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阻抗测量方法在传感器技术中的应用,传感器性能特点

发布时间:2022-12-20 07:30:02 人气:

实际应用中的电路元件要比理想电阻复杂得多,并且呈现出阻性、容性和感性特性,它们共同决定了阻抗特性。阻抗与电阻的不同主要在于两个方面。首先,阻抗是一种交流(AC)特性;其次,通常在某个特定频率下定义阻抗。如果在不同的频率条件下测量阻抗,会得到不同的阻抗值。通过测量多个频率下的阻抗,才能获取有价值的元件数据。这就是阻抗频谱法(IS)的基础,也是为许多工业、仪器仪表和汽车传感器应用打下基础的基本概念。

电子元件的阻抗可由电阻、电容或电感组成,更一般的情况是三者的组合。可以采用虚阻抗来建立这种模型。电感器具有的阻抗为jωL,电容器具有的阻抗为1/jωC,其中j是虚数单位,ω是信号的角频率。采用复数运算将这些阻抗分量组合起来。阻抗的虚数部分称为电抗,总表达式为Z=R+jX,其中X为电抗,Z表示阻抗。当信号的频率上升时,容抗Xc降低,而感抗XL升高,从而引起总阻抗的变化,阻抗与频率呈函数关系。纯电阻的阻抗不随频率变化。

如何分析阻抗

为了检测元件的阻抗,在以不同的频率对器件进行扫描时,通常需要测量时域或频域的响应信号。测量频域响应信号一般采用模拟信号分析方法,例如交流耦合电桥,但是采用高性能模数转换器(ADC),允许在时域采集数据,然后再转换到频域。

许多积分变换都可以用于将数据转换到频域,如傅里叶分析。这种方法就是取出信号的一系列时域信号表示,然后应用积分变换将其映射为频谱。采用这种方法可以给出任意两种信号之间关系的数学描述。在阻抗分析中感兴趣的是激励电流(元件的输入)和电压响应(元件的输出)之间的关系。如果系统是线性的,测得的时域电压和电流的各自傅里叶变换的比值就等于其阻抗,并且它可以表示成一个复数。这个复数的实数部分和虚数部分构成随后数据分析的关键部分。

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