南邮测控综合实验第二次实验报告.docx
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南邮测控综合实验第二次实验报告
南京邮电大学自动化学院
实验报告
实验名称:
RLC参数测试系统
课程名称:
测控技术与仪器专业综合实验
所在专业:
测控技术与仪器
学生姓名:
林若愚
班级学号:
B12050518
任课教师:
戎舟
2014/2015学年第二学期
实验地点:
教5-214实验学时:
4
RLC参数测试系统
摘要:
本系统实现了基于虚拟仪器开发的RLC参数的智能测试。
该系统利用AD711运算放大电路和elvis数据采集平台有效地实现了电压采集,并采用图形化的编程语言LabVIEW和专家系统思想,实现了对所采集信号的分析处理。
实验结果表明该系统能对电容和电阻的相关参数进行准确测试,通过充分利用虚拟仪器的运算和显示功能,在降低仪器成本的同时,使仪器的灵活性和数据处理能力大大提高。
1、实验目的
1.理解RLC参数测试原理,掌握RLC参数测试系统的设计方法。
2.掌握数据采集卡平台模拟信号输入和模拟信号输出的连接和编程。
2、实验内容
1.理解RLC参数测试基本原理,确定测试方法。
2.搭建测试电路,采用多功能数据采集卡实现激励信号的产生和响应信号的采集。
3.设计面板,采用相关法或频谱分析法完成RLC参数的测量,并进行测量数据的处理和误差分析。
3、实验设备
(1)计算机1台
(2)elvis数据采集平台1台
(3)运算放大器AD7111个
(4)电阻、电容被测元件各3-5个
4、实验硬件原理
1.伏安法测量原理
伏安法基于欧姆定律和阻抗的定义,若已知流经被测阻抗的矢量电流,并测得被测阻抗两端的电压,由比率可得到被测阻抗的矢量,原理如图1111所示。
图1RLC测量原理
被测阻抗为
,令
则有
如果被测元件为电阻R,则
如果被测元件为电容C,则
解得
2.相关分析测量算法
采集Ux和Us到计算机后,编程难点是相位差计算。
假设两个同频且叠加噪声的信号为x(t)、y(t):
其互相关函数为
当
时
由于噪声与信号不想关,且噪声之间也不相关,利用三角函数的正交性得:
即
由此可知,计算出两个信号的幅值A、B的胡相关函数Rxy(0),即可求得相位差。
也采用自相关的方法得到A、B。
综上所属自相关和互相关函数为:
系统功能介绍
1.系统结构
系统的结构分为测量电路、信号发送部分、信号采集部分和计算处理部分,测量电路以AD711为核心在数据采集平台上搭建,信号采集部分主要采集参考电阻两端信号和待测单元两端信号,然后发送到计算机进行处理,将最后的成果在LabVIEW界面上展示。
图2系统框图
2.所用芯片或模块介绍
主要用的芯片为运算放大器AD711,AD711是一款高速、精密、单芯片运算放大器,具有极高的性价比。
它采用先进的激光晶圆调整技术,具有极低的失调电压和失调电压漂移特性。
利用这些性能优势,用户可以轻松升级采用旧型号精密BiFET(许多情况下是双极性运算放大器)的现有设计。
这款运算放大器具有出色的交流和直流性能,适合有源滤波器应用。
压摆率为16V/µs,±0.01%建立时间为1µs,因而AD711非常适合用作12位DAC/ADC的缓冲器以及高速积分器。
同时,建立时间性能则是任何类似IC放大器所无法比拟的。
出色的噪声性能与低输入电流的组合使AD711也适合用于光电二极管前置放大器。
共模抑制为88dB,开环增益为400V/mV,因而即使在高速单位增益缓冲电路中也能确保12位性能。
图3AD711引脚图
3.电路图
图4测量电路电路图
五、软件程序
(1)软件功能说明
确认电路连接无误后,运行即可得到被测单元的相关参数。
图5软件流程图
(2)软件具体实现
1.信号采集模块,采样点数和采样率都设置成100000,上下限设置为正负10V。
图5信号采集模块
2.信号发送模块,设置同上,物理通道为ao0,发送正弦波频率为100HZ,幅度为1V。
图6信号发送模块
3显示处理部分,按照上述原理公式设计的程序,最后结果以数字格式显示,其中C的值乘以1000000,单位为微法。
自相关以及互相关函数用自编子VI处理。
图7显示处理模块
4.自相关以及互相关模块
图8自相关以及互相关运算模块
注:
上述程序图中未显示VI是由于截图电脑中并未安装DAQ扩展包,并非程序错误
六、实验数据及结果分析
分别对1K电阻,10K电阻,100K电阻,以及103、104、105电容进行测试,结果如下图所示。
图9被测单元是1K电阻的测试情况
图10被测单元是10K电阻的测试情况
图11被测单元是100K电阻的测试情况
图12被测单元是电容103的测试情况
图13被测单元是电容104的测试情况
图14被测单元是电容105的测试情况
六、总结及心得体会
本次实验在紧凑的时间中开始,因此准备做的并不充分,从理论上来说能实现的功能,在实测中得到的结果却和预期的结果大相径庭,重新平静下来后再来过,才发现是器材的原因,所以拖到了晚上接近十点才完成整个项目,几乎是实验室里最后离开的。
因此做实验之前,一定要先检查好器材是否是正常的。
最后感谢老师和同学们对我的支持和帮助!
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