高精度交直流多功能标准源的设计与研究

发布时间：2017-10-18 15:09

  本文关键词：高精度交直流多功能标准源的设计与研究

  更多相关文章： 标准源 直流基准 信号源 最小二乘法

【摘要】：在计量领域中为保证测量仪器的准确性,首先需要用高精度的标准源对其进行校准。因此标准源的精度直接影响着测量结果。同时,校准过程中往往需要在多个物理量之间同时进行,考虑到目前这种精度和功能的标准源大多来自国外且价格昂贵,本文研究设计一种高精度交直流多功能标准源来满足这一科研需求。本文从实际测量工作出发,研究了国内外这种标准源的发展现状；结合国情和实际,提出设计要求,给出本文的设计指标,对高精度交直流多功能标准源的设计作出总体方案。然后分别对可调直流电压基准、信号源、电压电流放大器、反馈系统、模拟电阻、控制系统等核心电路进行详细的硬件和软件设计。并对其各个部分的稳定性、误差等参数进行分析,确保其达到本文的设计指标。本文应用STM32F205RET6作为整个系统的控制核心,提高了系统的运算速度和精度。同时,采用美国ADI公司最新生产的AD5791这样的高精度数模转换器来作为数模转换的核心,该芯片既控制着直流基准的输出也调控着信号源输出的幅值。用锁相环原理合成低频信号源减少杂波和误差。并通过相应放大器将各电量放大到所需量程,用反馈系统控制其精度,确保系统稳定。此外,本文还运用了基于最小二乘法的校准技术对被测数据进行校准来消除系统误差,提高了标准源的精度。最后对各个参数的准确度和稳定性进行了详细的测试,测试结果满足设计要求。本文所研究和设计的高精度交直流多功能标准源输出稳定性好,准确度高,大大提高了国内计量检测领域的校准精度,可以广泛的应用于高分辨率仪表的校准。同时为日后研究更高精度的检测标准源打下基础。提高了国民自主创新能力,减少了国外市场对高精度仪器设备的垄断,对我国的科研水平和经济发展都作出了重要贡献。
【关键词】：标准源 直流基准 信号源 最小二乘法
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB97
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 课题背景与研究意义9
• 1.2 电测仪表的检测方法与发展9-10
• 1.3 国内外现状10-12
• 1.3.1 国外研究现状10-12
• 1.3.2 国内研究现状12
• 1.4 本文的研究内容与性能指标12-14
• 2 高精度交直流多功能标准源总体设计14-19
• 2.1 直流电压输出方案14-15
• 2.2 交流电压输出方案15-16
• 2.3 直流电流与交流电流的输出方案16-17
• 2.3.1 跨导放大原理16-17
• 2.4 模拟电阻输出方案17-18
• 2.5 本章小结18-19
• 3 高精度交直流多功能标准源的硬件与软件设计19-46
• 3.1 可调直流电压基准设计19-26
• 3.1.1 数模转换器的选择与分析20-21
• 3.1.2 可调直流电压基准的硬件设计21-23
• 3.1.3 可调直流电压基准的软件设计23-25
• 3.1.4 可调直流电压基准的误差分析25-26
• 3.2 信号源的设计26-33
• 3.2.1 信号频率的设计27-28
• 3.2.2 信号源的合成28-29
• 3.2.3 信号源幅值与相位控制29
• 3.2.4 信号源的软件流程设计29-30
• 3.2.5 信号源失真度分析30-33
• 3.3 放大电路的设计33-36
• 3.3.1 直流电压放大器的设计33
• 3.3.2 直流电流放大器的设计33-34
• 3.3.3 交流电压放大器设计34-35
• 3.3.4 交流电流放大器设计35-36
• 3.4 反馈系统的设计36-38
• 3.5 模拟电阻设计38-39
• 3.6 控制系统的设计39-44
• 3.6.1 键盘电路的设计41-42
• 3.6.2 液晶显示器电路的设计42-43
• 3.6.3 电源电路的设计43-44
• 3.7 主程序设计44-45
• 3.8 本章小结45-46
• 4 校准与测试46-60
• 4.1 误差分析46-48
• 4.2 基于最小二乘法的软件校准技术48-51
• 4.3 系统测试及结果51-59
• 4.3.1 准确度测试52-56
• 4.3.2 负载调整率测试56-59
• 4.3.3 波纹系数测试59
• 4.4 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-65
• 附录65-67
• 攻读学位期间发表的学术论文67-68
• 致谢68-69

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本文编号：1055608