一種大范圍高精度的rlc測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電器元件測量裝置，特別涉及一種大范圍高精度的RLC測量裝置及測量方法。本發(fā)明包括測量電路，按鍵及通道選擇電路、顯示電路。所述的測量電路包括雙運放構成的用來測量電阻電容的恒流源電路及用于測量電感的LC振蕩電路。按鍵與通道選擇電路包括鍵盤以及多通道模擬開關。顯示電路包括蜂鳴器電路和LCD顯示屏。本發(fā)明能夠實現(xiàn)對于電阻，電容，電感的自動測量，范圍大，精度高，多檔位，實時顯示，可以用于實驗室，競賽培訓，電子電氣工程師測量工作以及任何需要RLC測量的場合，應用需要較廣。
【專利說明】一種大范圍高精度的RLC測量裝置及測量方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電器元件測量裝置，特別涉及一種大范圍高精度的RLC測量裝置 及測量方法。

【背景技術】
[0002] 電阻、電容和電感的測量是實驗室以及電子電氣工程師經(jīng)常需要測量的電參數(shù)。 目前市場上面常用的萬用表一測量電阻為主，而可以用來測量電感電阻電容的一般又比較 簡易，范圍小，精度低，且不穩(wěn)定，不具有大范圍高精度的測量功能。因此，設計可靠，安全， 便捷的RLC測試裝置有很大的現(xiàn)實必要性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術所存在的技術問題；提供了一種較為簡單、易于實現(xiàn) 的測量電阻、電容和電感的裝置，實現(xiàn)大范圍、高精度的測量。
[0004] 本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：
[0005] -種大范圍高精度的RLC測量裝置，其特征在于，包括測量電路，按鍵及通道選擇 電路，顯示電路；以及單片機MSP430F6638和FPGA;其中按鍵與通道選擇電路以及顯示電路 連接到FPGA的外設接口上面；所述的測量電路包括雙運放構成的用來測量電阻電容的恒 流源電路及用于測量電感的LC振蕩電路；其中恒流源的輸出Vlout接待測電阻RL以及電 容測量電路中單向選擇開關TS12A4516-1的Vlout;
[0006] 所述的測量電路包括雙運放構成的用來測量電阻電容的恒流源電路及用于測量 電感的LC振蕩電路，輸出接FPGA;
[0007] 所述電阻測量電路包括由儀表放大器INA133和精密放大器0PA228構成的雙運放 恒流源電路，還包括4V電壓參考芯片REF5040以及22位AD芯片ADS1212,電阻測量采用恒 流源基于歐姆定律利用歐姆定律線性化；其中INA133的輸出接0PA228正相輸入，0PA228 的正相輸入即為恒流源的輸出Vlout，Vlout接ADS1212的AINN作為輸入；4V電壓參考芯 片REF5040的輸出接INA133的輸入，為恒流源提供穩(wěn)定的電壓；ADS1212的SCLK，SDI0， SD0UT，DRDY接入FPGA進行控制；其中VC1通過鍵盤由FPGA輸出高低電平進而控制繼電器 觸點Kl，K2,K3,K4,K5的通斷，繼電器驅動電路中的Kx即為Kl，K2,K3,K4,K5 ;
[0008] 所述電容測量電路與電阻測量電路共用同一個由儀表放大器INA133和精密放大 器0PA228構成的雙運放恒流源電路，還包括2V電壓參考芯片REF5020,比較器TLV3501，單 向選擇開關TS12A4516-1 ;電容采用恒流源實現(xiàn)了電容容值與充電時間的線性化關系；
[0009] 其中信號由電容測量通道選擇開關TS12A4516-1的Vlout輸入，信號經(jīng)過 TS12A4516-1控制接入待測電容CL，2V參考電壓芯片REF5020接到比較器TLV3501的正相 輸入端，VC2接到FPGA來控制，TS12A4516-1的輸出接入TLV3501的反相輸入端，比較器的 輸出OUT接到FPGA，F(xiàn)PGA在OUT輸出出現(xiàn)下降沿的時候對TS12A4516-2進行控制VC2,使 其導通，從而待測電容接地進行放電，F(xiàn)PGA計數(shù)從VC2控制電容開始充電到OUT輸出下降 沿為止的時鐘脈沖數(shù)，從而獲得電容充電時間；
