簡(jiǎn)易網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納分析儀題

1、簡(jiǎn)易網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納分析儀題第1頁，共18頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)44分，星期二1. 題目來源細(xì)胞分泌機(jī)制的研究： 細(xì)胞膜電容、膜電阻的測(cè)量第2頁，共18頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)44分，星期二建模模型化簡(jiǎn)最后歸結(jié)為一端口網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量問題第3頁，共18頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)44分，星期二vpc= Rf iPPC2C 膜片鉗放大器膜電流檢測(cè)第4頁，共18頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)44分，星期二基本原理：傅立葉變換離散傅立葉變換（DFT）：數(shù)據(jù)處理第5頁，共18頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)44分，星期二簡(jiǎn)易網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納分析的應(yīng)用無源網(wǎng)絡(luò)分析、測(cè)量人體醫(yī)學(xué)阻抗測(cè)量豬肉注

2、水檢測(cè)建筑鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè) 第6頁，共18頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)44分，星期二專用芯片第7頁，共18頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)44分，星期二形成題目：簡(jiǎn)易網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納分析儀第8頁，共18頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)44分，星期二2. 知識(shí)范圍 模擬電路：信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)放大I/V變換電路數(shù)字電路：DDS、相位檢測(cè)、ADC、DAC、數(shù)顯信號(hào)處理：一般計(jì)算、DFT題目類型屬于電子測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)，還必須具備一般電子測(cè)量?jī)x器設(shè)計(jì)的知識(shí)和典型智能功能的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)題目的所有功能，設(shè)計(jì)方案應(yīng)是一個(gè)以微控制器為核心的電子系統(tǒng)，因而設(shè)計(jì)將涉及單片機(jī)、A/D 、D/A轉(zhuǎn)換等數(shù)字化處理技術(shù)。

3、DDS：Digital Direct Frequency Synthesis或 Direct Digital Synthesizer DFT：Discrete Fourier Transform 第9頁，共18頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)44分，星期二1. 制作正弦波信號(hào)發(fā)生器，技術(shù)指標(biāo)如下： a.頻率：100Hz、300Hz、1kHz、3kHz、10kHz ，誤差：1%； b. 輸出電壓峰-峰值：1V，誤差：小于20mV； c. 輸出電阻小于1； d. 輸出波形無明顯失真。2. 制作一端口網(wǎng)絡(luò)N0的電導(dǎo)ReY 、電納ImY 、導(dǎo)納模|Y |和導(dǎo)納角Y的測(cè)量電路，技術(shù)指標(biāo)如下： a. R

4、e Y 范圍：0.1 mS 10mS，分為若干量程，誤差小于10%； b. Im Y 范圍：0.1 mS 10mS，分為若干量程，誤差小于10%； c. |Y |誤差小于10%； d. Y范圍：90，誤差小于5%。3.方案分析第10頁，共18頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)44分，星期二1. 正弦波信號(hào)發(fā)生器 為了達(dá)到頻率精度和控制方便，并考慮到本題發(fā)揮部分，普遍采用DDS方案(當(dāng)然也可用其他方案實(shí)現(xiàn)）。 FPGA存儲(chǔ)器相位累加器單片機(jī)晶 振D/A放大LPF射隨器采用AD9851：采用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷–PLD或FPGA）：原理相同第11頁，共18頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)44分

5、，星期二2. 一端口網(wǎng)絡(luò)N0的電導(dǎo)ReY 、電納ImY 、導(dǎo)納模|Y |和導(dǎo)納角Y 的測(cè)量電路本科生題目說明中的第二條：測(cè)量和數(shù)據(jù)處理建議從以下3種方法中選擇1種： a. 測(cè)量導(dǎo)納模|Y |和導(dǎo)納角Y，然后通過計(jì)算得到ReY 和ImY ； b. 根據(jù)傅里葉變換 建議采用模擬乘法器和低通濾波器首先得到ReY 和ImY ，然后通過計(jì)算得到導(dǎo)納模|Y |和導(dǎo)納角Y； c. 根據(jù)離散傅里葉變換 用離散數(shù)學(xué)方法首先得到ReY 和ImY ，然后通過計(jì)算得到導(dǎo)納模|Y |和導(dǎo)納角Y。 上述說明實(shí)際指出了完成本題測(cè)量部分的幾個(gè)基本方案。第12頁，共18頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)44分，星期二方案b在題

