一种基于FPGA的宽量程高精度IVR测量仪

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IVR(IVR是电流、电压、电阻的统称)是电子测量工作中经常遇到和需要测量的物理参数,在核电子学领域,IVR的测量范围非常宽,可达μV~n×10k V、p A~n×10A、Ω~10~3GΩ级别,由于量程跨度大,往往需要多台套仪器设备才能胜任测量任务。为满足核电子学研究、开发与实验教学的需求,论文设计了以FPGA和单片机架构为基础的宽量程高精度IVR测量仪,主要研究内容和取得的成果如下:(1)采用16位八通道的双极性模拟/数字转换芯片AD7606和CycloneⅣE系列FPGA作为数据采集的核心部件,设计了自动切换量程的信号采集前置电路,实现了I、V、R的宽量程测量。(2)针对10V~10k V电压范围的信号,采用多级电阻串联分压的方式对不同量级的电压进行逐级降压处理,并利用高压继电器对衰减通道进行自动控制;针对微电流信号,选用超低偏置电流运算放大器ADA4530-1、极低漏电流模拟开关TMUX6121设计低噪声前置放大电路(I/V放大器),然后使用高精度电压测量方法对信号进行测量;对电阻阻值测量则采用恒流源与恒压源法搭配的方式,实现了宽量程的测量。(3)测试结果表明,样机的电压测量范围可达1μV~10k V,1μV~10V电压范围的测量误差小于0.3%,10V~10k V电压范围的测量误差小于1%;电流的测量范围可达1p A~10A,微电流的测量误差小于10%(100p A以下极微小电流测量误差小于30%),常规电流的测量误差小于2%;电阻的测量范围可达10Ω~100GΩ,常规阻值电阻的测量误差小于1%,高阻值电阻的测量误差小于5%。样机电路可满足核电子学研究开发与实验教学的需要。
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