[0010] 所述LC振蕩電路包括包括集成的壓控振蕩器MC1648振蕩電路以及其輸出信號的 放大整形電路；
[0011] MC1648作為獨立的測量模塊，有四路繼電器實現(xiàn)檔位的切換，其中VC4通過鍵盤 由FPGA控制高低電平進而控制繼電器Kl，K2,K3,K4,K5是否導通，繼電器驅動電路中的Kx 即為K6,K7,K8,K9 ;MC1648的輸出經(jīng)過隔直電容C5接放大器0PA690對輸出信號飽和放大 后，輸出接TLV3501的輸入，經(jīng)過滯回比較輸出穩(wěn)定的方波，TLV3501的輸出0UT2接入FPGA 進行頻率測量；
[0012] 按鍵及通道選擇電路包括包括鍵盤，繼電器和模擬開關TS12A4516 ;
[0013] 顯示電路包括蜂鳴器電路和IXD顯示屏IXD12864。
[0014] 一種采用大范圍高精度的RLC測量裝置的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0015] 測量電阻步驟：
[0016] 由儀表放大器INA133和精密放大器0PA228構成的雙運放恒流源電路輸出恒定的 電流；公式：
[0017] Io= (V3-V2)/R
[0018] 電阻測量根據(jù)歐姆定律：
[0019] R=V/I
[0020] 求出電阻的大小，其中被測電阻兩端的電壓由高分辨率A/D轉換芯片ADS1212進 行電壓采樣得到，另外采用精密電阻作為參考基準進行誤差擬合校正，提高測量精度； [0021] 為了使得輸出的電流電壓值在合適的范圍內(nèi)，不同測量范圍的電阻采用不同的參 考電阻，這里根據(jù)常用電阻范圍將其分為了多檔；通過繼電器選擇檔位，由鍵盤輸入來控 制，測量結果可以通過單片機MSP430F6638由IXD12864顯示；
[0022] 電容測量步驟：
[0023] 由儀表放大器INA133和精密放大器0PA228構成的雙運放恒流源電路輸出恒定的 電流；公式：
[0024] Io= (V3-V2)/R
[0025] 電容測量基于電容充放電原理，電流恒定，充電時間與充電電壓成線性關系；公 式：
[0026] V=Q/C=It/C
[0027] 由高分辨率的AD測量電容充電到達某一定值，從而根據(jù)以上公式求得電容的大 ?。?br> [0028] 為了使的充電時間在合適的范圍內(nèi)，不同測量范圍的電容采用不同的參考電阻， 這里根據(jù)常用電容范圍將其分為了多檔；通過單向模擬開關控制電路是否選通，由鍵盤輸 入來控制；測量結果可以通過單片機MSP430F6638由IXD顯示；
[0029] 電感測量步驟：
[0030]電感測量采用集成的壓控振蕩器MC1648由外部電感和電容形成振蕩回路，電路 很穩(wěn)定，輸出頻率穩(wěn)定性高；根據(jù)振蕩公式：

【權利要求】
1. 一種大范圍高精度的RLC測量裝置，其特征在于，包括測量電路，按鍵及通道選擇電 路，顯示電路；以及單片機MSP430F6638和FPGA ;其中按鍵與通道選擇電路以及顯示連接到 FPGA的外設接口上面；所述的測量電路包括雙運放構成的用來測量電阻電容的恒流源電 路及用于測量電感的LC振蕩電路；其中恒流源的輸出Vlout接待測電阻RL以及電容測量 電路中單向選擇開關TS12A4516-1的Vlout ; 所述的測量電路包括雙運放構成的用來測量電阻電容的恒流源電路及用于測量電感 的LC振蕩電路，輸出接FPGA ; 所述電阻測量電路包括由儀表放大器INA133和精密放大器0PA228構成的雙運放恒流 源電路，還包括4V電壓參考芯片REF5040以及22位AD芯片ADS1212,電阻測量采用恒流源 基于歐姆定律利用歐姆定律線性化； 其中INA133的輸出接0PA228正相輸入，0PA228的正相輸入即為恒流源的輸出Vlout， Vlout接ADS1212的AINN作為輸入；4V電壓參考芯片REF5040的輸出接INA133的輸入，提 供穩(wěn)定的電壓；ADS1212的SCLK，SDIO, SDOUT，DRDY接入FPGA進行控制；其中VCl通過鍵 