[发明专利]一种无线多通道微型阻抗测量系统

说明书

本发明涉及压电阻抗法结构健康监测技术领域，提供了一种无线多通道微型阻抗测量系统。包括阻抗测量电路以及通道切换电路，其中：通道切换电路包括用于接入待测物体的8选1测量通道、用于校准的8选n校准电阻、用于反馈的8选n反馈电阻，n为大于等于1、小于等于8的自然数；所述阻抗测量电路与所述通道切换电路连接，用于产生正弦激励电压以对待测物体进行阻抗测量。本发明使校准电阻和反馈电阻从16选1的范围改进到8选n的范围，从而使测量阻抗值的范围相较以前大大增加。

技术领域

本发明涉及压电阻抗法结构健康监测技术领域，特别是涉及一种无线多通道微型阻抗测量系统。

背景技术

压电阻抗技术，通过检测被测物体阻抗信号的变化来监测结构的安全性以及损伤状态信息的变化，对监测结构早期的微小损伤具有较高的灵敏度，具有实施简单，可以应用于复杂结构，所需的传感器价格便宜，质量轻体积小，转换效率高，长期稳定性好等优点。因此，压电阻抗技术被认为是结构健康监测领域中最有发展前景的结构无损检测技术之一。

传统的基于阻抗的损伤检测技术主要使用精密阻抗分析仪进行阻抗测量。但是传统的压电阻抗测量设备----精密阻抗分析仪，具有价格昂贵、体积大，不便于携带测量等缺点，因此，国内外学者开始研究使用经济便携、体积小的微型阻抗测量设备替代精密阻抗分析仪进行阻抗检测。

微型阻抗测量设备在使用之前需要进行校准，校准结果的好坏会严重影响后续测量中的测量结果和测量效果。以往学者主要使用增益系数校准方法来实现微型阻抗测量设备的独立校准以及阻抗测量。增益系数校准方法主要通过在微型阻抗测量设备内部的单片机中针对不同的阻抗测量范围存储不同的增益系数以及使用不同的反馈电阻对待测物体进行测量从而实现微型阻抗测量设备在实际使用中进行独立校准。例如在专利号为CN108562795A，专利名称为一种太阳阻抗测量系统的专利文献中，中国科学院大学半导体研究所的苏都研制的阻抗测量系统，根据阻抗测量模块的测量结果调整阻抗测量范围并使用不同反馈电阻值和增益系数，使得测量结果始终保持在量程以内；例如在专利号为CN206002605U，专利名称为一种基于STM32F105RC便携式阻抗测量仪的专利文献中，安徽理工大学的唐明玉研制的便携式测量仪，根据测量信号的范围基于STM32单片机自动切换至合适的反馈电阻进行阻抗测量，并依据所测得的阻抗实部和虚部根据拟合函数拟合计算出阻抗值；例如在专利号为CN213780212U，专利名称为一种基于STM32的三端器件阻抗测量仪的专利文献中，浙江力德仪器有限公司的赵先成研制的三端器件阻抗测量仪，依据测量得到的阻抗信号的范围选择切换不同的反馈电阻进行阻抗测量并使用标定模式下得到的增益系数计算得到最终的阻抗值。

上述所使用的增益系数校准方法可以保证输出电压控制在后续的模拟数字转换器的输入范围之内，避免因为响应信号过大或过小而产生误差，但是在进行量程选择的时候只考虑了阻抗幅值的范围并没有考虑阻抗相位的影响，不能保证所测量得到的数据在考虑阻抗幅值和曲线形状上与精确数据最接近，而且容易发生数据记录溢出现象，导致测出来的曲线非连续，测量结果不理想。

针对上述情况，本申请发明人在之前一篇专利号为CN114487971A，专利名称为一种改进的微型阻抗测量自校准算法和装置中，提出了解决该情况的技术方案，该专利在挑选测量数据的时候综合考虑了阻抗幅值和阻抗相位的相对变化，所挑选出来的数据是在综合考虑阻抗幅值的精度和阻抗相位的精度的情况下校准效果最好的测量数据。相比增益系数校准方法所测量得到的数据，该专利基于对所有测量得到的数据进行遍历计算与分析所挑选出来的测量数据在阻抗幅值和阻抗相位的精度上均有所提高。进一步，该专利所挑选的校准效果最好的测量数据是一组完整的测量数据，不会在个别频率点上出现记录溢出的现象，可以保证所得到的测量数据为连续的数据。