基于AD5933的生物复阻抗测量仪
编写人CAC(Hao Meng, Ning Jia)
版本号Rev.1
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修订历史 日期
版本 作者 2012-4-16
Rev.0 Hao Meng 2012-8-16
Rev.1 Hao Meng, Ning Jia
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目录
1简介 (1)
2硬件设计 (1)
2.1系统工作原理 (1)
2.2系统框图 (2)
2.3硬件电路 (3)
3单片机固件设计 (3)
4阻抗分析软件（经络测量系统的软件设计） (4)
5经络测量系统快速使用手册 (4)
5.1经络测量系统的硬件连接 (4)
5.2USB转UART驱动安装 (8)
5.3ADuC7061固件下载 (9)
5.4经络测量系统软件安装 (10)
5.5经络测量系统的操作 (11)
1简介
目前，生物复阻抗测量的一般方式是，对未知阻抗施加一定频率的激励信号，对其响应信号进行采样和数据分析，通常采用离散傅里叶变换（DFT），DFT结果在对应频率返回响应信号的模值和相位，再通过计算进而得到被测复阻抗的模值和相位信息。
生物复阻抗测试设备一般需要解决以下一些问题。
（1）测量的安全性，由于是测试人体或是生物体的阻抗，需要与人体或生物体进行接触，所以需要考虑在测试设备与人体或生物体之间加入隔离器件。
（2）由于人体允许通过的电流有限，需要对电流峰值进行限制。
（3）从灵活性角度来讲，由于目前阻抗分析的应用各不相同，所使用的激励信号的模值和频率，阻抗的测量范围都有特定的测试范围要求。
（4）考虑到生物体内阻抗网络较为复杂，不能简单用阻性模型分析，所以需要对测量信号的模值和相位同时精确分析，所以对系统精度要求较高。
（5）如果需要便携式的应用，则低功耗和小体积的设计也是尤为重要的设计因素。
ADI推出的基于AD5933的生物复阻抗测量仪即可解决上述的问题。
AD5933是一款高精度的阻抗转换器系统解决方案：
?内部DDS产生激励电压信号
?用户可以调节激励频信号的频率和模值
?内部12位ADC对响应信号进行采样
?内部集成DSP在对应频点进行DFT
本文档简要介绍了基于AD5933的生物复阻抗测量仪的硬件、软件设计，如果需要任何更加详细的相关信息，请联系ADI亚洲技术支持中心，热线电话400-6100-006或，发送电子邮件至china.support@https://www.doczj.com/doc/8c4182185.html,。
2硬件设计
2.1 系统工作原理
为了用电学的手段检测生物体的阻抗，可将生物体的体表阻抗用RC阻抗网络来建模。由于容性阻抗在直流激励的条件下，不能泄放电荷，从而影响测量的速度和精度。因此，通常需要使用一个频率可变的交流信号来作为激励信号。ADI公司的AD5933是一款高精度的阻抗转换器，内部集成了12位的ADC 和DDS可以产生交流扫频激励源为待测阻抗产生激励信号。
图1 AD5933工作原理
本参考设计中，使用低功耗的ADuC7061作为MCU，通过串口与PC通信。另一方面，ADuC7061通过I2C总线对AD5933进行控制和寄存器读写。AD5933的激励源被配置成低频50Hz至90Hz范围。AD5933的时钟由外部的低频晶振产生，从而提高AD5933内部DFT 的精度。AD5933转换输出的数据通过I2C总线，被ADuC7061接收后再发送至PC端。
考虑到生物体测量的安全性问题，本参考实际中应用了ADI公司的iCoupler磁耦隔离器件ADuM4160和ADuM5000，用于实现对测量系统电路板与PC之间的隔离。
阻抗测量仪是由USB供电的，并通过RS232桥接模块实现USB到ADuC7061的串口之间的转换。
2.2 系统框图
阻抗测量仪的系统框图如图2所示。
图2 系统框图
2.3 硬件电路
阻抗测量仪的电路板实物图如图3所示。详细情况请参考电路板的具体电路原理图及PCB 设计。
图3 电路板实物图
3单片机固件设计
本参考设计中采用ADuC7061 作为MCU，采用keil UV4 作为开发工具。
ADuC7061 的UART 经过板上的UART 转USB 接口后与PC 端的阻抗分析软件进行通信，接收来自PC端的命令，然后根据命令的内容通过I2C总线实现对板上AD5933的控制和寄存器读写。固件的具体设计参见源代码。
*如需获得单片机固件源代码，请联系ADI亚洲技术支持中心
亚洲技术支持中心，，热线电话400-6100-006或，发送电子邮件至china.support@https://www.doczj.com/doc/8c4182185.html,。
4 阻抗分析软件阻抗分析软件（（经络测量系统经络测量系统软件软件软件））的设计
根据中医理论，经络是气血在生物体体内运行的通道，而每个经络都具有对应的经穴。实验证明，为了准确定位经穴并测量对应经络的活动状况，可以对人体的经络建立电学模型，并通过测量其阻抗进而加以分析。ADI 提供的生物复阻抗测量仪，为配合硬件系统测量和演示，还以经络测量应用为例，提供了一个专门用于经络测量的阻抗分析软件，具有人性化的图形用户界面，以便用户准确而快捷地定位穴位并分析经络的活动情况。
该软件可以发送命令到ADuC7061，从而对AD5933进行控制，同时可以接收AD5933输出的DFT 结果，并对数据进行处理。软件界面可以实时显示所计算出的阻抗大小和对应RMS 电流的结果，并可以通过作图来显示人体主要经络的实际阻抗值。该软件的具体功能包括：
? 阻抗模值分析
? RMS 电流测量
? 阻抗低于阈值指示
? 测量模式配置
? 阻抗变化波形显示和作图
软件读取AD5933的DFT 结果，即AD5933的实部寄存器和虚部寄存器的数据，通过计算可以得到该信号的模值：
()()22虚部数据实部数据模值+=
再根据系统的增益系数（增益系数为软件内部参数，在阻抗测量系统校准时得到），即可得到被测阻抗的实际大小：
增益系数
模值阻抗值×=1 5 经络测量经络测量系统快速使用手册系统快速使用手册
下面介绍经络测量系统的使用方法。可以登录https://www.doczj.com/doc/8c4182185.html, 观看本参考设计的相关视频来了解详细的操作方法。
5.1 经络测量系统经络测量系统的硬件连接的硬件连接
整个经络测量系统的硬件连接如图4所示。
图4 硬件连接
