[发明专利]一种基于约束优化问题的等效电路阻抗测量方法及装置

说明书

本发明提供一种基于约束优化问题的等效电路阻抗测量方法及装置。本发明通过计算测量电路的频率响应，用频率响应逼近备选等效电路的频率响应特性，得到带约束条件的约束优化目标，从中选择误差最小的一种电路作为待测无源器件的等效电路，从而求解等效电路和阻抗值。本发明中，阻抗测量的数据处理采用基于约束优化的最优化目标，能够保证计算结果具备实际的物理意义，从而使等效电路的应用价值更大，能够进行等效电路的搭建以检验无源器件测量数据的正确性；无源器件的等效电路更加多样化，在选区的备选等效电路中选取最优电路，保证了阻抗测量的精度。本发明的优化意义重大，电路构成简单，测量精度提高。

技术领域

本发明属于阻抗测量和优化技术领域，具体涉及一种基于约束优化问题的等效电路阻抗测量方法及装置。

背景技术

阻抗测量是我们了解待测无源器件电学特性的关键步骤，也是器件改造和高精度器件制造中必不可少的一项，精确的测量对探测器件测量结果的正确阐释同样具有重要意义。在测量领域，若是能将待测器件等效为常见的电路形式并准确测量出具有实际物理意义的阻抗值，将对高质量产品的生产制造和高匹配度的实验方案设计有重大的推动作用。

目前，一般的阻抗测量装置仅仅能测量出阻抗值，并没能给出等效电路，国外一些产品能给出等效电路，但是价格较为昂贵，普适性不强，例如英国Wayne KerrWK6500系列精密阻抗分析仪，售价约2.2万美元左右，而已有公开发表的专利文献虽然能够对无源器件进行阻抗计算并给出等效电路，但都存在一定的不足：

(1)从阻抗测量结果来看，在求解电路阻抗值缺少约束条件，使得测量结果可能存在负阻抗的情况，缺少实际物理意义，不利于等效电路的搭建。

例如对于一种无源器件等效电路结构及参数测量方法及装置(专利号：CN104950173A)，其电路等效形式是将待测无源器件等效为多个1阶、2阶RLC电路的串/并联结构，但由于其求解高阶信道特性表达式时没有考虑电路参数的实际范围，导致因式分解或留数分解后的1阶、2阶电路结构元件的阻抗值存在非正数的情况，并不具有实际物理意义。

(2)从等效电路结构来看，对无源器件进行电路等效时，电路结构单一，对无源器件存在拟合效果更优的等效电路结构的情况缺乏考虑。

如一种超声换能器声电闭环阻抗测量方法与装置(专利号：CN106872782A)，其阻抗测量对象仅局限于超声换能器，且超声换能器的等效电路固定，没能解决超声换能器在给定等效电路结构下的测量效果不佳但存在其他更优等效电路结构的情况。

发明内容

为解决现有的电路等效及阻抗测量存在计算结果不具有实际物理意义和等效电路结构单一的情况，提高阻抗测量的效率和准确性，本发明提出一种基于约束优化问题的等效电路阻抗测量方法及装置，提出一个基于约束优化问题的最优化目标，通过最优化目标求解阻抗值。

一种基于约束优化问题的等效电路阻抗测量装置，包括信号产生模块、信号发送模块、待测电路模块、信号接收模块、数据处理模块；

所述信号产生模块用于产生参数可调的宽频信号，宽频信号的起始频率、截止频率、持续时间和采样率需要根据实际测量自主设置；

所述数据发送模块包括D/A转换器，将信号产生模块生成的数字信号转换为模拟信号并将其分别发送到待测电路模块以及信号接收模块；

所述待测电路模块包括待测无源器件和标准内置电阻；

所述信号接收模块包括A/D转换器，将电路中的模拟信号以及信号发送模块发送的模拟信号转换为数字信号并接收保存下来，为数据处理做准备，然后将数字信号发送到数据处理模块；