换为模拟信号用于测试。使用CPU中的windows API控制生成数字激励信号可以避免直接使用模拟激励信号进行测试带来的偏差，而使用声卡将数字信号转换为模拟信号，其最高可提供的采样频率在48kHz以上，其能处理信号的频率响应一般是在0.02~20kHz，可以提供一个比较宽的频率范围，使得待测电容容值与电感感值的范围变宽。

所述的信号调理模块2用于生成激励信号，所述功率放大器21是对于经过声卡的模数转换器之后的模拟信号进行功率放大，放大倍数为20倍，使得模拟信号有足够大的输出幅度，所述阻抗匹配器一22是对于经过功率放大器的模拟信号进行缓冲和隔离，避免信号失真，所述阻抗匹配器二23是对于经过功率放大器以及待测元件24的模拟信号进行缓冲和隔离，避免信号失真。所述待测元件24是待测的电容或待测电感或待测电阻，与标准电阻25串联。所述标准电阻25与待测元件24，用于提供阻抗，利用电阻的阻抗与待测元件阻抗之间的关系，得到待测元件的主要参数。

所述的信号处理模块3用于处理信号，所述左声道模拟数字转换器31以及右声道模拟数字模拟器32用于将模拟信号转换为数字信号用于处理信号。使用CPU11中的windowsAPI控制声卡进行录音，所述采样点数N，在一个周期内对两路左右声道所述混合的正弦波同时进行采样，获取其左右声道的数据。

参照图2，在本例之中，所述信号调理模块2包括一功率放大器U ₁，所述功率放大器U ₁的同相输入端引脚3与信号发生模块相连，功率放大器U ₁的反相输入端引脚2接地，其电压增益设定端引脚1、引脚8悬空，其电源端引脚6接正电源，其旁路端引脚7与一大小为10μF的旁路电容一端相连，旁路电容另一端连接负电源，其接地端引脚4连接负电源。其输出端与两个电路相连，放大倍数为20倍，其一是与所述运算放大器U ₂同向输入端相连，运算放大器U ₂反相输入端与输出端相连，输出端引脚1连接下一个模块；另外一路是与所述待测元件Z _x相连，待测元件Z _x的另一端与两个电路相连，其一是与标准电阻的电路相连。其所述标准电阻的电路是由三个标准电阻R ₁=2.2Ω，R ₂=100Ω，R ₃=100kΩ以及三个开关K ₁、K ₂、K ₃组成，在本例之中每次只从R ₁、R ₂、R ₃中取一个电阻作为标准电阻R ₀接入电路，标准电阻R ₀另外一端接地，另外一路是与所述运算放大器U ₃同向输入端相连，运算放大器U ₃反相输入端与输出端相连，输出端连接下一个模块。根据所述信号处理模块3对标准电阻R ₀进行选择，若选择R ₃，开关K ₁、K ₂闭合，开关K ₃断开，若选择R ₂，开关K ₁、K ₃闭合，开关K ₂断开，若选择R ₁，开关K ₂、K ₃闭合，开关K ₁断开。一般认为，电容的等效电路是由电容C与等效串联电阻ESR串联而成的，电感的等效电路是由电感L与等效串联电阻ESR串联而成的。

参照图3，对于测量的实例进行说明，该测量待测元件的方法可以基于上述测试系统进行，其包括以下步骤：

步骤S1，CPU控制信号发生模块产生单频率正弦波激励信号，并得到电压信号的幅值比。

具体地，所述步骤S1包括以下步骤：

步骤S11由CPU生成单频率20kHz正弦波数字激励信号，通过windows API驱动声卡将数字激励信号转换为模拟激励信号，传输至信号调理模块，在经过信号调理模块计算电压幅值比之后，再生成单频率20Hz正弦波数字激励信号，通过windows API驱动声卡将数字激励信号转换为模拟激励信号，传输至信号调理模块。

具体地，所述CPU通过windows API驱动声卡进行放音的过程如下：定义一个WAVEFORMATEX结构体，用于描述音频格式，包括采样率、声道数、位深等参数；调用waveOutOpen()函数打开音频输出设备，创建一个或多个 WAVEHDR 结构体，并用malloc()函数为每个结构体分配内存，用于存储要播放的音频数据；调用waveOutPrepareHeader()函数为每个WAVEHDR结构体初始化，并将其指向要播放的音频数据缓冲区；调用waveOutWrite()函数将每个 WAVEHDR结构体添加到音频输出设备的播放队列中。

