本發(fā)明屬于熱釋電系數(shù)測量、熱釋電能量收集器電性能參數(shù)測量以及嵌入式系統(tǒng)設計等技術領域，涉及一種熱釋電能量收集器電性能參數(shù)測試系統(tǒng)，特別是一種適合熱釋電能量收集器進行能量轉(zhuǎn)換與收集特性評價的電學性能參數(shù)測試系統(tǒng)。

背景技術：

隨著無線傳感網(wǎng)絡和可攜帶電子器件等技術的飛速發(fā)展，特別是以低功耗智能傳感器系統(tǒng)(如植入式器件)和分布式無線傳感器網(wǎng)絡的快速發(fā)展，如何高效地周圍環(huán)境中收集能量及其相關技術越來越受到廣大科研人員關注。特別是近年來，熱釋電材料因具有直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能的優(yōu)勢，基于熱釋電效應的微能量轉(zhuǎn)換、收集和存儲的研究已成為環(huán)境微能源開發(fā)領域研究的熱點。

熱釋電效應是指某些晶體在受熱時晶體中的自發(fā)極化受溫度變化的影響而發(fā)生變化從而在晶體的表面上產(chǎn)生電荷的一種效應。熱釋電能量收集器是一種基于熱釋電材料的熱釋電器件。目前，熱釋電材料主要有：單晶材料、高分子有機聚合物及復合材料、金屬氧化物陶瓷及薄膜材料。單晶材料如TGS(硫酸三甘肽)、SBN(鈮酸鍶鋇)、PGO(鍺酸鉛)、KTN(鉭鈮酸鉀)等，它們具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、可靠性高、頻率響應特性好等特點；高分子有機聚合物及復合材料，如PVF(聚氟乙烯)、PVDF(聚偏二氟乙烯)、PVDF-PT(聚偏二氟乙烯與鈦酸鉛復合)、PVDF-PZT(聚偏二氟乙烯與鋯鈦酸鉛復合)等，高分子有機聚合物材料具有可薄膜化、大面積化等特點；金屬氧化物陶瓷及薄膜材料如PMN(鎂鈮酸鉛)、PST(鉭鈧酸鉛)、BST(鈦酸鍶鋇)等。它們具有抗氧化、耐高溫、耐潮濕、抗輻射、變化材料配方可以改變性能、工藝簡便、成本低廉等特點。

通常情況，評價熱釋電材料性能的優(yōu)劣主要取決于熱釋電系數(shù)p、晶體的介電常數(shù)。熱釋電材料的熱釋電系數(shù)p越大、介電常數(shù)越小，熱釋電材料性能越好。因此，如何精準地測量熱釋電材料的熱釋電系數(shù)p、介電常數(shù)對表征熱釋電材料性能至關重要。

目前，針對熱釋電系數(shù)p的測量，依據(jù)采集信號的不同，主要可以分為熱釋電電壓的測量、熱釋電電荷的測量和熱釋電電流的測量。如A.G.Chynoweth等采用直接電流法，利用紅外光束被調(diào)制后形成方波，再照射到鈦酸鍶鋇樣品上，樣品吸收光能使其溫度發(fā)生微小的周期性變化，然后從溫度變化點處觀測到熱釋電電流，從而首次測得熱釋電系數(shù)；A.M.Glass等采用積分電荷法測量熱釋電系數(shù)，通過反饋電容采集樣品隨溫度變化時所產(chǎn)生的熱釋電電荷，計算測得熱釋電系數(shù)，但使用這種方法時，溫度改變量一般只有幾度，因而該法分辨率差，且不宜在居里點附近測量，因為靠近居里點附近，熱釋電系數(shù)隨溫度的變化率太大；Hartley采用動態(tài)熱釋電電壓法，使樣品溫度按0.1～1Hz的頻率做余弦式變化，通過測量、采樣裝置得到熱釋電電壓測試曲線和溫度信號曲線，然后據(jù)此計算出熱釋電系數(shù)。華中科技大學曾亦可研究團隊通過改用梯度式動態(tài)升溫方式，對樣品施加直流偏壓，用熱釋電電流法，設計了用于熱釋電薄膜材料的熱釋電系數(shù)測量裝置。

就目前研究而言，為了提高熱釋電能量轉(zhuǎn)換和收集效率，研究工作的重點主要集中在對各種新型熱釋電材料的研制、熱釋電器件結(jié)構(gòu)和存儲收集電路優(yōu)化設計幾方面，而針對于熱釋電能量收集器的能量轉(zhuǎn)換與收集特性評價的電學性能參數(shù)測量(如熱釋電器件輸出電壓、輸出能量、功率密度等)研究相對較少。

為此，以微電子技術、嵌入式技術為基礎，深入開展微能量收集及相關技術對于進一步研究低功耗無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點或智能傳感系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)、醫(yī)療、智能交通和環(huán)境監(jiān)測等領域的應用具有十分重要的意義。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種熱釋電能量收集器電性能參數(shù)測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠滿足熱釋電能量收集器靜/動態(tài)測試需要、實現(xiàn)熱釋電能量收集器電性能參數(shù)(如熱釋電能量收集器的熱釋電系數(shù)、介電常數(shù)、損耗以及器件輸出電壓、能量、功率密度等)的有效測試，解決如何在強干擾噪聲條件下，微小電容、微弱電流及微能量測量中關鍵技術問題。

為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種熱釋電能量收集器電性能參數(shù)測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括熱釋電能量收集器測試腔、電性能參數(shù)測量接口模塊、溫度控制接口模塊以及基于SOPC的熱釋電能量收集器電性能測試檢測及控制系統(tǒng)；

