实验平台是由测量对象和电极组成的电极系统,其中电极采用自制的共面电极,如图2所示。首先在合适的测量环境下,准备好测量对象,启动测量系统。单片机通过控制DDS芯片产生由低频到高频的正弦信号,作用于电极系统,测量系统对信号处理后通过单片机内部的A/D转换,将数据存储于单片机内。单片机通过对数据分析处理,将不同频率时|Zx|和θ(ω)的值通过液晶对应显示,同时将数据存储在SD卡中。PC机可以通过USB接口直接读取SD卡中的信息并分析。
2. 2 信号源部分
信号发生器是系统的重要组成部分,要保证输出的正弦波信号失真小,幅值稳定且具有幅值、相位和频率可调的功能。该系统采用直接频率合成(Direct DigitalSynthesizer,DDS)技术,选用AD9852芯片来产生电压信号。AD9852是美国Analog Devices公司生产的新型直接数字频率合成器,具有频率转化速度快、频谱纯度高、工作温度范围宽、集成度高等特点。工作电压为3.3 V,片内有4~20倍可编程时钟乘法电路,系统最高时钟可达300 MHz,输出频率可达120 MHz,频率转化速度小于1μs。内部有12位D/A转化器、48位可编程频率寄存器和14位可编程相位寄存器,具有12位振幅调谐功能,能产生频率、相位、幅度可编程控制的高稳定模拟信号,完全能满足实验要求。信号源的电路原理框图如图3所示。
信号源的时钟采用外接一个20 MHz的有源晶振,通过内部时钟乘法器倍频得到系统时钟。由于DDS芯片直接输出的信号中带有内部时钟的干扰成份,为了抑制杂散,在AD9852输出端要加低通滤波器。
AD9852的最大输出幅度由5,6脚的电阻器RSET决定,RSET=39.93/IOUT。AD9852输出电流范围是5~20 mA。在输出典型值为10 mA时,可提供最好的SFD(Spurious Free Dynamic range)性能,因此选择RSET=3.9 kΩ。而数模变换器的输出电压幅度为-O.5~+1 V,输出信号功率不能直接满足要求,所以还要对输出信号进行放大。