基于正交锁定结构的高精度阻抗分析仪设计

来源：电子测量技术杂志2025年第18期北京时间：

作者：李松凯，关贝贝，刘金海

单位：1.东北大学保密委员会办公室 沈阳 110819; 2.东北大学计算机科学与工程学院 沈阳 110819; 3.东北大学信息科学与工程学院 沈阳 110819

摘要：精密测量技术在生物医学阻抗分析、电化学、电力传输、射频天线分析等诸多分析仪器领域，一直作为核心技术而存在。现代的精密测量仪器中，阻容的数量动辄成百上千，并且对其阻抗参数要求极为严苛，所使用的阻容质量以及其自身阻抗值的稳定度是影响电子系统性能的一个重要因素，因此精密阻容测量成为诸多电子系统设计中重要的一环。在这一背景下，本文提出一种以硬件正交锁相结构为核心的高精度阻容分析仪。该设计以硬件正交鉴相为核心，围绕该部分设计了正交频率发生器、I-V转换调节模块、Sallen-Key滤波器等硬件结构，同时设计了用于模块控制与驱动、任务分配与调度以及数据采集与处理的单片机系统。最后对系统关键部件及实物整机进行性能测试，实现了对阻容的判断以及阻抗值的测量。经过系统实际测试并与标准电桥测试进行比对，该系统对于电阻测量误差的均值为0.032 4%，对于电容测量误差的均值为0.054 7%。并且在实现较低的测量误差的同时，保证了整体系统的小体积以及便携性，最终使设计达到预期目标。

关键词：阻容测量;正交鉴相;矢量测量;单片机系统设计;信号调理与滤波;数字信号处理

基金资助：国家自然科学基金（62373085）项目资助