基于DPSD的寬頻高精度交流阻抗測量理論與關鍵技術研究.pdf

1、阻抗是元器件和材料的固有屬性，是與材料、元件和電路相聯(lián)系的基本參數(shù)。阻抗測量不僅本身是電測領域的重要內(nèi)容，而且通過對阻抗參數(shù)的測量往往可以間接實現(xiàn)對其他許多物理量的快速測量。采用以現(xiàn)代數(shù)字信號處理算法為核心構成精密阻抗測量系統(tǒng)正成為阻抗測量技術發(fā)展的趨勢。我國這方面的研究起步較晚，與國外先進水平存在較大的差距。 本文在對現(xiàn)有自動平衡電橋的平衡調(diào)節(jié)算法深入研究的基礎上，提出了一種基于新型DPSD算法的數(shù)字化自動平衡電橋橋路平衡調(diào)節(jié)

2、方法，通過DPSD與擬牛頓迭代法相結合實現(xiàn)橋路的快速收斂，同時也大大擴展了對非線性器件測量的適應性。該測量方法采用數(shù)字算法取代傳統(tǒng)復雜的模擬信號處理電路，有效地克服了傳統(tǒng)自動平衡電橋法的不足，并在性能、頻率擴展、測量范圍擴展方面都有了很大的拓展。 本文通過對阻抗測量特點的深入分析，提出了一種與常規(guī)DPSD實現(xiàn)方案不同的適用于高精度阻抗測量系統(tǒng)的新型DPSD實現(xiàn)方案，深入研究了基于該算法的阻抗測量的相關理論及其應用關鍵技術。研究結

3、果表明，該方法避免了傳統(tǒng)DPSD所需的外部參考源，其測量系統(tǒng)的信噪比與性價比均大大提高。 基于對阻抗測量系統(tǒng)被測信號特性的深入研究，本文提出采用帶通欠采樣方法實現(xiàn)阻抗測量系統(tǒng)的寬頻高精度數(shù)據(jù)采集，有效地解決了實時采樣在高頻阻抗測量時精度低、功耗大等缺陷；本文同時基于對抗混疊濾波器、被測信號與采樣時鐘等對帶通欠采樣性能影響的深入分析，提出適用于阻抗測量的帶通欠采樣的工程采樣率選擇方法，不僅大大擴展了帶通欠采樣的應用范圍，而且有效地

4、提高了阻抗測量系統(tǒng)的效率。 作為帶通欠采樣的特例——單位步進等效采樣技術在現(xiàn)代檢測技術中有著廣泛應用，但當測量中低頻阻抗時，單位步進等效采樣測量效率嚴重降低，以致不能滿足系統(tǒng)吞吐率的要求。為解決該問題，本文經(jīng)過對等效采樣機理的深入研究，提出p-步進等效采樣方法，深入研究了p-步進等效采樣的時域、頻域特性及重構算法。實踐表明，p-步進等效采樣使得阻抗測量在全頻段均可保證有很好的測量效率。 本文基于數(shù)字頻率合成原理(DDS)

5、產(chǎn)生DDS時鐘作為帶通欠采樣的觸發(fā)信號，該時鐘具有頻率連續(xù)可調(diào)、分辨率極高的優(yōu)點；但該時鐘除特殊頻率點外，均存在一定的抖動。本文基于對DDS時鐘抖動特性的深入研究與分析，提出了一種可以大大減小該抖動影響的非均勻采樣方法，并通過構造Toeplitz循環(huán)矩陣，利用循環(huán)矩陣的快速算法高效計算出該非均勻采樣的各頻譜分量；在此基礎上，本文研究了消除該確定性抖動的DPSD修正算法及其優(yōu)化算法；該算法對于提高阻抗測量的精度及測量效率具有十分明顯的效果

6、。 為實現(xiàn)寬頻高精度阻抗測量，本文仔細分析了測量系統(tǒng)的主要誤差源，并詳細研究了這些誤差源的補償算法。理論分析與實踐表明，經(jīng)過誤差補償和系統(tǒng)標定后的阻抗測量精度、測量量程、測量帶寬均較傳統(tǒng)儀器有了較大的改善。 基于本論文的研究成果，申報了江蘇省2006年度重大科技攻關項目“寬頻高精度元件參數(shù)分析儀國產(chǎn)化研究”，并獲得批準，結合本論文工作的產(chǎn)業(yè)化樣機于2007年1月通過了信息產(chǎn)業(yè)部科技司主持的科技成果鑒定，其評價為：該產(chǎn)品“