[发明专利]一种基于随机解调器的阻抗测量方法

说明书

本发明涉及一种基于随机解调器的阻抗测量装置及方法，其特征在于包括以下过程：对待测阻抗元件施加正弦电压激励，通过电流‑电压转换电路将通过阻抗元件的电流信号转换为电压信号；该电压信号通过两路开关被随机调制，经过低通滤波器后，由A/D转换器进行低速采样，得到低速采样序列；利用该低速采样序列在上位机上进行信号重建，得到电流‑电压转换电路输出的电压信号的功率谱信息，进而得到信号幅值、相位和元件阻抗值，实现基于随机解调器的阻抗测量。上述方法实现了当ADC采样频率低于被采样信号频率时的阻抗测量，不需要乘法器，仅需要电子开关、低速模数转换器等低功耗器件，具有成本低、功耗低、资源消耗少、实现简单的特点，具有广阔的应用前景。

技术领域

一种基于随机解调器的阻抗测量方法，属于分布参数测量领域。

背景技术

阻抗是元器件和材料的固有属性，也是与电路相联系的基本参数。阻抗测量不仅本身是电测领域的重要内容，而且通过对阻抗参数的测量往往可以间接实现对其他许多物理量的快速测量；如工程中常用的位移、温度、压力、速度、流量等传感器，其原始信号大多是电容、电阻或电感等阻抗参量。

随着新检测技术的快速发展，从上世纪80年代开始，阻抗测量技术被迅速扩展到生物医学、电化学、电力控制、大规模集成电路制造、空间技术等领域。如目前生物医学领域，利用生物组织与器官的电特性及其变化规律提取人体生理、病理状况等(Segal K R,Burastero S,Chun A,et al.Estimation of extracellular and total body water bymultiple-frequency bioelectrical-impedance measurement[J].The Americanjournal of clinical nutrition,1991,54(1):26-29)；在电化学领域，通过测量材料或装置的阻抗对其进行损伤监测研究等(Wenzl T G,Moroder C,Trachterna M,etal.Esophageal pH monitoring and impedance measurement:a comparison of twodiagnostic tests for gastroesophageal reflux[J].Journal of pediatricgastroenterology and nutrition,2002,34(5):519-523.)；在电力控制领域，通过快速测量电力线的输入阻抗、调节有源滤波器，可防止电网发生振荡，保证电力传输的质量等(Yang L,Ruan C,Li Y.Detection of viable Salmonella typhimurium by impedancemeasurement of electrode capacitance and medium resistance[J].Biosensors andBioelectronics,2003,19(5):495-502.)；而在工业自动化检测领域，阻抗测量系统不仅要求具有高精度、宽量程、宽频带测量的能力，还要求设备体积小、功耗低、操作方便，同时要具有毫秒级的测量速度、快速构成自动测量系统的能力(York T.Status of electricaltomography in industrial applications[J].Journal of Electronic Imaging,2001,10(3):608-619.)。