[发明专利]一种改进的微型阻抗测量自校准算法和装置

说明书

本发明涉及压电阻抗法结构健康监测技术领域，提供了一种改进的微型阻抗测量自校准算法和装置。根据修正后四组数据幅值和形状偏差的最稳定点来挑选校准电阻，从而实现微型阻抗测量装置自校准的功能。本发明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。

技术领域

本发明涉及压电阻抗法结构健康监测技术领域，特别是涉及一种改进的微型阻抗测量自校准算法和装置。

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。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有技术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。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种改进的微型阻抗测量自校准算法，包括：

对待测电阻的测量数据按照阻抗修正公式进行修正，把所有修正后的数据按照所使用的反馈电阻值的大小进行从小到大排列；

分别计算每相邻的两组修正后的测量数据的幅值相对误差随反馈电阻值的变化率和曲线形状相对误差随反馈电阻值的变化率；