6、目的原稿中還有一句話：上述3種方法中，鼓勵(lì)使用b、c兩種方法。表明出題人的傾向方案。 細(xì)胞膜電容和膜電阻的測(cè)量即用b、c兩種方案都得到較高的精度，且c方案更好，在所開發(fā)的PC3型膜片鉗放大器中得到應(yīng)用。信號(hào)發(fā)生器：VmcostI/V變換電路輸出：v = RfImcos(t +) = k1cos(t +) f (t )模擬乘法器輸出：k1cos(t +)Vmcost = k2cos(2t +) + cos/2經(jīng)低通濾波得 i 的實(shí)部：(k2/2)cos = (Vm Rf Im /2)cos RekIm模擬乘法器輸出：k1cos(t +)Vmsint = k2sin(2t +) sin/2經(jīng)低通濾

7、波得 i 的虛部：(k2/2)sin = (Vm Rf Im /2)sin ImkIm 華中科技大學(xué)一個(gè)隊(duì)采用該方案求，得到很精確的結(jié)果，但遺憾的是沒有直接得到RekIm 和ImkIm 。第13頁，共18頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)44分，星期二方案c 可用兩路ADC同步采集I/V變換電路和正弦波信號(hào)發(fā)生器的輸出數(shù)據(jù)，然后用軟件計(jì)算： Pi：每個(gè)正弦周期A/D采樣點(diǎn)數(shù) ZA= vO/i：互阻增益 M：正弦波信號(hào)發(fā)生器輸出幅值 vO： I/V變換電路輸出采樣值 f：正弦波信號(hào)頻率 只有空軍雷達(dá)學(xué)院的一個(gè)隊(duì)采用這個(gè)方案獲得第一名 第14頁，共18頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)44分，星期

8、二典型方案如圖。方案a 測(cè)量導(dǎo)納模|Y |和導(dǎo)納角Y，然后通過計(jì)算得到ReY 和ImY 第15頁，共18頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)44分，星期二幾年前大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽曾有過相位測(cè)試儀器的設(shè)計(jì)，有測(cè)量導(dǎo)納角Y 的基礎(chǔ)，該方案十分容易實(shí)現(xiàn)，主要考慮給?？茖W(xué)生完成。我們的題目要求電導(dǎo)ReY 、電納ImY 和導(dǎo)納模|Y |測(cè)量誤差小于10，導(dǎo)納角Y誤差小于10，技術(shù)指標(biāo)要求不高。主要是考慮到比賽時(shí)難以找到精度高于5的“標(biāo)準(zhǔn)元件” 進(jìn)行測(cè)試。實(shí)際上，方案a存在以下影響測(cè)量精度的因素： 信號(hào)源中的直流偏移和放大器中的直流失調(diào)引起的誤差，它們都會(huì)影響幅值檢測(cè)和相位檢測(cè)的精度。而方案b、c在傅氏變換后，可完全抑制直流成分。 系統(tǒng)噪聲影響幅值檢測(cè)和相位檢測(cè)的精度。而方案b、c在傅氏變換時(shí)的積分或求和平均后，將隨機(jī)噪聲的影響降到最低。第16頁，共18頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)44分，星期二4. 競(jìng)賽作品評(píng)述1. 電流檢測(cè)方法互阻放大電路的應(yīng)用參考文獻(xiàn)：康華光主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）第四、五版，第1章.高等教育出版社.瞿安連. 應(yīng)用電子技術(shù)，第3章. 科學(xué)出版社. 第17頁，共18頁