测量系统电路板由USB供电并通过USB转UART与PC端通信。
图5 USB接口
与该测量系统电路板连接的两个探头是用于与人体接触的。两个探头如图6所示连接至测量系统电路板。一个为参考探头，另一个是测量探头。参考探头（如图7所示）连接到板上的Vout端口，用于与人体良好接触，提供参考电平；测量探头（如图9所示）与板上的Vin 端口连接，用于测量人体不同位置的阻抗，从而找到针灸穴位，并分析其活动情况。
探头的选择应该遵循以下原则：
?两个探头与测量系统电路板的接插件需匹配，客户可以根据自己的需要选择适当的接插件
?参考探头，用于与人体一定面积稳定接触以产生稳定参考，所以需要接触面积较大的探头，其导电部分可以是棒状或是相对较大的平面
?测量探头，则用于模拟针灸针，由于穴位在体表的可测量面积很小，所以要求其导电部分为针状
图6 探头的连接
图7 参考探头
图8 参考探头的使用
图9 测量探头
图10 测量探头的使用
5.2 USB转UART驱动安装
用USB线将测量系统电路板与PC连接，可通过观察设备管理器来检查USB转UART设备是否被检测并工作正常，，如下图11所示。
图11 USB转UART在设备管理器中的显示
如果设备管理器中没有正确识别出串口设备，则需要手动安装USB转UART设备驱动，请到Prolific公司网站（https://www.doczj.com/doc/8c4182185.html,/US/index.aspx ）下载。
为了正常工作，USB转UART映射出的COM口需要被设置在COM1 至COM4范围，如果默认生成的端口号不在该范围内，请在设备管理器中手动设置（COM端口右键->属性->端口设定->高级设定->COM端口号），如图12所示。
图12 更改COM 端口号 5.3 ADuC7061固件下载
测量系统电路板上的MCU 为ADuC7061，第一次使用的时候，需要通过ARMWSD 把固件下载到ADuC7061。固件文件为firmware.hex 。
ADuC7061的RESET 和DOWNLOAD 分别由测量系统电路板上的S1和S2控制。具体的下载流程为：
? 运行ARMWSD ，指定固件文件firmware.hex 所在路径，点击“Start ”按钮 ? 按下S2，按下S1，抬起S1，抬起S2
? 点击ARMWSD 上的“Reset ”按钮，或者按S1，将ADuC7061复位至工作状态
图13 固件下载
5.4 经络测量系统
软件安装
经络测量系统软件安装
运行软件的安装文件Meridians Measurement.msi，并按照所提示的步骤依次操作即可完成安装，如图14所示。
图14 软件安装
5.5 经络测量系统
的操作
经络测量系统的操作
完成硬件连接，USB转UART驱动安装，ADuC7061固件下载以及经络测量系统软件安装之后，用USB线将测量系统电路板与PC连接，运行GUI软件，选择正确的COM端口，并点击“Start”按钮，开始测量。
图15显示了经络测量系统软件的界面，红色数字标出了软件包含的功能，具体描述如下。
图15 经络测量系统软件
1) 根据硬件设定串口选择(COM1~COM4)
2) 12个原穴的选择和参考图示，用户可以按照图中的标识来寻找相应的穴位
3) 被测阻抗值和RMS电流值记录显示
3) AD5933的实部和虚部数据记录显示
5) 如果被测阻抗低于一定的阻值，则认为发现穴位，此时指示灯会变红
6) 按Start按钮开始测量
7) 按Stop按钮可以暂定本次测量
8) 当选择快速模式时，AD5933将产生单点频激励(70Hz) ；而选择正常模式时，激励频率为5个不同频点(50Hz至90Hz，步进10Hz)
9) 根据外界湿度和皮肤干燥度情况选择测试环境(适量的导电膏或生理盐水有助于获得良好的测试效果)
10) 当完成对所有经络的测量后，可以通过“reset+plot”按钮，清空波形图(11)中的波形，并在测试结果作图(12)中绘图
11) 测量到在2000 Ohm 到500000 Ohm范围的阻抗，将在该波形图中实时显示。由于该测试系统用于测量人体的经络阻抗，所以本软件的波形图仅采集了该阻抗范围的数据用于分析和观察。
12) 测量结果可以通过作图表示，红色的圆圈可以大致表征正常经络活动时的阻抗参考值（还需要通过中医临床验证数据的进一步证实），蓝色的线则表示对应经络穴位的实测阻抗，如图16所示
图16 测量结果作图
接地电阻测量仪使用方法 （1）准备工作 1）熟读接地电阻测量仪的使用说明书，应全面了解仪器的结构、性能及使用方法。 2）备齐测量时所必须的工具及全部仪器附件，并将仪器和接地探针擦拭干净，特别是接地探针，一定要将其表面影响导电能力的污垢及锈渍清理干净。 3）将接地干线与接地体的连接点或接地干线上所有接地支线的连接点断开，使接地体脱离任何连接关系成为独立体。 （2）测量步骤 1）将两个接地探针沿接地体辐射方向分别插入距接地体20m、40m的地下，插人深度为400mm，如图a所示。 图接地电阻测量仪操作示意
a）实际操作 b）等效原理 2）将接地电阻测量仪平放于接地体附近，并进行接线，接线方法如下： ①用最短的专用导线将接地体与接地测量仪的接线端“E1”（三端钮的测量仪）或与C2、”短接后的公共端（四端钮的测量仪）相连。 ②用最长的专用导线将距接地体40m的测量探针（电流探针）与测量仪的接线钮“C1”相连。 ③用余下的长度居中的专用导线将距接地体⒛m的测量探针（电位探针）与测量仪的接线端“P1”相连。 3）将测量仪水平放置后，检查检流计的指针是否指向中心线，否则调节“零位调整器”使测量仪指针指向中心线。 4）将“倍率标度”（或称粗调旋钮）置于最大倍数，并慢慢地转动发电机转柄（指针开始偏移），同时旋动“测量标度盘”（或称细调旋钮）使检流计指针指向中心线。 5）当检流计的指针接近于平衡时（指针近于中心线）加快摇动转柄，使其转速达到120r／min以上，同时调整“测量标度盘”，使指针指向中心线。 6）若“测量标度盘”的读数过小（小于1）不易读准确时，说明倍率标度倍数过大。此时应将“倍率标度”置于较小的倍数，重新调整“测量标度盘”使指针指向中心线上并读出准确读数。 7）计算测量结果，即R地＝“倍率标度”渎数ד测量标度盘”读数。
