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交流信号怎么测?

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arm菜鸟人|  楼主 | 2013-12-15 18:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
一个恒定的电流 有效值为1.05mA,即 I(t) = 1.48 sin 100πt
通过一个未知电阻,电阻范围是 1mΩ - 2kΩ,电阻两端的电压信号怎么测量,只需要测出最大值,或者有效值。
在大范围电阻电压比较高了,不需要放大器,加了放大器也可能失真。
而小范围比如<10Ω 电压很小,用AD测得话很不准。
有什么好办法让它自适应。

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arm菜鸟人|  楼主 | 2013-12-15 19:05 | 显示全部楼层
简单的示意图,如果AD是单极性怎木办?
AD需要使用双极性吗?

示意图

示意图

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arm菜鸟人|  楼主 | 2013-12-15 19:19 | 显示全部楼层
http://bbs.21ic.com/forum.php?mo ... ;pre_pos=3&ext=

是这样吗:
V rms = ((V1^2 + V2^2 + ... + Vn^2)/ n)^(1/2)
Vi为一个周期采样的值 如果是 50 Hz 则T = 0.02s
在 20 ms 内采集64个点?

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arm菜鸟人|  楼主 | 2013-12-15 19:27 | 显示全部楼层
或者 一个周期内 采集 N 点,最大的当作 Vmax

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DianGongN| | 2013-12-15 19:48 | 显示全部楼层
本帖最后由 DianGongN 于 2013-12-15 19:49 编辑

如果是纯正弦波的话,测量峰峰值最简单。你的频率才50hz,峰峰值容易测得到。

1.05mA,1mΩ - 2kΩ,对应峰峰值2.97uV- 5.94V,需要多量程。
要用低噪声运算放大器比如AD797或LT1128等,不然2.97uV会被噪声淹没。放大器强调的是低噪声,Vos和Input bias current都不重要,因为每一项参数都优秀的运放是不存在的。

当然,放大出来的是双极性的,用双极性ADC最简单了,程序取峰峰值即可,就是ADC的最大值减去最小值。用峰峰值的好处是,运放的Vos,Input bias current不影响测量结果,因为这两个是直流信号。
用有效值也可以,计算复杂一点,精度会好一点。

如果用单极性ADC,必须加直流偏移,因为你的量程大,偏移量必须是变化的。

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DianGongN| | 2013-12-15 19:58 | 显示全部楼层
本帖最后由 DianGongN 于 2013-12-15 20:00 编辑
arm菜鸟人 发表于 2013-12-15 19:19
http://bbs.21ic.com/forum.php?mod=viewthread&tid=458980&reltid=659696&pre_pos=3&ext=

是这样吗:


主要的问题是,Vi不一定是正弦波的瞬时值,在低量程时偏差尤其大。
如果有理想放大器,你的公式正确。

你只能用低噪声放大器,解决主要矛盾,但Vos和input bias current就比较大,
Vi就是 (正弦波的瞬时值)+(Vos和Ib形成的直流误差)。

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DianGongN| | 2013-12-15 20:05 | 显示全部楼层
本帖最后由 DianGongN 于 2013-12-15 20:10 编辑
arm菜鸟人 发表于 2013-12-15 19:19
http://bbs.21ic.com/forum.php?mod=viewthread&tid=458980&reltid=659696&pre_pos=3&ext=

是这样吗:


正弦波的瞬时值Vsin = ADC的瞬时值-(N个周期的ADC平均值)
用Vsin来计算有效值才准确。

如果1个周期采样64点,N取10就是640点,绝不能用639点或641点求平均值!
这个平均值 就是含有直流误差的正弦波的中心线,相当于正弦波的零点。
这个零点可能不是0V。

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arm菜鸟人|  楼主 | 2013-12-15 20:33 | 显示全部楼层
DianGongN 发表于 2013-12-15 20:05
正弦波的瞬时值Vsin = ADC的瞬时值-(N个周期的ADC平均值)
用Vsin来计算有效值才准确。

这个时序怎么对应呢?
还是我采集 N 个周期后求出零点的移动,然后用这个漂移来补偿ADC采样值?
比如采集了一系列AD值 Vni: n∈[1,N] ; 1<= i <= 64
V11,V12,...,V164; V21,...V264; Vni...; V101, ..., V1064
ΔV = 上面的平均
修正后的值为:
上面各值减去 ΔV?
是这样理解吗?

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arm菜鸟人|  楼主 | 2013-12-15 20:35 | 显示全部楼层
DianGongN 发表于 2013-12-15 20:05
正弦波的瞬时值Vsin = ADC的瞬时值-(N个周期的ADC平均值)
用Vsin来计算有效值才准确。

那么,我怎样实现 一个周期内采集64个点?
定时开启AD?
用单片机来实现,时间消耗会不会较大?

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arm菜鸟人|  楼主 | 2013-12-15 20:38 | 显示全部楼层
使用 LTC1966 将正弦信号转换成 RMS 怎么样?

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DianGongN| | 2013-12-15 21:42 | 显示全部楼层
arm菜鸟人 发表于 2013-12-15 20:33
这个时序怎么对应呢?
还是我采集 N 个周期后求出零点的移动,然后用这个漂移来补偿ADC采样值?
比如采集 ...

