一种低成本的高阻值电阻的测量系统及测量方法与流程

1.发明涉及电子技术领域，具体涉及高阻值电阻的测量系统及测量方法，更具体而言，涉及一种低成本的高阻值电阻的测量系统及测量方法。


背景技术：

2.在电子产品的生产作业中，员工的工作台上会放置很多电子元件，这些电子元件产生的静电很容易对人体及电子产品造成干扰，所以，现如今很多电子产品的生产车间的工作台上都铺设了大量防静电台垫。根据国标要求，铺设在工作台上的防静电台垫的表面层电阻需要达到106ω至109ω。目前业内，为了确保防静电台垫的表面层电阻确实达到了所需要求，通常用重锤式表面电阻测试仪定期测试防静电台垫的电阻。此方法的缺点在于，重锤式表面电阻测试仪价格昂贵，导致此法成本居高不下。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于，针对上述现有技术中的问题，提供一种低成本的高阻值电阻的测量系统及测量方法，所述测量系统及测量方法能够用于实时检测防静电台垫的接地情况，并测量防静电台垫的电阻，实施所述高阻值电阻测量系统及方法不需要用到重锤式表面电阻测试仪，可大幅节约测量成本。
4.为解决上述技术问题，发明所采用的技术方案是提供一种低成本的高阻值电阻测量系统，所述测量系统包括激励源、激励电阻、待测电阻以及电压检测模块；所述激励电阻与所述待测电阻相串联，所述激励电阻的一端与所述激励源相连、另一端与所述待测电阻的一端相连，所述待测电阻的另一端接地，所述电压检测模块连接于所述待测电阻的两端；其中，所述激励源用于输出稳定的测量电压，所述电压检测模块用于测量所述待测电阻两端的电压。
5.通过采用上述技术方案的测量系统，通过所述激励源输出稳定的测量电压，由所述电压检测模块测量得到所述待测电阻(可以是防静电台垫)两端的电压，由此可以得知所述激励电阻两端的电压，而在所述激励电阻的阻值已知的情况下即可得出流经所述激励电阻的电流值，由于所述激励电阻与所述电测电阻为串联关系，流经所述激励电阻的电流值与流经所述待测电阻的电流值相同，再根据欧姆定律即可得到所述待测电阻的阻值。如此，可在不使用重锤式表面电阻测试仪的情况下对防静电台垫的接地电阻进行测量，可大幅节约测量成本。
6.本发明提供的高阻值电阻测量系统中，所述电压检测模块包括跟随器、运算放大器和处理器，所述跟随器的一端连接于所述待测电阻的一端、另一端与所述运算放大器的一端连接，所述运算放大器的另一端与所述处理器的一端连接，所述处理器的另一端接地。
7.本发明提供的高阻值电阻测量系统中，所述跟随器的一端通过第一软件滤波器与所述待测电阻的一端连接。
8.本发明提供的高阻值电阻测量系统中，所述跟随器与所述运算放大器之间连接有
第二软件滤波器。
9.本发明提供的高阻值电阻测量系统中，所述运算放大器与所述处理器之间连接于第三软件滤波器。
10.本发明提供的高阻值电阻测量系统中，所述第一软件滤波器与所述待测电阻之间连接有保护电路。
11.本发明提供的高阻值电阻测量系统中，所述激励源输出测量电压的电压值在2v-5v之间，所述激励电阻的阻值在100mω-300mω之间。
12.相应的，本发明还提供了一种利用如上所述的测量系统对高阻值电阻进行测量的测量方法，所述测量方法包括测量步骤，所述测量步骤包括如下步骤：
13.利用所述激励源输出电压值为v的测量电压；
14.根据所述电压检测模块获得所述待测电阻两端的电压，记为v’；
15.按如下公式计算出流经所述待测电阻的电流i’，i’＝(v-v’)/r，其中，r为所述激励电阻的阻值；
16.按如下公式计算得出所述待测电阻的测量值r
x’，r
x’＝v’r/(v-v’)。
17.本发明提供的测量方法中，所述电压检测模块包括跟随器、运算放大器和处理器，所述跟随器的一端连接于所述待测电阻的一端、另一端与所述运算放大器的一端连接，所述运算放大器的另一端与所述处理器的一端连接，所述处理器的另一端接地；所述运算放大器的放大倍数为n；所述的“根据所述电压检测模块获得所述待测电阻两端的电压”的步骤包括如下步骤：
18.读取测量过程中所述处理器的电压值，记为v0；
19.按如下公式计算得出所述待测电阻两端的电压v’，v’＝v0/n。
