正弦激励算法在微内阻测量上的应用研究

摘要：在精确测量以及高精度工控系统中，被测或者被监测的对象内阻十分微小，采用常规的电压测量方式，无法对被测或者被监测对象进行计算。文章通过采用正弦激励的方式，对被测或者是被监测的对象通过正弦激励，对于反馈的信号进行二级正交，从而得出被测或者监测对象的内阻。实际应用证明，该方法可以解决微内阻的测量问题。

关键词：微内阻；正弦激励；二次正交

中图分类号：TPN39 文献标识码：A 文章编号：1007—9599 （2012） 14—0000—02

微内阻的测量，或者是微电流的测量以及其他高精度的测量方式，在高精度工控系统中应用得十分广泛，人们也提出了多种的测量方式。如直流方法，交流方法等。直流方法是在电池组两端接入放电负载，根据在不同电流I1、I2下的电压变U1、U2来计算内阻值，由E—I1*r=U1、E—I2*r=U2得：r=（U1一U2）/（I2—I1）由于内阻值很小，在一定电流下的电压变化幅值相对较小，给准确测量带来困难，由于放电过程电压的变化，需要选择稳定区域计算电压变化幅值。实际测最中，直流方法所得数据的重复性较差，准确度很难达到10%以上。 交流方法相对直流法要简单，向电池馈人一个交流电流信号，测量由此信号产生的电压变化即可测得电池的内阻。在实际使用中，由于馈入信号的幅值有限，电池的内阻在微欧或毫欧级，因此，产生的电压变化幅值也在微伏级，信号容易受到干扰。尤其是在线测量时，受到的影响更大，往往很难真正测量蓄电池的内阻。下面我们将讨论将正弦激励算法用于解决高精度尤其是被测对象的内阻问题。

一、内阻测量的数学模型

（一）高精度蓄电池内阻测量的问题定义

通常是实际的测量或者是动态的监测过程中，对于给定的被测对象，当温度很定不变的情形下，被测或者被监测的对象的内阻是确定的。其内阻值可表示为： .，如何使得Dn不为零并且有效，这就就高精度求解内阻问题。

（二）数学模型

1.测量精度问题

但该方法需要测量电流信号Is，电压响应信号Vo，以及电压和电流之间的相位差θ。由此可见这种方法不但干扰因素多，而且增加了系统的复杂性，同时也影响了测量精度。

二、内阻测量的正弦激励算法

（一）正弦激励算法

由于被测对象内阻为毫欧级，因此采用常规的两端子测量方法测量误差较大，在此采用四端子测量方式。测量时两个端子各施加一频率为 和 的恒定交流激励电流信号，另两个端子用于测量。测量工作原理图如图1所示，响应信号是指被测对象注入交流恒流源后，在其两端测出的交流电压信号。而正弦信号是经D/A产生的作为压控恒流源的输入信号。

其中θ为注入被测对象的电流和其两端响应电压信号的相位差。

其中K为模拟乘法器的放大系数。

（二）正弦激励算法的改进

在信号送入到低通滤波之前，其表达式为：

其中， 是载波的频率， 以及 分别是有用信号的幅度以及相位信息。经过A/D采样之后，

因此，数模转换之后的最终信号为：

将此两路进行正交分解，得到如下I 路以及Q路：

我们单独抽取I路信号作为我们的基准计算值，使得输出全部为正弦方式，从而大大提供正弦激励算法的精度。

三、应用试验仿真

本次仿真，对被测对象分别测量了12次，其中表1 ，表2，表3 为不同算法测试所得的不同数据。可以从以下图2、图3、图4的数据曲线图我们可以看出，其中图2 采取的是一般性的测量方式，数据误差比较大，曲线变化十分明显。其中Value代表每次测量的内阻值，单位为毫欧。

四、结束语

本文从蓄电池微内阻的测量方式出发，通过对传统的内阻的测量方式的分析，针对直流方式测量的不准确，以及交流方法不准确以及偏移问题，提出了通过正弦正交的方式，解决测量微内阻的精确度以及准确度问题。并且提出了改良的方式解决实际中碰到的问题，很好地解决了蓄电池微内阻的测量问题。

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