步骤S12所述模拟激励信号经过所述信号调理模块，得到两路模拟电压信号。具体地，结合图2，所述模拟激励信号从功率放大器U ₁同相输入端输入，从功率放大器U ₁的输出端输出，此时标准电阻为R ₃=100kΩ，将开关K ₁、K ₂关闭，开关K ₃断开，此时一路电压模拟信号从运算放大器U ₂同相输入端输入，其反相输入端与输出端相连，输出模拟电压信号为U _z；另外一路是与所述待测元件Z _x相连，待测元件Z _x的另一端与两个电路相连，其一是与电阻R ₃相连，电阻R ₃另外一端接地，另外一路是与所述运算放大器U ₃同相输入端相连，运算放大器U ₃反相输入端与输出端相连，输出模拟电压信号为U _Y。

步骤S13由CPU通过windows API驱动声卡进行录音，得到左右声道的数据，并分析数据得到左右声道电压信号的幅值比。

具体地，所述CPU通过windows API驱动声卡进行录音的过程如下：定义一个WAVEFORMATEX 结构体，用于描述音频格式，包括采样率、声道数、位深等参数。调用waveInOpen()函数打开音频输入设备，调用waveInReset()函数重置音频输入设备的状态，创建一个或多个WAVEHDR结构体，并用malloc() 函数为每个结构体分配内存，用于存储从音频输入设备接收到的音频数据。调用waveInPrepareHeader()函数为每个WAVEHDR结构体初始化，并为其分配缓冲区。调用waveInAddBuffer()函数将每个WAVEHDR结构体添加到音频输入设备的缓冲区队列中。调用waveInStart()函数开始录音。

具体地，步骤S13对产生的左右声道的数字电压数据，使用所述采样点数N进行采样，对于得到的单频率正弦波数字电压信号，若其幅值为A，频率为f，采样率为所述f _s，初始相位为φ。相位左声道的数字电压信号x _z(n)，右声道的数字电压信号x _Y(n)可以分别表示为：

n=0,1,···N-1(5)

n=0,1,···N-1(6)

可以将左右声道的模拟电压信号幅值比k由以下求出：

(7)

对于所述两路电压信号得到的幅值比，对于所述f _H，f _L，令输入f _L时左右声道电压比为k _Z、输入f _H时左右声道电压比为k _Y，所述k _Z和k _Y可以分别使用上述公式(7)带入f _L和f _H计算出。

步骤S2，通过幅值比k和电压阈值(1.1,10)调整标准电阻至合适量程。

具体地，通过步骤S1得到的k _Z，k _Y进行判断：若是k _Z=k _Y，说明待测元件的阻抗不受所述输入模拟信号频率的影响，待测元件是电阻。若是k _Z，k _Y均小于1.1，说明量程不合适，需要将标准电阻从R ₃更换至R ₂，反之标准电阻量程合适。若不合适，重复步骤S1，重新得到k _Z，k _Y，重新进行判断，若是k _Z，k _Y仍均小于1.1，需要将标准电阻从R ₂更换至R ₁。若是待测元件是电阻，令待测电阻的阻值为R _x，此时标准电阻为R ₀，令k=k _Z=k _Y，由以下求出：

(8)

步骤S3，通过幅值比和电压阈值调整频率至合适值，生成四种频率。

具体地，通过步骤S2确定的标准电阻R ₀，以及步骤S1确定的k _Z，k _Y，

确定所述待测元件是电容还是电感之后，对于电容：

(9)

对于电感：

(10)

对于不同情况之下的测试值式(9)和式(10)之中的f、k、k ₁ 、k ₂均为不同的取值，具体如下：

若k _L<k _Z<k _H，k _Y<k _L或k _Y>k _H，式(9)、(10)中f=f _L 、k=k _Z 、k ₁=k _Z 、k ₂=k _H。

若k _L<k _Y<k _H，k _Z>k _H或k _Z<k _L，则式(9)、(10)中f=f _H 、k=k _Y 、k ₁=k _Y 、k ₂=k _L。

若k _Y<k _L、k _Z>k _H或k _Z<k _L、k _Y>k _H则式(9)、(10)中f=f _L 、k=k _L 、k ₁=k _L 、k ₂=k _H。

步骤S4，CPU生成由步骤S3确定的正弦波频率的混合正弦波激励信号，具体实现同步骤S11，通过由步骤S2确定的标准电阻构成的信号调理模块，通过信号处理模块，求出待测电容值或待测电感值以及内阻。

具体地，步骤S41，CPU生成的混合正弦波数字激励信号，并通过windows API驱动声卡进行播放将数字激励信号转换为模拟激励信号，传输至信号调理模块。具体实现同步骤S11。

步骤S42，所述模拟激励信号经过所述信号调理模块，得到两路模拟电压信号。具体实现同步骤S12。

步骤S43，CPU通过windows API驱动声卡进行录音。具体实现同步骤S13，得到左右声道的数据，并分析数据得到左右声道电压信号的幅值比和相位差。

具体地，对于左右声道得到的混合的4个正弦信号可以表示为：

(11)