对哦

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DianGongN| | 2013-12-15 21:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 DianGongN 于 2013-12-15 21:55 编辑
arm菜鸟人 发表于 2013-12-15 20:35
那么,我怎样实现 一个周期内采集64个点?
定时开启AD?
用单片机来实现,时间消耗会不会较大? ...

定时开启AD可以得。

消耗时间不算大。
只是,每次64个点要和正弦波的相位锁定,比如第1点对应0度,第2点对应5.625度,第3点对应11.25......
如果正弦波是cpu控制的比较好办,否则有难度。

相位不锁定,就会出现差频误差。

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DianGongN| | 2013-12-15 21:56 | 显示全部楼层
arm菜鸟人 发表于 2013-12-15 20:38
使用 LTC1966 将正弦信号转换成 RMS 怎么样?

可以噢

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DianGongN| | 2013-12-15 22:10 | 显示全部楼层
本帖最后由 DianGongN 于 2013-12-15 22:13 编辑

LZ如果是为了测量1mΩ - 2kΩ直流电阻,可以用常规的方法。不用正弦波,用单极性脉冲电流,更简单的使用单极性脉冲电压串精密电阻,因为电压源好实现。
一般的低电阻测量仪就是这个原理。
不同量程的激励电流不同,比如1mΩ-9.99mΩ量程可以用1A单极性脉冲电流,则最小电压1mV,而且单极性,处理方便,精度高。
ADC必须采样2次,加脉冲之前采一次,作为零点电压Vz; 加脉冲之后撤销脉冲之前采样电压Vs。Vr=Vs-Vz是电阻上的真实压降。电路的偏差会消除。

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黄小俊| | 2013-12-15 22:25 | 显示全部楼层
路过学习了

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arm菜鸟人|  楼主 | 2013-12-16 09:02 | 显示全部楼层
DianGongN 发表于 2013-12-15 22:10
LZ如果是为了测量1mΩ - 2kΩ直流电阻,可以用常规的方法。不用正弦波,用单极性脉冲电流,更简单的使用单 ...

嗯,赞!很清楚,不过被测电阻(阻抗)不能使用直流测量。

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arm菜鸟人|  楼主 | 2013-12-16 09:02 | 显示全部楼层
DianGongN 发表于 2013-12-15 22:10
LZ如果是为了测量1mΩ - 2kΩ直流电阻,可以用常规的方法。不用正弦波,用单极性脉冲电流,更简单的使用单 ...

嗯,赞!很清楚,不过被测电阻(阻抗)不能使用直流测量。

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DianGongN| | 2013-12-16 09:37 | 显示全部楼层
本帖最后由 DianGongN 于 2013-12-16 09:49 编辑
arm菜鸟人 发表于 2013-12-16 09:02
嗯,赞!很清楚,不过被测电阻(阻抗)不能使用直流测量。

是的,严格来说测量阻抗必须用正弦波,因为阻抗值和频率有关,LCR仪就是采用正弦波。
对于50HZ低频情况下的阻抗测量,测出的阻抗,它的实部(即直流电阻)和脉冲法的结果,误差可以忽略,这个误差是由于趋肤效应引起。对于铜导线,50HZ的趋肤深度约9mm。就是说直径18mm以下的导线,误差可以忽略。当然,前提是脉冲时间尽量长,比被测阻抗的时间常数大于10倍即可。

如果一定要测50hz的阻抗,那就包含电阻(实部)和电抗(虚部)两部分。必须用LCR仪的算法,即三角法。
比如测量工频变压器的线圈电阻,需要用三角法计算,LZ的方法只能测出总的阻抗的模 (即阻抗的幅值),无法测出相角,无法测出电阻。

LZ用LCR仪测一下工频变压器的线圈电阻,选择RL串联模式,分别用50HZ和20HZ,电阻(实部)几乎一样。

上面的分析是想说明在精度满足的条件下, 用最简单的方法实现。
仅供参考,呵呵!

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arm菜鸟人|  楼主 | 2013-12-16 11:50 | 显示全部楼层
DianGongN 发表于 2013-12-16 09:37
是的,严格来说测量阻抗必须用正弦波,因为阻抗值和频率有关,LCR仪就是采用正弦波。
对于50HZ低频情况下 ...

非常感谢你的分析。
由于被测电阻不能通直流与高频电流激励信号。50-100 Hz为佳。
我目前还不打算考虑复阻抗模型,只需测量到电阻值(模?)

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DianGongN| | 2013-12-16 12:12 | 显示全部楼层
arm菜鸟人 发表于 2013-12-16 11:50
非常感谢你的分析。
由于被测电阻不能通直流与高频电流激励信号。50-100 Hz为佳。
我目前还不打算考虑复 ...

模不是电阻值。阻抗的实部才是电阻值。
严格来讲,你现在的算法测不出来电阻值。

如果电抗成分很小,可以忽略,模和电阻值很接近。用现在的算法就行了。
电抗成分是不是可以忽略,请用LCR仪测试。
如果测试对象不是线圈,也不是电容式的多极板结构,可以认为电抗成分很小,现在的算法可用。

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