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dontium 2015-4-28 10:36 楼主

如何精确采集复阻抗的测试数据？

进行设计时工程师必须满足或超过仪器仪表和测量设备的设计目标。在设计过程中，针对测试和测量方法与方案使用精确而适当的仪器仪表尤为重要。为了更好地帮助设计工程师，本文将讨论进行精确数据采集时所面临的难题——特别是在复阻抗测量系统中。

　　阻抗测量是一项困难的信号处理工作，并且在很多传感器和诊断类应用中正变得越来越重要，比如医学样本分析、生物医学组织的电阻率/传导性、液体环境分析以及传感器接口。阻抗转换工作习惯上采用分立式解决方案完成，但通常需要具备高级模拟设计技巧，以便提取未知阻抗的频率响应信号，如图1所示。

图1. ADI AD5933与AFE相配合，用于测量凝血测量系统中的地基准阻抗

分析复阻抗测量时，可能会遇到下列难题：

如何以DDS输出频率为基础，控制ADC采样频率（窗口采样与相干采样）
如何管理元件选择
开发软件以控制DDS
确定FFT需要的软件
如何计算误差预算
确定温度效应

　　为了测量液体的电导率或阻抗必须将探针插入液体中。您不仅可以测量液体的电阻，还能测量可能是由于液体中的金属物质所导致的任何容性效应。为了在校准和未知阻抗间切换，可以使用外部CMOS开关。

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Re: 工程师经验：如何精确采集复阻抗的测试数据？
[size=0.9em][size=1.1em]ADI_Amy 2015-4-14 上午10:53 （回复 ADI_Amy）
AD5933——1 MSPS、12位阻抗转换器网络分析仪
AD5933是一款高精度的阻抗转换器系统解决方案，片上集成频率发生器与12位、1 MSPS的模数转换器(ADC)。用频率发生器产生的信号来激励外部复阻抗，外部阻抗的响应信号由片上ADC进行采样，然后由片上DSP进行离散傅里叶变换(DFT)处理。DFT算法在每个频率上返回一个实部(R)数据字和一个虚部(I)数据字。

校准之后，很容易算出各扫描频率点的阻抗幅度和相对相位。计算是利用实部和虚部寄存器内容在片外完成，寄存器内容可以从串行I2C接口读取。

ADI公司还提供一款类似器件AD5934，它是一款2.7 V至5.5 V、250 kSPS、12位阻抗转换器，内置温度传感器，并采用16引脚SSOP封装。

应用
- 电化学分析
- 生物电阻抗分析
- 阻抗频谱分析
- 复阻抗测量
- 腐蚀监控和保护设备
- 生物医学和汽车传感器
- 生物电阻抗分析
- 近程传感
- 无损检测
- 材料性质分析
- 燃料/电池状态监控

优势和特点
- 可编程输出峰峰值激励电压，输出频率最高达100 kHz
- 可编程频率扫描功能和串行I2C®接口
- 频率分辨率：27位(<0.1 Hz)
- 阻抗测量范围：1 kΩ至10 MΩ
- 利用附加电路可测量100 Ω至1 kΩ阻抗
- 内部温度传感器(±2°C)
- 内部系统时钟选项
领域
- 汽车应用
- 传动系、车身和底盘
下载中文数据手册请点击：http://www.analog.com/static/imported-files/zh/data_sheets/AD5933_cn.pdf
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Re: 工程师经验：如何精确采集复阻抗的测试数据？
[size=0.9em][size=1.1em]ADI_Amy 2015-4-14 上午10:58 （回复 ADI_Amy）
相关参考设计推荐——基于AD5933的复阻抗测量仪

目前，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。
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，由于测试设备所处的系统环境多样、且不确定，所以需要考虑在测试设备与主机之间加入隔离器件。
2、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。
3、考虑到被测阻抗网络可能较为复杂，不能简单用阻性模型分析，而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。
4、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率和幅度
• 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

另外，ADI提供的复阻抗测量仪，为配合硬件系统测量和演示，提供了一个专门用于测量演示的阻抗分析软件，具有人性化的图形用户界面，以便用户准确而快捷地分析观察被测阻抗的变化。

点击链接下载完整文档及资源：http://form.analogdevices.com.cn/adi_apm/download.php?d=20120829

完整资料包含以下内容：
1. 完整版用户手册
2. 阻抗分析系统软件
3. MCU固件文件
4. 硬件原理图及PCB板图及geber文件
5.其他相关工具:ARMWSD- ADuC7xxx系列的串行端口下载器

系统框图
•  阻抗测量系统由USB接口供电
•  系统采用隔离电源和USB隔离器
•  测量阻抗范围1K Ω ~10M Ω
•  低频激励可达10Hz

原理框图

•  内部DDS产生激励电压信号
•  用户可以调节激励信号的频率和幅度
•  也可以单频点测量
•  内部ADC对响应信号进行采样
•  在对应频点进行DFT
•  手动校准
•  内部集成DSP的单片解决方案
•  输出每个频点的DFT实部和虚部数据
•  简单的片外数据处理即可计算出阻抗的幅度和相位

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沙发 sdsdfgdsgsd

•  内部集成DSP的单片解决方案
•  输出每个频点的DFT实部和虚部数据
•  简单的片外数据处理即可计算出阻抗的幅度和相位

点赞 2015-5-27 13:24

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沙发 sdsdfgdsgsd

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