可以得到：

(12)

对于采样点数为N的信号来说，可以将上式化为：

(13)

化为：

(14)

用矩阵方式表示：

(15)

可将式(15)看成

(16)

对于这个线性方程组来说，进行求解。因为任意的矩阵A，(N>8且(rank(A)=8)时，可进行QR分解。使用施密特正交化得到矩阵Q，在施密特正交化过程中矩阵变化的系数可以得到矩阵R。

矩阵A可进行QR分解，可表示为：

(17)

式(17)中矩阵R为上三角矩阵。

具体地，进行QR分解的过程如下：

对于，，将其表示为：

(18)

得出：

(19)

可用最小二乘法来估计式(16)，将其化为：

N>8(20)

因为由式(17)得到:，有:

(21)

令:

(22)

为了使的值最小，即：

N>8(23)

可以得到最小二乘估计式的S值为：

(24)

对于的S的解：,进一步得到各个正弦波的幅值A ₁~A ₄和相位差φ ₁~φ ₄。

(25)

(26)

式(26)中的arctan(x)为反正切函数。

通过上述分析，可以得到左右声道数字电压信号四种频率对应地幅值比k _i以及相位差φ _i。

具体地，参照图4以及图5，通过所述待测电容的容抗Z _c以及标准电阻阻值R，所述四种频率对应地幅值比k _i以及相位差φ _i，计算出待测电容值以及此时内阻，得到如下结果：

i=1,2,3,4(27)

化简能够得出：

i=1,2,3,4(28)

可以看成是线性回归的问题，令：

i=1,2,3,4(29)

用线性回归进行分析：

i=1,2,3,4(30)

同时也可以用式(27)进行分析，得到在此频率段下的内阻值R _si：

i=1,2,3,4(31)

同样可以看成是线性回归的问题，令：

i=1,2,3,4(32)

用线性回归进行分析：

i=1,2,3,4(33)

具体地，参照图6以及图7，通过所述待测电感的感抗Z _L以及标准电阻阻值R，所述四种频率对应地幅值比k _i以及相位差φ _i，计算出待测电感值以及此时内阻，得到如下结果：

i=1,2,3,4(34)

化简能够得出：

i=1,2,3,4(35)

可以将上述式(34)，得到：

i=1,2,3,4(36)

可以看成是线性回归的问题，令：

i=1,2,3,4(37)

用线性回归进行分析：

i=1,2,3,4(38)

同时也可以用式(31)~(33)进行分析，得到在此频率段下的内阻值。

步骤S5，用于显示最终的结果，其由PC机显示器提供。所述结果显示所述待测元件是什么以及其主要参数。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明的技术方案中，以下替代方案同样能完成发明目的：

(1)本发明中，所述信号发生模块与所述信号调理模块都是由同一个PC机提供的，可以进行同时的播放与录音，也可以使用其他方式以及其他设备进行信号发生以及检测。

(2)本发明中，使用了混合四种频率的正弦波作为激励信号进行检测，其中四种频率成比例，也可以选用不成比例的、带宽较窄的混合频率正弦波作为激励。

(3)在本发明中，采用了从三个标准电阻中选取一个作为标准电阻提供阻抗来对所述信号调理模块的模拟激励信号转换为模拟电压信号，也可以采用其余的合适的电阻值进行替代。

(4)在本发明中，对于合适的幅值比的阈值(1.1~10)，采用输入单频率正弦波之后，对于两路模拟电压信号的幅值比对频率进行的调整是基于合适的幅值比而生成的合适的频率，对于其他合理的阈值取值以及生成的合适的频率的方式均可替代。

Claims

1.一种检测电阻、电容及电感主要参数的测量系统，其特征在于包括：

信号发生模块，用于生成激励信号，包括CPU和声卡数模转换器，所述CPU用于生成单频率正弦波激励信号和混合频率正弦波数字激励信号，所述单频率正弦波激励信号用于调整标准电阻以及激励信号的合适频率，所述混合频率正弦波数字激励信号用于测试待测元件主要参数，所述声卡数模转换器用于将CPU生成的数字激励信号转换为模拟激励信号；

信号调理模块，将信号发生模块输出的模拟激励信号转换为待测的模拟电压信号，所述信号调理模块包括功率放大器、待测元件、阻抗匹配器、三个标准电阻、三个开关，所述功率放大器对模拟信号进行功率放大，所述待测元件与标准电阻串联，所述待测元件包含待测电阻或待测电容或待测电感，所述阻抗匹配器将功率放大后的模拟信号分成两路，一路经过所述阻抗匹配器转换为第一模拟电压信号，另一路经过所述待测元件再经过所述阻抗匹配器转换为第二模拟电压信号；