关于用生物电阻抗法测量身体脂肪含量的研究摘要：体脂率现已成为判断是否健康的标准之一，测量体脂率的方法有很多，但大多方法的设备仪器复杂，操作复杂而不适用于生活中。生物电阻抗则是近年来被广泛应用的一种快速、简便、安全测量体成分的一种方法。本文将对其原理，数据分析方法进行介绍，对其准确性进行分析，并对其前景进行展望。 关键词：生物电阻抗脂肪统计方法误差 一、引言 现代社会，随着生活条件不断改善，人们对健康也越来越重视。对于大多数人而言，体重是最直接也是最简单的衡量身体状况的一个标准。其中BMI=m/h2，m为体重（千克），h为身高（米），是被使用最广泛的公式，BMI 指数以22为最佳。但是，越来越多的案例表明BMI指数不能够客观地反映一个人的身体状况。因为每个人的脂肪肌肉比例不同，并且肌肉和脂肪密度相差较大，相同BMI指数的人可能是虚胖也可能是强壮。这时，脂肪率则是另一个至关重要的指数，所以既简单又不失精确的生物电阻法就很有价值。 二、原理 生物电阻分析方法（bio-impedance analysis）BIA 技术测定骨骼肌含量的基本原理是，组织、器官层次的各个组分具有不同的电导性。人体细胞被细胞外液包围，细胞则由具有选择透过性的细胞膜、细胞质和细胞器构成。细胞外液以及细胞内部可近似视作电阻。而细胞膜则可视为电容。故人体的电学性质可视作若干个电容与电阻连接而成，其中最为简洁的三元件模型下
图所示。 一种常见的测试方式是，受试者仰面平躺，电流信号从脚部的电极传导 到手部的电极上，得出电阻抗(R)和电容抗(C)，并计算生物电阻抗 ，为系数，L为身高。骨骼肌含有大量水分与电解质，其电导性最好；脂肪组织含有的水分与电解质很少，其电导性很差。信号传输越慢，受到阻力越大，表明脂肪量越多。 当然，复杂的人体是不能用上述简陋的模型描述的。因为生物电阻分析法本身就不是在数学物理定义上严格，而是由大量数据依据统计学规律发展而来。而正好该模型得到的阻抗指数和一些身体参数显着相关，所以我们认为这种方法是可行的。 最初，大多数研究的电流频率固定在50KHZ，现在则大多使用多频率电阻抗进行脂肪等身体成分的测量分析。 三、数据统计方法 选取若干不同性别、身高、体重、年龄、身体状况的人，由生物电阻法测出其阻抗指数，对以上变量和在实验室用排水法测得的体脂率的精确值做相关性分析。使用统计软件，用多元线性逐步回归分析方法，建立体脂含量的推算方程。 根据相关的研究数据[1]显示，生物电阻抗推算去脂体重的推算方程为：
电压与阻抗的测量技术与方法 一、测量特点 （一）电压测量 （1）频率范围宽 除直流外，交流电压的频率从Hz（甚至更低）~Hz。 （2）电压范围广 ①微弱信号：心电医学信号、地震波等，纳伏级（V）； ②超高压信号：电力系统中，数百千伏。 （3）电压波形的多样化 电压信号波形是被测量信息的载体。 各种波形：纯正弦波、失真的正弦波、方波、三角波、阶梯波。 （4）测量精度的要求差异很大：~。 （5）测量速度的要求差异很大 ①静态测量：直流（慢变化信号），几次/秒； ②动态测量：高速瞬变信号，数亿次/秒（几百MHz）； ③精度与速度存在矛盾，应根据需要而定。 （6）被测电路的输出阻抗匹配 在多级系统中，输出级阻抗对下一输入级有影响。 ①直流测量中，输入阻抗与被测信号源等效内阻形成分压，使测量结果偏小。如：采用电压表与电流表测量电阻，当测量小电阻时，应采用电压表并联方案；当测量大电阻时，应采用电流表串联方案； ②交流测量中，输入阻抗的不匹配引起信号反射。 （7）抗干扰性能：工业现场测试中，存在较大的干扰。 （二）阻抗测量 ①保证测量条件与工作条件尽量一致；测量时所加的电流、电压、频率、
环境条件等必须尽可能接近被测元件的实际工作条件，否则，测量结果很可能无多大价值； ②了解RLC的自身特性；在选用RLC元件时就要了解各种类型元件的自身特性。例如，线绕电阻只能用于低频状态；电解电容的引线电感较大；铁芯电感要防止大电流引起的饱和。 二、测量原理 （一）电压测量 ①绝对误差 ②相对误差 要减少误差，就必须使电压表的输入电阻远大于。 （二）阻抗测量 三、测量方法 （一）电压测量的分类 ①交流电压的模拟测量方法 表征交流电压的三个基本参量：有效值、峰值和平均值。以有效值测量为主。 方法：交流电压（有效值、峰值和平均值）→直流电流→驱动表头→指示。 ②数字化直流电压测量方法 模拟直流电压→A/D转换器→数字量→数字显示（直观）→数字电压表（DVM），数字多用表（DMM）。 ③交流电压的数字化测量
变压器短路阻抗测试仪技术规范书 1 基本要求 短路阻抗法是判断绕组变形的传统方法，根据GB1094.5-2003和IEC60076-5:2000规定，短路电抗的变化量是判断变压器绕组有无变形的有效判据。设备应具备抗干扰能力，即使在强电场及磁场的干扰下，也可以准确的测试阻抗值，真实反映设备运行情况。 2性能要求 2.1 本次购置的变压器短路阻抗测试仪应包括以下基本部件： 变压器短路阻抗测试仪主机、线箱（包含电源线、测试线、接地线）、合格证、说明书、校验合格证、校验报告。 2.2 测试主机应具备以下技术功能： 2.2.1仪器的测试结果符合GB1094.1-2003和 GB/T 6451系列有关标准的规定，可满足在试验电源的波形畸变条件下仪器自身可以得出校正后的变压器短路阻抗、损耗参数值，特别是对变压器的损耗值按照相关标准使用平均值电压表数值进行校正计算。 2.2.2仪器即可对单相变压器进行阻抗测试、亦可以对三相变压器进行三相法阻抗测试和对三相变压器进行单相法阻抗测试，完成对变压器相关参数的短路阻抗、阻抗电压、零序阻抗、铁芯损耗等进行全自动测试。 2.2.3仪器可以同屏幕显示出被测的三相电压、电流的真有效值、平均值、有功功率、无功功率、功率因数、工频频率、电压及电流的相量图等电气参数，便于现场分析判断相关测试数据。 2.2.4可显示每次测试的电压、电流、功率、频率等参数。 2.2.5仅使用单相220V交流电源即可完成测量，在没有交流电源情况下，可使用小功率UPS电源供电（根据测试电流考虑电源容量）。 2.2.6接线操作简单方便，可以使用单相测试电源也可使用三相测试电源。 2.2.7自动频率校正，可消除频率波动造成的误差。 2.2.8可储存100次以上测量结果，仪器内置不掉电存储器，可长期保存测量数据。 2.2.9大屏幕液晶显示，全部汉字菜单及操作提示，直观方便。 2.2.10不掉电日历，时钟功能。
