[发明专利]平衡电桥

说明书

技术领域

本发明涉及电气工程技术领域，具体地说，涉及一种模数混合式的平衡电桥。

背景技术

阻抗测量应用于实验室和工业生产，但阻抗的测量方法实现较复杂，尤其是小相位和高频率下的阻抗，其测量尤其困难。

现有阻抗测量技术为模拟式自动平衡电桥或全数字采样式。模拟自动平衡电桥以模拟电路的方式实现电桥的平衡，包括零差电压解调、积分、反馈、平衡等环节。当电桥不平衡时，不平衡电压被同相与正交相电压解调后积分，获得同相与正交相电压平衡差额，该差额以负反馈形式反馈到试样上作为补偿，直至电桥平衡。维持平衡时的同相与正交反馈电压反映了阻抗的实部与虚部。模拟平衡电桥测量量程广、精度高，但速度慢、实现难度高、技术复杂、产品成本高，一般为大型通用型贵重仪器。

全数字式阻抗测量仪器使用高速模数转换器采样后进行数字运算，比较待测阻抗与参考阻抗上的电压幅值比例与相位差，计算得到待测阻抗，具有易实现和成本较低、测量速度快的优点，其不足是测量试样取值范围和测量频率范围比较有限。

发明内容

本发明的目的是，要解决上述的技术问题，提供一种模数混合式平衡电桥，实现实验室和工业生产中对阻抗的测量，适用于对小相位和高频率下阻抗的测量。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种平衡电桥，包括一输入信号源、一参考阻抗、一待测阻抗、一电桥平衡模块和一平衡控制模块；所述待测阻抗通过所述参考阻抗连接在所述输入信号源，用于获得电流矢量；所述电桥平衡模块包括参考阻抗电流提取单元和待测阻抗电流提取单元，用于向所述平衡控制模块提供电桥输出电压，所述参考阻抗电流提取单元耦合至所述参考阻抗的两端，所述待测阻抗电流提取单元耦合至所述待测阻抗的两端，所述参考阻抗电流提取单元和待测阻抗电流提取单元的输出端口均为电桥输出电压输出端口；所述平衡控制模块包括电压检测模块、反馈电路模块和单片机；所述电压检测模块的一端与所述电桥输出电压输出端口相连，所述电压检测模块的另一端连接在所述单片机，用于检测所述电桥输出电压是否为零，并将检测结果传送至所述单片机；所述单片机一端与所述电压检测模块相连，另一端连接在所述反馈电路模块，所述反馈电路模块耦合至所述待测阻抗电流提取单元，形成一控制链路，用于在所述电桥输出电压不为零时，对所述待测阻抗电流提取单元进行电压反馈，实现电桥平衡。

可选的，所述输入信号源为数字合成直接波形发生器，其与所述单片机相连，并在所述单片机控制下，为所述参考阻抗提供输入电流。

进一步，所述待测阻抗的一端连接所述参考阻抗，另一端的连接方式选自接地、悬浮或与其他阻抗串联的其中一种。

进一步，所述参考阻抗电流提取单元包括一差分放大器和一参考电流提取电阻；所述差分放大器的两个输入端分别连接在所述参考阻抗的两端，用于获得所述参考阻抗上的电压，输出端与所述参考电流提取电阻相连；所述参考电流提取电阻一端连接在所述差分放大器的输出端， 另一端与所述电桥输出电压输出端口相连，用于获得所述参考阻抗上的参考电流。

进一步，所述待测阻抗电流提取单元包括一同相调制器、一正交相调制器、一同相电流提取电阻以及一正交相电流提取电容；所述同相调制器的第一和第二输入端分别连接在所述待测阻抗的两端，用于获得所述待测阻抗上的同相电压，所述同相调制器的输出端通过所述同相电流提取电阻连接在所述电桥输出电压输出端口，所述同相调制器的第三输入端连接在所述反馈电路模块，用于获得所述反馈电路模块的第一控制电压；所述正交相调制器的第一和第二输入端分别连接在所述待测阻抗的两端，用于获得所述待测阻抗上的正交相电压，所述正交相调制器的输出端通过所述正交相电流提取电容连接在所述电桥输出电压输出端口，所述同相调制器的第三输入端连接在所述反馈电路模块，用于获得所述反馈电路模块的第二控制电压。

进一步，所述差分放大器的差分输入端与所述同相调制器和所述正交相调制器的第一和第二输入端的连接方式均相反。

进一步，所述电压检测模块包括依次相连的幅值检测电路和模数转换器，通过幅值检测方式，检测电桥是否平衡。

进一步，所述幅值检测电路包括依次相连的一乘法器和一低通滤波器；所述低通滤波器通过所述模数转换器连接在所述单片机。

进一步，所述反馈电路模块为一数模转换器，通过所述单片机控制所述的数模转换器，对所述待测阻抗电流提取单元进行电压反馈。

进一步，所述同相调制器的第一控制电压的值对应所述待测阻抗的阻值的实部，所述正交相调制器的第二控制电压的值对应所述待测阻抗的阻值的虚部。

本发明平衡电桥的积极效果是：