基于數(shù)字互相關(guān)算法的微歐電阻測(cè)量技術(shù)研究.pdf

1、隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等越來(lái)越多地使用到金屬材料制作的裝備。工作在復(fù)雜酸性環(huán)境中的金屬材料容易受到腐蝕而受損，并帶來(lái)安全隱患。為了能夠避免安全事故，對(duì)這些設(shè)備的金屬材料進(jìn)行腐蝕情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是很有必要的。監(jiān)控金屬材料腐蝕情況方法有很多，通過(guò)觀(guān)察電阻的變化反映金屬被腐蝕情況是材料學(xué)科的重要方法之一。而當(dāng)前傳統(tǒng)的微小電阻測(cè)量?jī)x由于一般不具備網(wǎng)絡(luò)化功能而不太適合長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)金屬材料的腐蝕情況。因此，研究

2、一種精度高，穩(wěn)定度好且能夠快速準(zhǔn)確測(cè)量微小電阻測(cè)量的網(wǎng)絡(luò)化儀器具有重要的意義。
　　本課題分析了微小電阻測(cè)量特點(diǎn)以及測(cè)量方法現(xiàn)狀，提出了采用低頻率恒流源的方法，通過(guò)數(shù)字互相關(guān)算法提取淹沒(méi)在噪聲中的有用信號(hào)的一套完整的系統(tǒng)方案并研制了微電阻測(cè)量系統(tǒng)。本文詳細(xì)論述了研究微小電阻測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和整體開(kāi)發(fā)過(guò)程，主要分為微電阻的測(cè)量理論與算法分析、測(cè)量系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的調(diào)試校準(zhǔn)和結(jié)果誤差分析。首先闡述微電阻的測(cè)量理論包括

3、微電阻測(cè)量的噪聲、干擾來(lái)源以及測(cè)量信道的信噪比分析。針對(duì)微電阻的測(cè)量信噪比非常小的噪聲特性分析了目前常用的微小電阻的測(cè)量方法，結(jié)合本課題的設(shè)計(jì)要求與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)選用低頻率交流恒流測(cè)量法。詳細(xì)分析了低頻率恒流交流測(cè)量法的測(cè)量方案和測(cè)量過(guò)程，運(yùn)用數(shù)字互相關(guān)算法模型去除有用信號(hào)中的噪聲和干擾，并通過(guò)MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)分析。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，包括硬件系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)、ARM微處理器最小系統(tǒng)及外圍電路的設(shè)計(jì)、高精度D/A交流信號(hào)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)

4、、壓控恒流源電路的設(shè)計(jì)、16位高精度A/D采集電路的設(shè)計(jì)和差分放大電路的設(shè)計(jì)、顯示電路的設(shè)計(jì)、通信電路的設(shè)計(jì)以及電源電路的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要要包括軟件系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)、軟件的主程序設(shè)計(jì)，負(fù)責(zé)各個(gè)任務(wù)的調(diào)度與協(xié)調(diào)各任務(wù)通信、產(chǎn)生10Hz交流信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)、A/D轉(zhuǎn)換采集程序的設(shè)計(jì)和算法程序的設(shè)計(jì)、觸摸屏與顯示程序的設(shè)計(jì)、檔位匹配程序的設(shè)計(jì)、通信程序的設(shè)計(jì)和軟件可靠性程序的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的調(diào)試包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和整體系統(tǒng)聯(lián)合

5、調(diào)試，詳細(xì)闡述了軟硬件調(diào)試過(guò)程和調(diào)試方法。提出了測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量線(xiàn)性度，測(cè)量出其校準(zhǔn)因子的方式的校準(zhǔn)方法。
　　最后，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證了硬件和軟件的正確性。實(shí)驗(yàn)表明本系統(tǒng)在各個(gè)量程檔位區(qū)間內(nèi)具有良好的線(xiàn)性度；各個(gè)量程檔都給出了實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果及誤差分析，最小量程檔測(cè)量值數(shù)量級(jí)穩(wěn)定在微歐位，能實(shí)現(xiàn)微歐級(jí)電阻的測(cè)量。表明數(shù)字互相關(guān)算法在本課題微小電阻測(cè)量去除噪聲和干擾提高系統(tǒng)信噪比具有顯著效果，能夠精準(zhǔn)測(cè)量微歐級(jí)電阻。所設(shè)計(jì)的微小電阻測(cè)量系統(tǒng)