pcb阻抗测试仪测试方法 随着数字电路工作速度得提高，PCB板上信号的传输速率也越来越高，如PCI-Express的信号速率已经达到2.5Gb/s，SATA的信号速率已经达到3Gb/s，新的标准如PCI-Express II、XAUI、10G以太网的工作速率更高。 随着数据速率的提高，信号的上升时间会更快。当快上升沿的信号在电路板上遇到一个阻抗不连续点时就会产生更大的反射，这些信号的反射会改变信号的形状，因此线路阻抗是影响信号完整性的一个关键因素。对于高速电路板来说，很重要的一点就是要保证在信号传输路径上阻抗的连续性，从而避免信号产生大的反射。相应的，对于测试来说也需要测试高速电路板的信号传输路径上阻抗的变化情况并分析问题原因，从而更好地定位问题，例如PCI-Express和SATA等标准都需要测量传输线路的阻抗。 要进行阻抗测试，一个快捷有效地方法就是TDR(时域反射计)方法。TDR 的工作原理是基于传输线理论，工作方式有点象雷达。如下图所示，当有一个阶跃脉冲加到被测线路上，在阻抗不连续点就会产生反射，已知源阻抗Z0，则根据反射系数ρ就可以计算出被测点阻抗ZL的大小。
最简单的TDR测量配置是在宽带示波器的模块中增加一个阶跃脉冲发生器。阶跃脉冲发生器发出一个快上升沿的阶跃脉冲，同时接收模块采集反射信号的时域波形。如果被测件的阻抗是连续的，则信号没有反射，如果有阻抗的变化，就会有信号反射回来。根据反射回波的时间可以判断阻抗不连续点距接收端的距离，根据反射回来的幅度可以判断相应点的阻抗变化。 H系列TDR阻抗测试仪是基于时域反射原理设计而成的高带宽特性阻抗测试分析专用仪器。仪器采用真差分宽带取样技术，能够自动、快速、批量、准确测试线路板及电线电缆的特性阻抗，具备波形显示与分析功能，适用于PCB 硬板、FPC软板及电线电缆的阻抗测试。 2、产品特点 1) H系列包括H045/H085/H150三种不同带宽的产品可供选择，应用领域全面覆盖阻抗条测试、软板/硬板板内测试。
用生物电阻抗法测量身 体脂肪含量 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
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容。故人体的电学性质可视作若干个电容与电阻连接而成，其中最为简洁的三元件模型下图所示。 一种常见的测试方式是，受试者仰面平躺，电流信号从脚部的电极传 导到手部的电极上，得出电阻抗(R)和电容抗(C)，并计算生物电阻抗 Z=√R2+C2。进而得到阻抗指数V=ρL2/L，ρ为系数，L为身高。骨骼肌含有大量水分与电解质，其电导性最好；脂肪组织含有的水分与电解质很少，其电导性很差。信号传输越慢，受到阻力越大，表明脂肪量越多。 当然，复杂的人体是不能用上述简陋的模型描述的。因为生物电阻分析法本身就不是在数学物理定义上严格，而是由大量数据依据统计学规律发展而来。而正好该模型得到的阻抗指数和一些身体参数显着相关，所以我们认为这种方法是可行的。 最初，大多数研究的电流频率固定在50KHZ，现在则大多使用多频率电阻抗进行脂肪等身体成分的测量分析。 三、数据统计方法 选取若干不同性别、身高、体重、年龄、身体状况的人，由生物电阻法测出其阻抗指数，对以上变量和在实验室用排水法测得的体脂率的精确值做相关性分析。使用统计软件，用多元线性逐步回归分析方法，建立体脂含量的推算方程。
摘要 论文题目：基于m序列的生物电阻抗快速测量方法研究 摘要 生物电阻抗频谱（BIS）是指在生物组织中表现出的电阻抗特性(包含阻性和容性)随着加载电信号频率的改变而发生变化的特性。它是一种频域的测量方法，能够测得频域较宽的阻抗谱来研究生物组织的生理特征。生物电阻抗的测量要求创伤小或者无创伤、测量快速、精度高。本文选用了一种用电流源激励的无创伤的四电极法测量生物电阻抗的方法，设计了一套高速采集系统，对采集数据进行了算法处理，得出电阻抗值。全文主要包括以下几个部分： 1.本文首先研究和分析了m序列的性质。由于m序列的自相关函数接近于冲击函数、功率谱离散、抗干扰能力强、带宽调节方便、二值函数便于实现，所以伪随机信号m序列被选择为电流源激励模型，并用FPGA芯片实现。用m序列作为生物电阻抗模型的激励源时，可以通过求相关函数知道系统的冲击响应，方便求出阻抗谱。 2.为了实现快速测量，本文设计了一套基于FPGA+ARM的快速测量系统。系统以FPGA逻辑可编程芯片和STM32微处理器为核心，主要设计了电源模块、激励信号源模块、模数转换模块、数据缓存模块、FPGA前端控制模块和STM32后端控制模块。本系统实现了对m序列激励信号和响应信号的同步采样,完成了对实验数据的正确采集。 3.本文研究了一套基于快速相关算法和全相位FFT求阻抗值的算法，利用循环卷积与FFT之间的对应关系，通过序列补零加长的方法，设计FFT的快速求相关函数的检测算法，求取激励电流与响应电压信号之间的互相关，即被测阻抗的时域冲激响应。为了得到阻抗频谱值，采用全相位频谱分析方法，求取被测阻抗的频率响应，从而实现对电阻抗模型的多频率同步快速测量。 4.本文用电阻抗模型对构建的测量系统和研究的算法做测量实验，并对整个测量系统进行标定，分析测量结果的误差。 本文的研究实现了生物电阻抗多频率同步测量,为生物电阻抗快速测量研究提供了一种可行的方法。 关键词：m序列；生物电阻抗；同步采样；全相位 I
人体成分分析仪技术参数 测量方法：生物电阻抗测试法 生物电阻抗（BIA）： 阻抗(Z)，通过3种不同频率( 5kHz, 50kHz, 250kHz) 分别在6个节段部分(右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢、两脚间)进行18种阻抗测量 电抗(X) ：通过3种不同频率(5kHz, 50kHz, 250kHz)分别在6个节段部分(右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢、两脚间)进行18种电抗测量 电阻（R）：通过3种不同频率(5kHz, 50kHz, 250kHz)分别在6个节段部分(右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢、两脚间)进行18种电阻测量 测量系统：多频8-电极 测量频率：5 kHz /50 kHz /250 kHz 测量电流：90 μA或以下 综合测试结果，自动生成测试意见和建议，特别适合体检中心 测量部分：左上肢、右上肢、躯干、右下肢、左下肢 阻抗测量范围：75.0～1500.00Ω（0.1Ω单位） 体重测量系统：电阻应变式 体重最大称量：270kg 具有预置皮重功能。 体重最小刻度（最小显示值）：0～270 kg: 0.05 kg 脂肪率测量范围：1.0～75.0%（0.1% 单位） 体脂肪率判定标准分年龄段说明。 体型分析：九种体形判定,根据人体内脂肪率和肌肉量可提供九种身体类型评价； 软件配置：配置电脑后，只要是兼容Windows系统的打印机均可输出测试结果，由电脑向设备发送数据和指令，进行自动化操作。 兼容打印机：激光/喷墨打印机,普通打印机即可 测量速度：30秒钟的时间能完成全部测量，并立即得出各项测量值指标，并根据不同受试者的各项测试指标指数得出个性化的分析评定报告。 电源电压：220V AC （50Hz ∕60Hz） 额定功率：25W最大 测试时间：30秒 工作温度范围（储存温度范围）：5℃～35℃（-10℃～+60℃）
