大连交通大学电气信息工程学院 高玺皓 宋 智 金思辰 王佳睿 关钧洋 刘 野

针对传统阻抗测试仪体积较大、价格昂贵等问题，提出了基于FFT算法的便携式阻抗测试仪。该测试仪采用STM32单片机及FPGA作为处理器，双路高速A/D采样芯片采集电压信号，通过FFT算法对采集到的信号进行处理得到阻抗相位，同时将电压信号分解为虚部和实部发送至单片机，对电压实部和虚部信号进行矢量计算得到阻抗模值。经过实验研究，该测试仪性能稳定，测量精度高。

1 系统结构

本文提出了基于FFT算法实现便携式阻抗测量仪，将矢量伏安法作为系统阻抗测量方法，并将其与FFT算法相结合，弥补了矢量伏安法不易测量相位的缺点，能够在较宽的频率范围内使被测信号幅值、频率对测量仪性能影响较小，具有较高的测量精度。

阻抗测试仪系统框图如图1所示，信号合成单元产生正弦电流信号，信号通过测量接口中的待测阻抗Zx和参考电阻Rx，信号检测单元对两者的电压进行采样。FPGA对采样信号进行FFT运算，得到两段电压的实部和虚部，并提取基波参数，实现相位测量。将FPGA处理得到的电压实部和虚部数据传送到单片机进行矢量伏安计算，最终将被测阻抗幅值及相位显示在液晶上。

图1 测量系统工作原理图

2 系统硬件设计

测试仪硬件可划分为系统控制模块、FPGA信号处理模块、采样模块、差分模块、信号发生模块等功能模块构成，硬件框图如图2所示。

图2 硬件框图

2.1 系统控制模块

选用STM32单片机作为控制芯片，对被测元件的阻抗值进行分析计算，根据测量值与初始设定的参数进行比较，将比较结果反馈到测量模块中选择合适R0达到最优测量状态。……