20.本发明提供的测量方法中，所述测量方法还包括校准步骤，所述校准步骤包括：
21.将所述待测电阻替换为阻值已知的标准电阻，所述标准电阻的阻值为r
标
；
22.按照所述测量步骤对所述标准电阻的阻值进行测量，得到所述标准电阻的测量值r
标’；
23.按如下公式计算得出校准值
△
r，
△
r＝r
标
’‑r标
；
24.所述测量方法还包括如下步骤：
25.按如下公式计算得到所述待测电阻的真实值r
x
，r
x
＝r
x
’‑△
r＝v’r/(v-v’)
‑△
r＝rv0/(nv-v0)
‑△
r。
26.实施本发明具至少可以达到以下有益效果：
27.1、在本发明的测量系统中，通过所述激励源输出稳定的测量电压，由所述电压检测模块测量得到所述待测电阻(可以是防静电台垫)两端的电压，由此可以得知所述激励电阻两端的电压，而在所述激励电阻的阻值已知的情况下即可得出流经所述激励电阻的电流值，由于所述激励电阻与所述电测电阻为串联关系，流经所述激励电阻的电流值与流经所述待测电阻的电流值相同，再根据欧姆定律即可得到所述待测电阻的阻值。如此，可在不使用重锤式表面电阻测试仪的情况下对防静电台垫的接地电阻进行测量，可大幅节约测量成本。
28.2、在本发明的测量方法，利用阻值已知的标准电阻对整个所述测量系统进行测量误差的校准，得到校准值
△
r，然后将测得的所述待测电阻的测量值r
x’减去所述校准值
△r可得到所述待测电阻的真实值r
x
，如此，使得利用所述测量方法得到的测量结果更加准确。
附图说明
29.为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
30.图1为本实施提供的高阻值电阻测量系统的结构框图。
具体实施方式
31.为了便于理解发明，下面将参照相关附图对发明进行更全面的描述。附图中给出了发明的典型实施例。但是，发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对发明的公开内容更加透彻全面。
32.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制发明。
33.本实施例提供了一种低成本的高阻值电阻测量系统。图1示出了本实施提供的高阻值电阻测量系统的结构框图，如图1所示，所述测量系统包括激励源、激励电阻、待测电阻以及电压检测模块。在图1中可以看到，所述激励电阻与所述待测电阻相串联。所述激励电阻的一端与所述激励源相连、另一端与所述待测电阻的一端相连，所述待测电阻的另一端接地。在这里，所述待测电阻的另一端连接设备地(即图1中所示出的铜带)。所述电压检测模块连接于所述待测电阻的两端。其中，所述激励源用于输出稳定的测量电压，所述电压检测模块用于测量所述待测电阻两端的电压。在图1中可以看到，所述电压检测模块包括跟随器、运算放大器和处理器，所述跟随器的一端连接于所述待测电阻的一端、另一端与所述运算放大器的一端连接，所述运算放大器的另一端与所述处理器的一端连接，所述处理器的另一端接地。在这里，所述处理器的另一端连接设备地(即图1中所示出的铜带)。优选的，所述跟随器的一端通过第一软件滤波器与所述待测电阻的一端连接，所述第一软件滤波器与所述待测电阻之间连接有保护电路。所述跟随器与所述运算放大器之间连接有第二软件滤波器。所述运算放大器与所述处理器之间连接于第三软件滤波器。由以上描述可知，通过所述激励源输出稳定的测量电压，由所述电压检测模块测量得到所述待测电阻两端的电压，由此可以得知所述激励电阻两端的电压，而在所述激励电阻的阻值已知的情况下即可得出流经所述激励电阻的电流值，由于所述激励电阻与所述电测电阻为串联关系，流经所述激励电阻的电流值与流经所述待测电阻的电流值相同，再根据欧姆定律即可得到所述待测电阻的阻值。而这里的待测电阻可以是防静电台垫，如此一来，通过所述测量系统，可在不使用重锤式表面电阻测试仪的情况下对防静电台垫的接地电阻进行测量，可大幅节约测量成本。
34.本实施例中，所述激励源输出测量电压的电压值在2v-5v之间。作为最优选的，所述激励源输出测量电压的电压值为3.3v。在这里，所述激励源选用高精度、温漂小的电源ic。值得一提的是，在现有技术中，测试高阻抗的产品，一般需要100v以上的高压，造成费用
