一种基于采样法的LCR测量仪的研制
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摘要：为研制一种基于AD采样法LCR测量仪，文章通过测试信号电路，配合自动平衡电桥、模数转换电路、FPGA和MCU微处理器，实现了仪器的小型化和智能化。实验中系统工作稳定可靠，满足设计要求，实验表明该设计方法是行之有效的。
关键词：采样；FFT；LCR测量仪；数字平衡电桥 文献标识码：A
中图分类号：TM277 文章编号：1009-2374（2015）21-0009-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.005
LCR测量仪是产品研发、生产、维护过程中必不可少的一种仪器，它能准确测量元器件在不同频率和电平下的性能和各种参数。随着集成电路的发展，以及微处理器性能的不断提高，测量仪器不断往小型化和智能化的方向发展。本测量仪充分运用了微处理器的运算能力和控制能力，大大减少了硬件电路，能自动测量电阻R、电容C、电感L、品质因素Q、损耗角正切值D。
1 测量原理
对阻抗进行测量方法一般有：电桥法、谐振法、电压电流法、RF电压电流法等，以上这几种方法是模拟测量方法，精度差，调试困难，很难实现自动测量。本测量仪采用的自动平衡电桥电路对未知阻抗进行测量，用矢量电压电流法对阻抗进行计算。自动平衡电桥电路如图1所示：
R为阻抗的实部，X为阻抗的虚部，得到R和X也就可以算出所测元器件的阻抗和电阻值、电容值、电感值、Q值和损耗角D。
在实际电路中，会有各种噪声和干扰，因此所加测试信号并不是纯净的正弦波，对测量结果会产生影响。所以在对采样数据进行FFT后，信号分解成直流分量，基波分量和高次谐波分量。在进行阻抗计算时，只需提取有用的基波分量进行计算，滤除直流和高次谐波，从而可大大减小电路中噪声和干扰对测量结果的影响，同时使测量结果不受运算放大器的偏置电压和失调电压等的影响。
2 硬件系统的组成
本测量仪主要由测试信号发生电路、自动平衡电桥电路、模拟天关与调理电路、AD模数转换器、FPGA、单片机等组成，系统框如图2所示：
测试信号发生电路产生正弦测试信号，加到自动平衡电桥，模拟开关在单片机的控制下，分别地将Ux和Ur通过调理电路送往AD转换器，由AD转换器进行一个信号周期Ts数据的采样，两次采样的时间间隔为信号周期的整数倍nTs。AD采样是...
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