高精度可调合成电阻、基于该合成电阻的自动测试系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高精度电阻的开发与设计领域。
【背景技术】
[0002]高精度合成电阻的作用是通过数控获得高精度电阻，其主要应用于电阻类传感器的测试电路或仪表的自动校准。高精度合成电阻的自动测试系统能够自动测试合成电阻的各项参数，还能够更加方便的完成合成电阻的自检。
[0003]现有的高精度合成电阻多数采用运算放大器和数模转换器实现合成电阻，再通过编程得到输入电压及电流的比值，即可获得可编程的线性电阻。但是采用这种方式搭建的合成电阻在搭建过程中非常复杂，而且当数模转换器的参考电压较小时，合成电阻精度也不高。因此研发一个具有高精度的合成电阻是十分必要的。而现有合成电阻的测试系统多采用高精度数字万用表，是通过手动方法实现的。但是手动测量繁琐复杂，且由于环境因素使得测量值偏差较大，在高精度测量中无法应用。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有的合成电阻及其自动测试系统搭建复杂、测量精度低及现有的合成电阻的自动测试系统测试方式复杂，且受环境影响使得测量精度较低的问题，提出了高精度可调合成电阻、基于该合成电阻的自动测试系统及方法。
[0005]本发明的核心设计是集成AD/DA板卡和中央处理器的应用，与传统合成电阻相比，高精度的集成AD/DA板卡提高了合成电阻的精度，中央处理器易于扩展，可以嵌入多种算法，例如平均值滤波，PID控制等，又由于集成度高，使得其稳定性好。且在PC机中嵌入的信号处理模块用于采集、存储及处理万用表采集的电压数据和电流数据。其中，平均值滤波是对输入的高频信号进行滤波，最后使合成电阻值更加准确；PID控制实时采集实际的合成电阻值，并与设定的合成电阻值进行比较跟随，使最后得到的合成电阻值更加准确。
[0006]高精度可调合成电阻，它包括一号输入接线端A0、二号输入接线端B0、信号前端处理电路1、集成AD/DA板卡2、稳压源3和中央处理器4 ;
[0007]信号前端处理电路I包括采样电阻Rb和运算放大器A ;采样电阻Rb的一端连接运算放大器A的正极输入端；运算放大器A的负极输入端同时连接运算放大器A的输出端和集成AD/DA板卡2的AD信号输入端；运算放大器A的正极电源输入端连接稳压源3的正极电源输出端；运算放大器A的负极电源输入端连接稳压源3的负极电源输出端；
[0008]—号输入接线端AO连接采样电阻Rb的一端；采样电阻Rb的另一端接地；二号输入接线端BO连接集成AD/DA板卡2的DA信号输入端；
[0009]中央处理器4的AD/DA信号输入输出端连接集成AD/DA板卡2的AD/DA信号输出输入端。
[0010]基于高精度可调合成电阻的自动测试系统，该系统还包括PC机5、一号万用表6和二号万用表7 ；PC机5中嵌入信号处理模块5-1 ；
[0011]—号万用表6的两个输出端分别连接米样电阻Rb的两端；二号万用表7的两端分别连接一号输入接线端AO和二号输入接线端BO ;—号万用表6与PC机5之间通过串口连接；二号万用表7与PC机5之间通过串口连接；
[0012]信号处理模块5-1用于采集、存储及处理一号万用表6和二号万用表7采集的数据。
[0013]高精度可调合成电阻的自动测试系统的自动测试方法，该自动测试方法包括下述步骤:
[0014]步骤一、在高精度可调合成电阻的一号输入接线端AO和二号输入接线端BO之间加入测试激励，测试激励为电压源或电流源；
[0015]步骤二、采用一号万用表6测量输入的电流，采用二号万用表7测量输入的电压；
[0016]步骤三、设置一号万用表6和二号万用表7的串口参数，包括串口波特率和奇偶校验位，同时设置PC机5中信号处理模块5-1的串口参数，使信号处理模块5-1的串口参数分别与一号万用表6和二号万用表7的串口参数一致；
[0017]步骤四、通过PC机5中的信号处理模块5-1设置测量时间间隔和测量时间，并连接一号万用表6和二号万用表7使其处于遥控状态，开始测试；
[0018]步骤五、PC机5中的信号处理模块5-1米集一号万用表6和二号万用表7测量的电压数据或电流数据，并将电压数据或电流数据以图表形式显示在PC机5上；同时，信号处理模块5-1对电压数据或电流数据做均值处理，获得电压平均值和电流平均值，电压平均值和电流平均值相除即为最终的测量电阻值。