成品阻抗测试方法： 1、仪器设置： 网络分析仪：CENTER：200MHz SPAN：2MHz（视被测电缆的长度进行设定）MEAS：S12 或S21 FORMA T：Phase 直通校准 注意：校准完毕为一条数值为零的直线，SPAN更改不同的数值需要重新校准。 2、电容测量仪测试电容值。（数值现实稳定可以读取数值）。 3、相位差的测量： 网络分析仪连接被测电缆，显示相位值，按照以下方式进行读取数值： 打开菜单MARKER SERACH，target value设置为0，打开multi target search , 记录两个标记点的频率值（注意：选择红圈内数值最接近的标记点）。 如上图所示：应选择标记点1、2。 δf=(f m -f n )/m-n 4、按照特性阻抗的公式： 平均特性阻抗=1000/(δf*c) δf单位为MHz, C为测量的电容值：单位nf。 注意事项：1、测试频率差时被测电缆的接头状态必须和测试电容的接头状态保持一致。 2、target value设置为0，以避免产生误差。 3、保证校准状态有效。
相对传播速度的测量方法： 1：相对传播速度的定义：信号在介质中的传播速度与自由空间的传播速度之比。 2、仪器的设置： 网络分析仪进行测试： CENTER：200MHz SPAN：1MHz MEAS：S12 或S21 FORMA T：Group delay 直通校准 校准后为一条数值为零的直线。 3、连接被测电缆，打开Marker Factions ，将统计功能打开。读取平均值即为延迟时间t。 4、按照下列公式计算相对传播速度： V =L/(t?c) ?100% V：相对传播速度。L：电缆的实际长度（米）c=3.0?108米/秒 t ：延迟时间（秒）。 电缆相位及电长度测试及计算方法： 1、仪器的设置： 网络分析仪设置： CENTER：要求测试频点SPAN：10MHz（或者按照通知单要求设置起始终止频率）MEAS：S12 或S21 FORMA T：Extend Phase 直通校准 校准后为一条数值为零的直线。 2、连接被测电缆，读取要求频率点的数值。
555制造的行扫变压器短路测试仪 电视机中的行扫变压器在电视机中担负着十分重要的任务，由于它处在上万伏的高压下工作，经过一定时间的使用，常会发生高压击穿出现短路的情况。由手行扫变压器一般采用很细的导线绕制，并且被绝缘层密封，所以对它的测试十分麻烦。如果采用普通的线圈短路测试仪进行测量，由于仪器的工作电压和行扫变压器的实际工作电压相差甚远，因此不可能取得正确的测量结果。下面介绍的行扫变压器短路测试仪可以方便快捷地检测出它是否短路，大大加快电视机的检修速度，555制造的行扫变压器短路测试仪的组成如图2-118 所示。 电路工作原理分析555制造的行扫变压器短路测试仪电路的主要部分是一个由555 电路组成的脉冲振荡器，它的振荡频率与电视机中的行频频率相一致，约17kHz。脉冲振荡器以行输出变压器的线包作为它的高频负载，与被测行输州变压器组成升压电路，将脉冲电压升到约15kV ，也和电视机中的高压相同。这样，整个测试电路和它在电视中的实际工作环境基本相同，因此可以取得正确的测试结果。 555制造的行扫变压器短路测试仪电路中，大功率晶体管VT 为输出脉冲放大管，可采用电视机中的行输出管，整流二极管VD5 也应采用高耐压值的1N4007 ，电容C5 同样应采用耐压450V 的电解电容。测量时将万用表置于直流电压的最高挡位，接于C 、D 端，先用一只正常的同型号的行扫变压器测量，得出一个测量值并记下。然后将有故障的行扫变压器接人，再进行测量，将得出的测量电压值与正常值进行比较，若低于正常值的90% ，则说明该行扫变压器的高压包内有短路。 简单的线圈匝间短路测试器 使用555集成定时器。加少量的外围元件，可做成简单、实用的线圈匝间短路测试器。利用它能简单、准确地测定行输出变压器、开关变压器、行推动变压器和偏转组件的线圈是否存在匝间短路。 一、电路结构 555电路是一块功能强大，使用灵活，应用广泛的集成电路。采用8脚双列直插结构。在3～18V内均可正常工作。 用555电路制作的线圈匝间短路测试器的电原理图如附图所示。555电路与外接元件构成多谐振荡器。方波脉中由③脚经C5耦合输出。 测试器可安装在一个体积为65×50×40mm。的直流电源塑料盒中。体积小巧。使用方便。交流电压表用电冰箱延时稳压器上常用的微形交流电压表改装而成：改装时分别刮去原字面上100、200、300三个数字最后面的一个0。将原来的整流二极管1N4007换成高频整流二极管。接入已知的30V、50Hz的交流电压。适当减小并调整原分压电阻的大小，使指针指在30V刻度线上即可。 图1中的定时电容C3和输出耦合电容C5要选用高频特性好的高频瓷片电容或薄膜电容。输出端J1、J2接两根带鳄鱼夹的软导线。
E5071C网分仪关于TDR与阻抗测试的使用说明 设备清单: 1、E5071C 网分阻抗机 2、双阴头3个 3、负载(50Ω) 1个 一、正常网分阻抗机测试界面 如开机后没有进入正常的网分阻抗机测试界面, 则此时网分阻抗机处于频域测试模式,点击屏幕右边的软按钮“Analysis”。
在“Analysis”菜单中,将“TDR“功能打开－On 将提示就是否重启以改变改变网分阻抗机的状态,选择“Yes”随后将进入正常的阻抗测试界面/设置向导界面
随后将进入正常的阻抗测试界面/设置向导界面 双击红色窗口区域,则可进入TDR主测试界面进行测试
二、测试/调整曲线 进入TDR主测试界面后,阻抗曲线如图所示,我们按住鼠标左键拖拉图示画出方框,有“Zoom”菜单显示,点击该Zoom菜单。 点击Zoom按钮后可以瞧到阻抗曲线如下图: 点击Zoom按钮后可以瞧到放大后的阻抗曲线 :
可以点击“TDR/TDT”进入波形的调整 点击圆形按钮上的左右三角形进行校准面的左右移动 点击圆形按钮上的上下三角形进行阻抗曲线的上下移动 点击圆形按钮上的缩放图标进行阻抗曲线的水平方向(Horizontal)的缩小放大 (可以将阻抗曲线调整,使其合适显示窗口) 点击圆形按钮上的缩放图标进行阻抗曲线的垂直方向(Vertical )的缩小/放大 (可以将阻抗曲线更平滑/崎岖地显示,但并不改变真实的阻抗值) 三、显示测试结果 1、显示平均值 2、显示最大/最小值 3、显示每点阻抗值
