[发明专利]基于嵌入式系统的兆赫兹阻抗测量计

摘要

本发明公开了基于嵌入式系统的兆赫兹阻抗测量计，由嵌入式系统，阻抗测量模拟电路系统以及上位机软件组成。其中，嵌入式系统与阻抗测量模拟电路系统通过SMB连接线进行连接，上位机通过USB转串口连接线与嵌入式系统进行连接。数字电路由双核心板和载板组成。数字电路以FPGA和STM32为双核心芯片，利用FPGA芯片输出一定相位及频率的双通道激励信号，激励信号输入到模拟电路部分，模拟电路利用阻抗测量理论进行计算，将采集到的结果通过RS232协议发送至上位机，上位机完成阻抗值的计算分析与数据保存。本发明的AD转换采样率在该阻抗测量理论中的要求很低，对后续芯片采样率的要求也大大降低。所需参数较少，便于计算，大大简化运算。

主权项

1.基于嵌入式系统的兆赫兹阻抗测量计，其特征在于：由嵌入式系统、阻抗测量模拟电路系统以及上位机软件组成；其中，嵌入式系统与阻抗测量模拟电路系统通过SMB连接线进行连接，上位机通过USB转串口连接线与嵌入式系统进行连接；嵌入式系统由以FPGA芯片和STM32芯片为核心的双核心板和载板组成，双核心板嵌入在载板中构成数字电路板；STM32芯片接收来自上位机用于控制激励频率的字符串，利用FPGA芯片输出一定相位及频率的双通道激励信号；载板功能为(1)板载DC输入口，并为嵌入式系统供电，输入范围为5～12V；(2)板载FPGA下载口，能够连接USB Blaster下载器；(3)板载ARM下载口，能够连接Jlink下载器；(4)板载RS232串行接口，用于STM32和上位机通讯；(5)板载双SMB接头，用于将双激励正弦和余弦信号输出到模拟电路板；阻抗测量模拟电路系统采用矢量伏安法自建电路，用于输出计算压电片阻抗值所需的三个参数，分别为流经压电片的电流值IRMS(ω)，移相90°前后压电片的平均功率P1(ω)、P2(ω)；阻抗测量模拟电路系统由电源模块，二倍放大电路模块，乘法器模块、减法器模块、滤波器模块、有效值电路模块、电压跟随器模块、参考电阻以及待测压电片连接组成；输入信号由SMB接口接入后，经过高通滤波器，滤掉直流量及低频干扰，进入二倍放大电路模块，输出信号且输出信号为输入信号的两倍；二倍放大电路模块第一通道的输出端串联接入参考电阻和待测压电片，参考电阻两端电压分别为V1，V2，减法器的作用就在于计算V1与V2的差值，信号由减法器模块输入至有效值电路模块、滤波器模块，得到IRMS(ω)；在模拟电路中有两个乘法器模块，一路计算移相前压电片的平均功率，一路计算移相后压电片的平均功率；输入信号由乘法器模块输出后进入滤波器模块，得到移相前后的两个功率参量的直流量P1(ω)、P2(ω)；三个输出通道分别接入电压跟随器模块，将输入信号进行跟随，直接输出相同电压和波形的信号。