盤由FPGA輸出高低電平進而控制繼電器觸點K1，K2，K3，K4，K5的通斷，繼電器驅動電路中 的 Kx 即為 Kl，K2, K3, K4, K5 ; 所述電容測量電路與電阻測量電路公用同一個由儀表放大器INA133和精密放大器 0PA228構成的雙運放恒流源電路，還包括2V電壓參考芯片REF5020,比較器TLV3501，單向 選擇開關TS12A4516-1 ;電容采用恒流源實現(xiàn)了電容容值與充電時間的線性化關系； 其中信號由電容測量通道選擇開關TS12A4516-1的Vlout輸入，信號經(jīng)過TS12A4516-1 控制接入待測電容CL, 2V參考電壓芯片REF5020接到比較器TLV3501的正相輸入端，VC2接 到FPGA來控制，TS12A4516-1的輸出接入TLV3501的反相輸入端，比較器的輸出OUT接到 FPGA，F(xiàn)PGA在OUT輸出出現(xiàn)下降沿的時候對TS12A4516-2進行控制VC2,使其導通，從而待 測電容接地進行放電，F(xiàn)PGA計數(shù)從VC2控制電容開始充電到OUT輸出下降沿為止的時鐘脈 沖數(shù)，從而獲得電容充電時間； 所述LC振蕩電路包括包括集成的壓控振蕩器MC1648振蕩電路以及其輸出信號的放大 整形電路； MC1648作為獨立的測量模塊，有四路繼電器實現(xiàn)檔位的切換，其中VC4通過鍵盤由 FPGA控制高低電平進而控制繼電器KI，K2，K3，K4，K5是否導通，繼電器驅動電路中的Kx即 為1(6，1(7，1(8，1(9^1648的輸出經(jīng)過隔直電容05接放大器(^690對輸出信號飽和放大后， 輸出接TLV3501的輸入，經(jīng)過滯回比較輸出穩(wěn)定的方波，TLV3501的輸出0UT2接入FPGA進 行頻率測量； 按鍵及通道選擇電路包括包括鍵盤，繼電器和模擬開關TS12A4516 ; 顯示電路包括蜂鳴器電路和IXD顯示屏IXD12864。
2. -種采用權利要求1所述的大范圍高精度的RLC測量裝置的測量方法，其特征在于， 包括以下步驟： 測量電阻步驟： 由儀表放大器INA133和精密放大器0PA228構成的雙運放恒流源電路輸出恒定的電 流；公式： Io = (V3-V2)/R 電阻測量根據(jù)歐姆定律： R = V/I 求出電阻的大小，其中被測電阻兩端的電壓由高分辨率A/D轉換芯片ADS1212進行電 壓采樣得到，另外采用精密電阻作為參考基準進行誤差擬合校正，提高測量精度； 為了使得輸出的電流電壓值在合適的范圍內(nèi)，不同測量范圍的電阻采用不同的參考電 阻，這里根據(jù)常用電阻范圍將其分為了多檔；通過繼電器選擇檔位，由鍵盤輸入來控制，測 量結果可以通過單片機MSP430F6638由LCD12864顯示； 電容測量步驟： 由儀表放大器INA133和精密放大器0PA228構成的雙運放恒流源電路輸出恒定的電 流；公式： Io = (V3-V2)/R 電容測量基于電容充放電原理，電流恒定，充電時間與充電電壓成線性關系；公式： V = Q/C = It/C 由高分辨率的AD測量電容充電到達某一定值，從而根據(jù)以上公式求得電容的大??； 為了使的充電時間在合適的范圍內(nèi)，不同測量范圍的電容采用不同的參考電阻，這里 根據(jù)常用電容范圍將其分為了多檔；通過單向模擬開關控制電路是否選通，由鍵盤輸入來 控制；測量結果可以通過單片機MSP430F6638由IXD顯示； 電感測量步驟 電感測量采用集成的壓控振蕩器MC1648形成振蕩回路，電路很穩(wěn)定；根據(jù)振蕩公式：
從而求出電感的大?。粸榱耸沟恼袷庮l率在合適的范圍內(nèi)，不同測量范圍的電感采用 不同的電容形成振蕩回路，這里根據(jù)常用電感范圍將其分為了多檔；通過模擬開關選擇檔 位，由鍵盤輸入來控制。
【文檔編號】G01R27/26GK104330640SQ201410679911
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權日:2014年11月24日
【發(fā)明者】李希希, 李卓, 熊暢, 翁新爍, 陳小橋 申請人:武漢大學