4、显示平均值 先点击Setup ,再点击Basic Mode按钮 先点击Setup ,再点击Basic Mode按钮 弹出对话框,选Yes
生物电阻抗法(BIA)测量学生人体成分的应用性研究(二) 青少年学生的体质健康关乎国家和民族的发展与未来。在当前青少年学生体质健康水平持续下降的状况下，加强对青少年学生体质健康的监测与研究不但重要而且十分迫切。 身体成分是指组成人体的各个组织、器官的总成分。根据生理作用的不同，人体可以分为体脂和瘦体重。在医学临床与基础研究中，测量人体成分具有重要的价值。通过测量，可以确定人体成分的正常值范围，可以评价生长发育、成熟以及老化的进程，有助于对营养状况进行评定以及对患病风险进行评估等［1］。 人体成分比例，可以反映骨骼肌质量、脂肪质量、体脂率、腰臀比、营养状况、体液平衡状况，提供人体正常值范围，评价生长发育等。但在现行学生体质健康监测项目中，全面的人体成分测试在绝大多数学校是空白，现行学生身体形态测试项目只是反映学生的身高体重指数，不能全面、直观地反映例如骨骼肌质量、脂肪质量、体脂率、腰臀比以及营养评估等，因此，分析研究适合于学校的操作便捷、测试内容丰富、体现数据精确，并能在学生人体成分测试广泛运用的测试方法，进而为学生开具针对性的运动处方，具有重要的现实意义，目的在于增强学生对体质健康的认识，提高学生进行体育锻炼的质量，促进学生体质的全面提高。
一、生物电阻抗法（BIA）研究综述 有关调查总体表明，我国学生的体质健康状况是在下降的。还有很多学者对于不同学校的学生进行了体质研究，但是结果却不尽相似，有学者的研究结果显示学生的正常体重的人数占总人数的40%都不到，有学者研究显示，学生总体偏瘦。排除地域营养状况的差异，一个统一的、准确的测量方法才能将各种因素的影响降到最低。因此，一种可靠、精确、简便的测量身体成分方法，对于正确全面了解学生的体质，制定正确的训导方法，提高学生体质，具有重大的影响。 通过文献资料法和专家咨询法研究分析，生物电阻抗法在现代医学中已得到广泛的研究和使用，它能监测到人体中各种成分的比例，国外研究较多，国内研究局限在临床医生、医学院校和医疗研究单位。文献研究大致分为两类，第一类为生物电阻抗技术和原理的研究，主要有撖涛等的“人体成分分析仪设计――生物电阻抗原理的一种实现”、侯曼等的“应用生物电阻抗法测定人体体成分的研究进展”、黄海滨等的“生物电阻抗分析法（BIA）测量人体成分”、贺杰等的“生物电阻抗技术在运动人体科学中的应用”、刘群等的“生物电阻抗分析与人体体成分测量”、谢旭东的“生物电阻抗法测量人体成分的研究”等；第二类为人体成分测试结果的研究分析，主要有于康等的“成人体重指数和总体脂肪与血脂异常的相关性”、胡琴静等的“2型糖尿病患者人体成分测定分析”、曾强等的“生物电阻抗技术分析人
交流阻抗怎么测量 交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来,交流阻抗的测试精度越来越高，超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 （1）交流阻抗：交流阻抗即阻抗，在电子学中，是指电子部件对交流激励信号呈现出的电阻和电抗的复合特性;在电化学中，是指电极系统对所施加的交流激励信号呈现出的电阻和电抗的复合特性。阻抗模的单位为欧姆，阻抗辐角(相角）的单位为弧度或度。 （2）交流阻抗谱：在测量阻抗的过程中，如果不断地改变交流激励信号的频率，则可测得随频率而变化的一系列阻抗数据。这种随频率而变的阻抗数据的集合被称为阻抗频率谱或阻抗谱。阻抗谱是频率的复函数，可用幅频特性和相频特性的组合来表示;也可在复平面上以频率为参变量将阻抗的实部和虚部展示出来。测量频率范围越宽，所能获得的阻抗谱信息越完整。RST5200电化学工作站的频率范围为：0.00001Hz～1MHz，可以很好地完成阻抗谱的测量。 （3）电化学阻抗谱：电化学阻抗谱是一种电化学测试方法，采用的技术是小信号交流稳态测量法。对于电化学电极体系中的溶液电阻、双电层电容以及法拉第电阻等参量，用电化学阻抗谱方法可以很精确地测定;而用电流阶跃、电位阶跃等暂态方法测定，则精度要低一些。另外，像扩散传质过程等需要用较长时间才能测定的特性，用暂态法是无法实现的，而这却是电化学阻抗谱的长项。 （4）电化学阻抗谱测量的特殊性：就测量原理而言，在电化学中测量电极体系的阻抗谱与在电子学中测量电子部件的阻抗谱并没有本质区别。通常，我们希望获得电极体系处于某一状态时的电化学阻抗谱。而维持电极体系的状态，须使电极电位保持不变。通常认为，电极电位变化50mV以上将会破坏现有的状态。因此，在电化学阻抗谱测量中，必须注意两个关键点，即：偏置电位和正弦交流信号幅度。 （5）正弦交流信号的幅度：为了避免对电化学电极体系产生大的影响以及希望其具有较好的线性响应，正弦交流信号的幅度通常可设在2～20mV之间。 （6）自动去偏：在电化学阻抗谱测量过程中，由于偏置电位不一定等于开路电位以及少量的非线性作用，在工作电极电流中还会含有直流成分。去除这个直流成分(偏流），可扩大交流信号的动态范围、提高信噪比。RST5200电化学工作站，可在测量过程中动态地调整去偏电流，使获得的阻抗谱数据更精准。另外，在软件界面的状态栏中，可实时显示工作电极的极化电流，供操作者参考。 以上为交流阻抗的相关说明，下面我们就实验设置过程中遇到的专业名词
Agilent LCR表、阻抗分析仪和测试夹具选购指南 元器件和材料测试解决方案
