虚拟仪器技术的RLC测试仪

1、第卷第期年月黑龙江科技学院学报舀）文章编号：（）一虚拟仪器技术的测试仪周宝国，沈显庆（黑龙江科技学院电气与信息工程学院，哈尔滨）摘要：针对传统测试仪体积大、成本高等问题，运用虚拟仪器技术，根据伏安法测量原理和相关分析测量算法，以虚拟仪器集成开发环境为平台，设计了测试仪的硬件和软件部分。测试结果表明，电阻、电感和电容的基本测量范围分别为、和“，测量误差的绝对值分别为占、和，满足测量精度要求。该测试仪不仅研制成本低、效率高，而且设计灵活、人机交互界面友好，具有较高的实用价值。关键词：虚拟仪器；参数；相关函数中图分类号：文献标识码：，嗍（蚰咖蟛，商璐锄，眦凹，）：，（），（）（），斗，艿，侬，（）：

2、童；、等），在计算机屏幕上构成虚引言拟仪器面板，并配置相应硬件，构成完整的测试系统，它以透明的方式将计算机资源（微处理器、内存和显示器等）和仪器硬件资源（、数字、定时虚拟仪器技术利用特定软件（如公司的收稿日期：一基金项目：黑龙江省自然科学基金资助项目（）作者简介：周宝围（一），男，黑龙江省青冈人，助教，硕士，研究方向：智能仪器与虚拟仪器，：叼。黑龙江科技学院学报第卷器和信号调理等）的测量、控制能力结合在一起，通过软件实现数据的分析处理、表达以及图形化用户接口。它比传统的电子仪器更为通用，更能适应测量仪器不断更新的要求。测试仪是用于测量电阻、电感和电容等元件参数的测量仪器。传统的测试仪（各种交流

3、电桥）需要人工换挡调节，依靠人为观测电桥是否平衡获得待测元件参数。该方式需要反复调节，测量精度受人为因素影响较大【。笔者利用虚拟仪器技术，采用软件，设计了测试仪的硬件和软件部分，以期提高其测量精度。测量原理伏安法测量原理伏安法基于欧姆定律和阻抗的定义，若已知流经被测阻抗的矢量电流，并测得被测阻抗两端的电压，由比率可得到被测阻抗的矢量，原理如图所示。图测量原理昏嬲被测阻抗为，等苏一争。令；妒手尺。置，则有叫外置制脚伊半，等，其中，日是玑和。的相位差，置为电抗。若已知参数以、。和口值，即可求出阻抗，的组成。如果被测元件为电阻尺。，则，（玑尺。）仉，如果被测元件为电感厶。，则础，（玑尺。口）玑，解得

4、：，玑。口玑尺。口。一可。如果被测元件为电容；，则玑。、解得：。以。一以月。口一兀，。相关分析测量算法相位差口采集玑和。到计算机后，编程难点是计算相位差口。假设两个同频且叠加噪声的信号为算（）（口）。（），），（）（晚）札（），其互相关函数为爿：崩（堋）北（丁）如）（）。当时，如（）爿：（堋）帆曰（眈）（）。由于噪声与信号不相关，且噪声之间也不相关，利用三角函数的正交性得：（），即秽（一口）（）。（），（）尺，（）。由此可知，计算出两个信号的幅值、及时于信号叠加有噪声，、嗣能用常规方法得到。因信号髫（）（钟）帆（）的自相关函熏：蹦丁）“戈石）巾川批当时，蹦）爿¨专小心（）扛譬，则尺：

5、（），同样，对于信号，（）曰（口）帆（）可得：算（）、，（）：如（丁）专（）（州如（）专厅蹦（咖）。（。一以）刻的互相关函数，（），即可求得相位差。但由此，采用自相关方法得到、。数为第期周宝国，等：虚拟仪器技术的测试仪以，（），即信号幅度、可由自相关函数；（）和，（）求得。于是口（朋）尺。，（）一历面耐）以（）以尺，（）。，（），（），（）算法步骤实际计算互相关和自相关函数时，信号为采样后的离散点序列，算法步骤：（）对连续信号戈（）、（）采样，经转换后，变为离散时间序列石、，。（）计算自相关和互相关函数：袁，（）专磊戈，焘，（）亩薹广，袁夥（）亩三虹），。（）计算相位差口：锄。垒竺一。尺，（）