信号处理模块，接收信号调理模块输出的第一模拟电压信号和第二模拟电压信号并进行分析获得两路模拟电压信号的比值和相位差，从而得到待测元件的主要参数；包括左声道的模数转换器和右声道的模数转换器；

结果显示模块，用于显示待测元件的主要参数。

2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于：将激励信号的频率范围定为0.2~20kHz，该系统控制生成的是单频率正弦波还是混合频率正弦波，同时调整所述混合频率正弦波的频率。

3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于：所述阻抗匹配器的两个输出端分别与左声道的模数转换器和右声道的模数转换器相连接，根据左声道的模数转换器和右声道的模数转换器的两路电压信号得到的幅值比和相位差，从而判断待测元件是电感、电容或电阻，以及待测元件的主要参数。

4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于：将信号处理模块的两路电压信号的比值阈值设定为(1.1,10)，所述信号发生模块首先生成20kHz的单频率正弦波，计算所述第一模拟电压信号与所述第二模拟电压信号之间的比值一，再生成20Hz的单频率正弦波，计算所述第一模拟电压信号与所述第二模拟电压信号之间的比值二，根据比值一和比值二的大小，对测试系统的标准电阻进行调整，同时对生成的激励信号的频率进行调整得到合适的激励信号频率。

5.根据权利要求4所述的测量系统，其特征在于：设三个标准电阻分别为1.2Ω、100Ω，100kΩ，在测试中调整标准电阻的步骤为：首先只接入100kΩ的电阻，所述信号发生模块首先生成20kHz的单频率正弦波，会得到所述的比值一，再生成20Hz的单频率正弦波，会得到所述的比值二，根据比值一和比值二的大小，进行判断是否在所述阈值(1.1,10)之中，若比值一与比值二均小于1.1，则需要调整接入标准电阻为100Ω，再进行同样的测试，若比值一与比值二均小于1.1，则需要调整接入标准电阻为1.2Ω。

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于：对于所述比值一与比值二，若是比值大小相同，则待测元件为电阻，利用所述模拟电压信号的比值求出待测电阻的阻值。

7.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于：在确定接入电阻大小后，调整合适的激励信号频率具体采用如下步骤：

令左声道的电压幅值为|U _Z|，右声道的电压幅值为|U _Y|，令f _H=20kHz，f _L=20Hz，令左右声道电压输出之比的值为，令输入f _L时左右声道电压幅值比为k _Z、输入f _H时左右声道电压幅值比为k _Y，令k _L=1.1，k _H=10；

确定了所述待测元件是电容还是电感之后，对于电容：

(1)

对于电感：

(2)

对于不同情况之下的测试值式(1)和式(2)之中的f、k、k ₁ 、k ₂均为不同的取值，具体如下：

若k _L<k _Z<k _H，k _Y<k _L或k _Y>k _H，式(1)、(2)中f=f _L 、k=k _Z 、k ₁=k _Z 、k ₂=k _H；

若k _L<k _Y<k _H，k _Z>k _H或k _Z<k _L，则式(1)、(2)中f=f _H 、k=k _Y 、k ₁=k _Y 、k ₂=k _L；

若k _Y<k _L、k _Z>k _H或k _Z<k _L、k _Y>k _H则式(1)、(2)中f=f _L 、k=k _L 、k ₁=k _L 、k ₂=k _H。

8.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于：所述信号发生模块在生成混合正弦波之后，经过所述信号调理模块生成两路模拟电压信号，在所述信号处理模块中，对所述两路模拟电压信号使用声卡的模数转换器进行模数转换，获取采样测量数据，在所述CPU中，对所述采样测量数据进行低通滤波，采样点数为N=44100，采样率为f _s=44.1kHz，进行离散傅里叶变换，得到混合正弦波的频率值，通过对所述信号进行最小二乘法分别确定两路信号四种频率对应的相位差以及幅值比值相位差小于零是电容、大于零是电感，对四组幅值比值使用线性回归分析分别得出待测元件的主要参数。

9.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于：所述信号发生模块在生成合适的正弦波频率值为f ₀，按照一定的比例k ₀生成对应的四种频率，具体方式为：当合适的正弦波频率在20~200Hz时，k ₀=1.25；在0.2~1kHz时，k ₀=1.20；在1~5kHz时，k ₀=1.15；在5~20kHz时，k ₀=1.1，剩余三个正弦波频率为：f ₁=k ₀∙f ₀，f ₂=k ₀ ²∙f ₀，f ₃=k ₀ ³∙f ₀，将四种频率生成幅值相同、相位相同的正弦波，线性相加之后形成混合的正弦波。