适应您各种应用的具有成本效益的测试解决方案 无论您的应用是在研究开发、生产制造、质量保 证、还是来料检验方面，Agilent科技都可以向您提供正 确的阻抗测试解决方案。Agilent科技备有完整的系列 阻抗测试设备和测试附件来帮助您高效率地完成测试任 务，当您决定从Agilent购买一台阻抗测试仪表时，您 将得到的不仅仅是精确和可靠的测试结果，我们还向您 提供: 完整的解决方案: Agilent的阻抗分析仪产品系列的 频率覆盖范围从20 Hz到3 GHz，从而为您的应用提供 最为广泛的选择范围。此外，还有一些第三方合作伙伴 可以向您提供专门和Agilent仪器配合使用满足特殊测 试要求的辅助产品。这份资料将对您可以选择的各种阻 抗测试产品和附件做一个概括性的描述。 广泛而深刻的知识: Agilent在提供阻抗测试解决方 案方面有几十年的经验，多年的经验和持续不断的技术 创新已经融合到每种LCR表和阻抗测试仪的设计和生 产制造过程当中。Agilent还有一系列的技术出版物，对 您各种不同的测试应用提供技术协助 (在第15页我们列 出了所有这些出版物的清单)。 快捷方便的服务: 任何时候，只要您有阻抗测试的 需求，您都可以方便地从Agilent公司获得快捷的帮 助。Agilent可以向您提供三种类型的阻抗测试解决方案，如表1所示，您只要联系到Agilent训练有素的技术支持工程师，便可以在他们的帮助下找出正确的解决方案。图1. 阻抗测试技术比较 应用范围广泛的先进测试技术 图1是Agilent的LCR表和阻抗分析仪所使用的不同测试技术的比较，正如您所看到的那样，每一种技术都有其特别的测试优: 自动平衡桥法的阻抗测试范围最宽，典型的测试频率在20 Hz到110 MHz之间，这项技术比较适用于低频和通用的测试。 阻 抗 测 量 范 围 ( 欧 姆 ) 测量频率范围(Hz) 在10%的精度范围内, Agilent阻抗测试技术的比较 自动平衡桥法 I-V方法 射频 I-V方法 网络分析方法 表1. 阻抗测试产品类型 2
NT3000扫频短路阻抗法变压器绕组变形测试仪 产品说明书 国电南京自动化股份有限公司
一、系统简介 电力变压器作为重要的电气设备，其安全可靠运行对电力系统极为重要。对变压器进行绕组变形测试，已经成为变压器在受到短路电流冲击后重要的测试项目。国内应用较广泛的主要采用以下两种方法：一是频率响应分析法（简称频响法）；二是低电压短路阻抗法。 频响法是利用精确的扫频测量技术，对被试绕组施加lkHz ～1MHz 的低压扫频信号（<10Vp-p ），测量绕组的频率响应特性曲线。如果绕组发生了机械变形现象，等值网络中的分布参数随之变化，其幅频特征曲线的谐振点就会发生变化。 短路阻抗法现场应用时，通常在变压器的高压绕组侧加工频的低电压，低压绕组侧短路，测量工频时变压器的短路阻抗。短路阻抗值主要是漏电抗分量，由绕组的几何尺寸所决定，变压器绕组结构状态的改变势必引起变压器漏电抗的变化，从而引起变压器短路阻抗数值的改变。 频响法和短路阻抗法在变压器绕组变形测试已经有了成功的应用经验，并取得一定的效果，相关的标准也已经颁布。但是，两种方法都各有优缺点，对不同类型的变形敏感程度不同。在实际应用中也发现，某些变形在频响法中有反映但在低电压短路阻抗中没有反映，相反的情况也存在。但许多变形在两种方法中都有反映，因此同时利用两种方法，可以有效减少误判。为此，一般要利用两台仪器进行两次测试，更换两次接线，极为耗时耗力，给现场测试工作带来了很大不便。另外也存在两种方法都无法判定变形程度的情况。 NT3000绕组变形测试仪，一次测试可以同时获得全频段的短路阻抗曲线和频响曲线，使新型测试设备兼顾传统的扫频法测试系统和低电压短路阻抗仪的优点，同时通过对短路阻抗频率曲线数据的进一步分析、处理，能够更灵敏地检测电力变压器绕组变形情况，使现场工作人员更容易判断变形的情况，为分析判断绕组的工作状态提供了一种更有效新的手段。二、扫频短路阻抗法测试原理 扫频短路阻抗法结合频响法和短路阻抗法测试技术的优点，在测试原理和分析方法上实现突破，测试时实现一次测量可以同时取得变压器绕组的短路阻抗-频率特征曲线和频响特性曲线。采用该测试方法，可获得50Hz 下的变压器短路阻抗值，与铭牌值进行比较，参照低电压短路电抗法进行判断；同时中高频段的测试曲线与以前的频响法曲线可以相比较，可以参照频响法进行判断，同时又可以利用阻抗－频率特征曲线、电阻－频率特征曲线、电抗－频率特征曲线等进一步进行判断。 电力变压器
电阻抗法血液分析仪检测原理 电阻抗 电阻抗法血液分析仪检测原理 2009-8-7 9:52 【大中小】电阻抗法血细胞计数原理又名库尔特原理。 1. 红细胞检测原理：将等渗电解质溶液稀释的细胞悬液置入不导电的容器红细胞检测原 理中，将小孔管（也称传感器）插进细胞悬液中。小孔管内充满电解质溶液，并有一个内电极，小孔管的外侧细胞悬液中有一个外电极。当接通电源后，位于小孔管两侧电极产生稳定电流，稀释细胞悬液从小孔管外侧通过小孔管壁上宝石小孔（直径 <100um，厚度约75um）向小孔管内部流动，使小孔感应区内电阻增高，引起瞬间电压变化形成脉冲信号，脉冲振幅越高，细胞体积越大，脉冲数量越多，细胞数量越多，由此得出血液中血细胞数量和体积值。 三分类血球分析仪工作原理示意图 2. 白细胞分类计数原理根据电阻抗法原理，经溶血剂处理的、脱水的、不同体积的白细胞通过小孔时，脉冲大小不同，将体积为35～450fl 白细胞，分为256 个通道，其中，淋巴细胞为单个核细胞、颗粒少、细胞小，位于35～90fl 的小细胞区，粒细胞（中性粒细胞）的核分多叶、颗粒多、胞体大，位于160fl 以上的大细胞区，单核细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、原始细胞、幼稚细胞等，位于90～160fl 的单个核细胞区，又称为中间型细胞。仪器根据各亚群占总体的比例，计算出各亚群细胞的百分率，医学教育网整理并同时计算各亚群细胞的绝对值，显示白细胞体积分布直方图。 3.血红蛋白测定原理当稀释血液中加入溶血剂后，红细胞溶解并释放出血红蛋白，血红蛋白与溶血剂中的某些成分结合形成一种血红蛋白衍生物，在特定波长（530～550nm）下比色，吸光度变化与稀释液中Hb 含量成正比，最终显示Hb 浓度。不同类型血液分析仪，溶血剂配方不同，所形成血红蛋白衍生物不同，吸收光谱不同，如含氰化钾的溶血剂，与血红蛋白医学教育网整理作用后形成氰化血红蛋白，其最大吸收峰接近540nm。