6、，（）硬件设计系统可以分为前端电路、转换、单片机和接口电路四大模块，其硬件原理如图所示。正弦信号发生器被前同测篮兀蔷檗数一 据一采一集一善替接路样口一时一序一控一制莸门露图吼测试仪系统硬件他锄瑙嚣前端电路模块包括标准电阻选择、测试频率选择和信号程控放大部分。转换模块包括转换时序控制、同时采样和数据采集部分。单片机模块负责控制各模块协调工作。接口电路模块是将芯片与单片机组合，开发固件，完成底层和上层的通信。系统的工作流程：（）用户发出测试命令。（）单片机控制正弦信号发生器产生默认频率的正弦测试信号，并根据实际控制参数，选择测试信号频率（或）、标准电阻、程控放大，然后控制同时采样模块。（）单片机发

7、出开始采样命令，生成同时采样时序，控制采样模块对标准信号和被测信号同时采样，并将转换的数据送至数据采集单元。（）存储的数据经传输到作分析与处理，应用程序根据处理结果选择控制参数并送至底层。一（）重复步骤（）、（）、（）。软件设计测量方案的软件仿真假设标准电阻届。，分别与尺，的电阻、。的电感和。肛的电容组成串联电路，激励源为的正弦信号。则阻抗尺，的感抗为础；矶。盯（们），的容抗为（山，）（妒。）（。）（）。即串联时凡。，。订，。对于每种情况，用软件模拟生成两个正弦波。电阻测试模块。的采样波形为髫（）（），尺。的采样波形为（凡）（叮），尺，和尺。的相位一致，模拟测量一个周期，结果如图所示。被测电阻

8、尺。，和假设的一致。图电阻测试模块仿真结果嗍瑚髂电感测试模块的采样波形为龙（）（）（盯），。的采样波形为（）（竹），满足幅度和咒相位滞后。的关系，模拟测量一个周期，结果如图所示。被测电感，和假设的一致。黑龙江科技学院学报前面板设计第卷虚拟测试仪的软面板是人机交互的主要途径，可以保证用户方便、直观地操作测量系统，及时获取测量结果。仪器软面板通过编程实现，如图所示。图电感测试模块仿真结果豁电容测试模块；的采样波形为戈（）（叮）（订），。的采样波形为），（凡）（仃），满足幅度和，相位超前。的关系，模拟测量一个周期，结果如图所示。被测电容为。妒，和假设的一致。图测试仪的前面板岫聪咖测试结果对系统整体测

9、试时，分别测量电阻、电感和电容，结果如表所示。表电阻测量数据昀珞图电容测试模块仿真结果蟾岫幅敝嗽程序设计根据采集的两路波形数据和系统设置的参数。求得小小，各参数，主程序如图所示。程序涉及复杂的数学计算，通过函数编写程序图形代码比较繁琐。因此，采用公式节点完成程序的数学计算。以提高程序的可读性。上表电感测量数据础 图昏也测试仪程序哪鹤第期周宝国，等：虚拟仪器技术的测试仪表电容测量数据叩脱住阳撇结束语依据伏安法测量原理和相关分析测量算法，充分利用编程语言的特点，提出了一种测量电阻、电感和电容等元件参数的新方法，设计了测试仪的硬件和软件部分。由于采用高效的虚拟仪器集成开发环境，不仅降低了仪器研制成本，提高了效率，而且极大增强了设计的灵活性，界面直观，升级方便。参考文献：胡倩，唐震洲基于虚拟仪器技术的电力谐波检测系统电子测量技术，（）：一孙红兵基于虚拟仪器的参数自动测量系统传感器与仪器仪表，（）：张军，习友宝，古天祥，等基于虚拟仪器的参数测量【仪器仪表学报，（）：由表可知，电阻尺的基本测量范围为，测量误差的绝对值。电商伟娜，高宝成基于【的虚拟仪器自动测试系统的设计机床与液压，（）：感厶的基本测量范围为，测量误差的绝对值。电容的基本测量范围为一林君，谢宣松虚拟仪器原理及应用【北京：科学出版社妒，测量误差的绝对值。可以满足测量精度需要。（编辑吴维华）“一一卜卜卜一卜一