[0019]步骤二中的采用一号万用表6测量输入的电流是输入电流通过采样电阻转换成电压实现测量的。
[0020]有益效果:
[0021]1、基于集成AD/D板卡的高精度可调合成电阻，能够方便地获得可调合成电阻的阻值，与传统合成电阻相比，本发明中的高精度可调合成电阻集成度高，易于构建，易于扩展。
[0022]2、当高精度可调合成电阻的输入端为电流源输入时，信号前端处理电路能够完成电流电压的转换，与传统电流电压转换电路相比，该电路电流流入信号地，不会对后续电路产生影响。
[0023]3、本发明中的基于高精度可调合成电阻的自动测试系统及方法，采用万用表和PC机实现系统自检，与传统测试方法相比，自动化程度高，可实现数据的自动测量、采集和分析，排除了手动测试的误差，提高了设备精度。
[0024]本发明所述的高精度可调合成电阻能够同时在电压信号输入和电流信号输入两种状态下工作，而无需改变电路结构。因此，降低了产品实现的复杂性和成本。同时采用了高精度的集成AD/DA板卡，其精度达到0.002%，保证了高精度可调合成电阻的自动测试系统的整体精度。本发明还适用于其它电阻及电阻的自动测试。
【附图说明】
[0025]图1为高精度可调合成电阻的结构示意图；
[0026]图2为高精度可调合成电阻的自动测试系统的电路连接关系图。
【具体实施方式】
[0027]【具体实施方式】一、参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的高精度可调合成电阻，它包括一号输入接线端A0、二号输入接线端B0、信号前端处理电路1、集成AD/DA板卡2、稳压源3和中央处理器4 ;
[0028]信号前端处理电路I包括采样电阻Rb和运算放大器A ;采样电阻Rb的一端连接运算放大器A的正极输入端；运算放大器A的负极输入端同时连接运算放大器A的输出端和集成AD/DA板卡2的AD信号输入端；运算放大器A的正极电源输入端连接稳压源3的正极电源输出端；运算放大器A的负极电源输入端连接稳压源3的负极电源输出端；
[0029]—号输入接线端AO连接米样电阻Rb的一端；米样电阻Rb的另一端接地；二号输入接线端BO连接集成AD/DA板卡2的DA信号输入端；
[0030]中央处理器4的AD/DA信号输入输出端连接集成AD/DA板卡2的AD/DA信号输出输入端。
[0031]合成电阻的基本工作原理及使用方法是:根据一号输入接线端AO和二号输入接线端BO的输入信号，调节端口电压(一号输入接线端AO与二号输入接线端BO的输入信号的差)与电流的比值，来模拟输出电阻R。根据图1所示，合成电阻的输入电压U = Ua-Ub,输入电流为I，等效的输出电阻R = U/I = (Ua-Ub)/Iο
[0032]下面分两种情况，介绍合成电阻的工作过程:
[0033]1、输入信号为电压信号
[0034]当合成电阻的输入信号为电压信号时，端口电压U是固定值，等效的输出电阻通过改变电流I来调节。根据图1，合成电阻的输出电流I = Ua/Rb，Rb是信号前端处理电路中的基准电阻。Ub是集成AD/DA板卡中的DA信号的输出电压。Ua-Ub是一个固定值U，当调节Ub时，Ua会随之变化，进而使得电流I也随之变化，从而实现了调节输出电阻的目的。
[0035]保持一号输入接线端AO的输入电压信号和二号输入接线端BO的输入电压信号的差值为一个固值U，通过中央处理器4和集成AD/DA板卡2向二号输入接线端BO输入可调节的电压信号Ub，根据合成电阻的输入电压U = Ua-Ub，可知Ua值随Ub变化而变化；又根据合成电阻的输出电流I = Ua/Rb，可知此时合成电阻的输出电流I随Ua变化而变化；又根据合成电阻R = U/I = (Ua-Ub) /I，此时合成电阻R的大小随合成电阻的输出电流I变化而变化，即获得可调合成电阻R。
[0036]2、输入信号为电流信号
[0037]当合成电阻的输入信号为电流信号时，输入电流I是固定值，等效的输出电阻通过改变端口电压U来调节。由于I = Ua/Rb，当I固定时，电压Ua也固定不变。又根据公式U = Ua-Ub，若想获得变化的端口电压U，直接调节集成AD/DA板卡中的DA信号的输出电压Ub,即可调节合成电阻的端口电压U，从而实现调节输出电阻的目的。
[0038]保持输入电流I为固定值，通过中央处理器4和集成AD/DA板卡2向二号输入接线端BO输入可调节的电压信号Ub，根据合成电阻的输出电流I = Ua/Rb，可知此时Ua固定不变；又根据合成电阻的输入电压U = Ua-Ub，可知U随Ub变化而变