一种基于生物电阻抗原理的人体成分测试装置的研制 作者：祁朋祥，马祖长，孙怡宁，刘世法作者单位：(1.安徽省仿生感知与先进机器人技术重点实验室，中国科学院合肥智能机械研究所，合肥230031;2.中国科学技术大学自动化系，合肥230027) 【摘要】人体内各种成分之间的合理比例是维持人体健康的重要因素。与同位素稀释法、总体钾法、双能X线吸收法(DXA)以及皮褶厚度法等方法相比，生物电阻抗法测量人体成分简单、快速和准确，是体成分测量的理想手段。我们介绍了基于生物电阻抗测量技术的体成分测量原理，并以此为指导设计了一种体成分测试仪。该仪器测试数据重复性高，与同类仪器的对比实验验证了其准确性。 【关键词】生物电阻抗法;人体成分;人体健康;生物电阻抗测量技术;体成分测量仪 The Development of a Body Composition Test Device based on Bioelectrical ImpedanceQI Pengxiang1,2,MA Zuchang1, SUN Yining1,LIU Shifa1,2 (1.The Key Laboratory of Biomimetic Sensing and Advanced Robot Technology, Anhui Province, Institute of Intelligence Machines, Chinese Academy of Science, Hefei 230031，China; 2.Dept of Auto，University of Science and Technology of China, Hefei 230027) Abstract：A reasonable ratio between various compositions of the human body is an important factor to make people keep health. Compared with the methods such as isotope dilution, total body potassium, Dual-energy X-ray absorption and skinfold thickness, bioelectrical impedance analyses is simple, fast and accurate. It is an ideal means to measure body composition. In this paper, based on bioelectrical impedance measurement technique, the principium of human body composition test was introduced. Guided by this, a type of human body composition tester was developed. The repeatability of the data measured by this equipment is very high. Comparisons with similar experimental devices have verified the accuracy of the equipment developed by this paper. Key words：Bioelectrical impedance; Body composition; Body health; Bioelectrical impedance measurement technique ; Body composition tester 1 引言 随着社会的进步和生活水平的提高，人们越来越注重自身的健康状况。人体内各种成分维持合理的比例是保持身体健康的重要条件，例如，体内脂肪增加到一定量将导致肥胖症等疾病的发生，矿物质的大量流失将导致骨质疏松症，而肾脏功能性减弱将导致体内水分平衡
目录 一、方案论证与比较 (2 1.1 信号源选择部分方案论证 (2 1.2信号源调理部分方案论证 (3 1. 2.1 有源低通滤波 (3 1.2.2放大电路 (3 1.3I/V变换电路模块方案论证 (3 1.4阻抗模测量模块方案论证 (4 1.5阻抗角测量部分方案论证 (4 1.6综合控制部分方案论证 (5 二、分析计算 (5 2.1阻抗模 (5 2.2阻抗角 (6 2.3谐振点 (6 2.4被测网络结构的判断和计算 (6 2.4.1 元件类型判断 (6 2.4.2 元件串、并联判断 (6 2.4.3 元件参数的计算 (7 三、系统设计 (7
3.1总体设计框图 (7 3.2单元电路设计 (8 3.2.1 DDS产生信号源电路设计 (8 3.2.2 信号源滤波及放大电路设计 (9 3.2.3 I/V转化电路设计 (9 3.2.4峰值检波模块电路设计 (9 3.2.5比较器电路设计 (10 3.2.6电源电路设计 (10 3.2.7 MSP430和CPLD电路设计 (11 四、软件系统流程图 (12 五、系统测试 (13 5.1测试原理与方法 (15 5.2使用仪器 (16 5.3测试数据结果 (16 5.4数据误差分析 (17 5.5总结 (18 六、参考文献 (18 网络阻抗测试仪
摘要:本方案采用MSP430单片机作为主控。利用DDS芯片AD9851、运放电路、矩阵键盘,设计了一个输出幅度2V±0.1V(Vpp、频率1kHz~200kHz、可步进显示的正弦信号作为标准输入信号,设定固定频率或扫频信号输入到被测未知R、L、C网络,经过I-V转换电路后,通过有效值转换芯片AD637和24位高精度A/D 转换芯片测量输出电压值,换算阻抗。阻抗角的测量是将原输入信号和经由被测网络后输出的一组测量信号分别经过由TL3016构建成的具有迟滞特性的过零比较器整形为方波,通过可编程逻辑器件(CPLD对方波信号进行滤波、测算相位差,单片机读取CPLD相位差信息计算得到阻抗角。利用相位的大小判断元件的种类,分别利用DDS的低频和高频信号判断串并联网络结构,由阻抗和电路结构进一步计算元件具体数值。 关键字:阻抗测量;AD7799;TL3016;RLC网络;MSP430 一、方案论证与比较 1.1 信号源选择部分方案论证 阻抗参数测量在传感器、仪器仪表以及印刷电路分布参数分析等技术领域中占据非常重要的地位,目前阻抗测量技术已经从电桥法、谐振法等传统方法发展到矢量伏安法等现代数字测量技术。然而现有的数字化阻抗测量方法都要求激励信号是低失真度的正弦信号,而频率高的低失真度正弦信号很难获得,这限制了测量精度的提高和测量范围的扩大。可见,获得低失真度、高精度、稳定的标准信号源是这个系统的核心,它的成功与否,将直接影响到整个系统的性能。 方案一:利用模拟分立元件(如RC、LC网络产生振荡信号 利用成熟的三点式晶体管振荡电路,可以通过改变电阻,电感,电容元件的参数,来改变正弦振荡的频率。这种电路的特点是频率稳定性较好,并且很容易起振,电路简单。但是如果要实现题目中要求的1KHz至200KHz那么宽的频率范围,很难做到,或者实现起来系统体积太大,功耗很高,容易产生杂波,不易精确调节振荡频率。 方案二:利用压控振荡器VCO产生振荡信号