高且有一定的用电危险的问题。而在本实施例提供的高阻值电阻测量系统中，只需3.3v作为激励源即可，既能节省成本，有能保证用电安全。
35.本实施例中，为了保证所述测量系统的检测范围能达到106ω至109ω，我们需要选择阻值合适的激励电阻。我们通过理论计算和实测验证发现，所述激励电阻需要在100mω-300mω之间，而作为最优的选择，我们选用的激励电阻的阻值为200mω。需要说明的是，此激励电阻的选型至关重要，选型时注意选择精度高、温漂小、知名品牌的电阻。例如，日本finechen超高阻。
36.本实施例中，所述待测电阻即为防静电台垫。应当理解的是，防静电台垫的两端的电压必须经过隔离放大后传输至处理器。在这里，隔离也称为电压跟随，一是将高阻抗转化为低阻抗处理，二是将外界检测电路与处理器隔开，增强产品的抗干扰能力。隔离电路需选择高输入阻抗的跟随器。经过所述跟随器处理后的电压再经过所述运算放大器，放大到合理电压范围后可供处所述理器识别。
37.本实施例中，所述处理器需要接收所述运算放大器的输出电压，经过软件滤波处理后，输出防静电台垫的两端的电压。在这里，所述处理器选择高精度的adc处理器。
38.本实施例中，为达到
±
10％的检测精度，所述测量系统中还加入了所述第一软件滤波器、所述第二软件滤波器、和所述第三软件滤波器，以增强所述测量系统的抗干扰性能。目前，高频干扰通过硬件rc滤波处理，但电子产品的生产产线上运行的产品，最大的干扰来来自工频干扰。而使用硬件电路滤除50hz干扰，显然成本较高，故在本实施例提供的测量系统中，选择软件滤波的方式来滤除50hz干扰。
39.需要说明的是，在使用所述测量系统对待测电阻(例如，防静电台垫)进行测量时，可以先利用一阻值已知的标准电阻对所述测量系统进行一次校准动作，然后将测得的所述待测电阻的测量值减去所述校准值可得到所述待测电阻的真实值，如此，使得所述测量系统的测量结果更加准确。具体可参见下文中描述的利用如上所述的测量系统对高阻值电阻进行测量的测量方法。
40.下面介绍利用如上所述的测量系统对高阻值电阻进行测量的测量方法。所述测量方法包括测量步骤，具体的，所述测量步骤包括如下步骤：
41.利用所述激励源输出电压值为v的测量电压；
42.根据所述电压检测模块获得所述待测电阻两端的电压，记为v’；
43.按如下公式计算出流经所述待测电阻的电流i’，i’＝(v-v’)/r，其中，r为所述激励电阻的阻值；
44.按如下公式计算得出所述待测电阻的测量值r
x’，r
x’＝v’r/(v-v’)。
45.由前文描述可知，所述电压检测模块包括跟随器、运算放大器和处理器，所述跟随器的一端连接于所述待测电阻的一端、另一端与所述运算放大器的一端连接，所述运算放大器的另一端与所述处理器的一端连接，所述处理器的另一端接地。在这里，所述运算放大器的放大倍数为n，n为大于等于2的正数，其取值可以是5、10、50、100、1000等。那么，上述的“根据所述电压检测模块获得所述待测电阻两端的电压”的步骤可分为如下步骤：
46.读取测量过程中所述处理器的电压值，记为v0；
47.按如下公式计算得出所述待测电阻两端的电压v’，v’＝v0/n。
48.如此一来，所述待测电阻的测量值r
x’＝rv0/(nv-v0)。
49.承上所述，为了提高测量精度，可在实施所述测量步骤之间，实施校准步骤。具体的，所述校准步骤包括：
50.将所述待测电阻替换为阻值已知的标准电阻，所述标准电阻的阻值为r
标
；
51.按照所述测量步骤对所述标准电阻的阻值进行测量，得到所述标准电阻的测量值r
标’；
52.按如下公式计算得出校准值
△
r，
△
r＝r
标
’‑r标
。
53.接下来，按如下公式计算即可得到所述待测电阻的真实值r
x
，r
x
＝r
x
’‑△
r＝v’r/(v-v’)
‑△
r＝rv0/(nv-v0)
‑△
r。
54.上面结合附图对发明的实施例进行了描述，但是发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在发明的启示下，在不脱离发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于发明的保护之内。