所述熱釋電能量收集器測試腔用于快速實現(xiàn)腔內(nèi)溫度恒定/快速實現(xiàn)腔內(nèi)溫度按特定規(guī)律變化，滿足熱釋電能量收集器靜/動態(tài)測試需要；

所述電性能參數(shù)測量接口模塊用于測量熱釋電能量收集器靜態(tài)/動態(tài)等效微小電容，再依據(jù)平行板電容器電容公式計算出靜態(tài)/動態(tài)條件下熱釋電能量收集器熱釋電材料的介電常數(shù)；用于測量等速升溫條件下熱釋電電流，再依據(jù)熱釋電系數(shù)計算公式計算出熱釋電能量收集器熱釋電材料的熱釋電系數(shù)；用于測量溫度按特定曲線變化(如特定頻率正弦型函數(shù)變化)條件下，熱釋電能量收集器的能量轉(zhuǎn)換與收集特性測量，如有功、無功、視在功率能量值，采樣波形以及電壓和電流有效值的測量；用于熱釋電能收集器樣品工作于直流偏壓條件下，相關電性能參數(shù)的測量；

所述溫度控制接口模塊用于實現(xiàn)熱釋電能量收集器測試腔體內(nèi)恒溫、等速升溫以及溫度按特定頻率、特定變化曲線的控制；用于測量微小電容時，對腔體內(nèi)實時溫度進行采集或進行溫度補償；

所述基于SOPC的熱釋電能量收集器電性能測試檢測及控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)串行外設接口(SPI)外設的控制；用于實現(xiàn)快速溫度控制算法的處理；用于人機交互/顯示控制的觸摸屏控制器控制、紅外發(fā)射/接收處理控制；用于提供測試需要的直流偏壓；用于快速實現(xiàn)腔體內(nèi)溫度按特定需要的PWM輸出波形的控制；用于實現(xiàn)電容、電流、功率以及耗損等數(shù)據(jù)采集以及實現(xiàn)集成系統(tǒng)的控制。

進一步的，所述熱釋電能量收集器測試腔包括半導體制冷片、散熱/導冷片、散熱/導冷風扇、柔性蛇形溫敏電阻、DS18B20數(shù)字溫度傳感器、PT1000以及由隔熱板、保溫棉、可變?nèi)莘e安裝支架等組成；

所述半導體制冷片，熱釋電能量收集器測試腔體底層、頂層各安裝1片，在控溫PWM IP核控制下，分別用于實現(xiàn)腔體內(nèi)快速升溫、降溫的控制；

所述散熱/導冷片，采用導熱硅膠分別與半導體制冷片發(fā)熱面、致冷面良好粘結(jié)，用于快速導熱/導冷；

所述散熱/導冷風扇，安裝在散熱/導冷片上，快速實現(xiàn)散熱/導冷；

所述柔性蛇形溫敏電阻，采用導熱硅膠粘貼在測試腔體內(nèi)底層的半導體制冷片發(fā)熱面，用于實時檢測腔體內(nèi)底層溫度；

所述DS18B20數(shù)字溫度傳感器，安裝在熱釋電能量收集器測試腔體左、右兩側(cè)，用于實時測量腔體內(nèi)左右兩側(cè)溫度，用于對測試腔體內(nèi)恒溫判別；

所述PT1000，安裝在熱釋電能量收集器測試腔體左/右兩側(cè)，對腔體內(nèi)實時溫度進行采集，對測量熱釋電能量收集器等效微小電容時進行溫度補償；

所述隔熱板、保溫棉，用于熱釋電能量收集器腔體隔熱、保溫；

所述可變?nèi)莘e安裝支架，用于改變熱釋電能量收集器腔體容積、用于調(diào)控特定頻率控溫曲線。

進一步的，所述電性能參數(shù)測量接口模塊包括微小電容測量電路、微能量測量電路、微小電流測量電路、DAC及直流偏置電路等組成；

所述微小電容測量電路，用于測量熱釋電能量收集器靜態(tài)/動態(tài)等效微小電容，再依據(jù)平行板電容器電容公式計算出靜態(tài)/動態(tài)條件下熱釋電能量收集器熱釋電材料的介電常數(shù)；

所述微小電流測量電路，用于測量等速升溫條件下熱釋電電流，再依據(jù)熱釋電系數(shù)計算公式計算出熱釋電能量收集器熱釋電材料的熱釋電系數(shù)；

所述微能量測量電路，用于測量溫度按特定曲線變化(如特定頻率正弦型函數(shù)變化)條件下，熱釋電能量收集器的能量轉(zhuǎn)換與收集特性測量，如有功、無功、視在功率能量值，采樣波形以及電壓和電流有效值的測量；

所述DAC及直流偏置電路，用于熱釋電能收集器樣品工作于直流偏壓條件下，相關電性能參數(shù)的測量。

進一步的，所述溫度控制接口模塊包括固態(tài)繼電器陣列電路、模擬溫度采集前置放大電路、數(shù)字溫度采集接口電路、多路電子開關及ADC電路；

所述固態(tài)繼電器陣列電路，在控溫PWM IP核、制熱/致冷風扇控制器控制下，對半導體制冷片制熱/致冷進行快速控制，實現(xiàn)測試腔體內(nèi)恒溫、等速升溫以及溫度按特定頻率、特定變化曲線的快速控制；

所述模擬溫度采集前置放大電路，用于柔性蛇形溫敏電阻輸出模擬信號采集、放大、濾波等；用于實現(xiàn)測試腔體內(nèi)底層溫度測量；

所述數(shù)字溫度采集接口電路，用于連接數(shù)字溫度傳感器DS18B20與數(shù)字溫度處理IP核，便于數(shù)字溫度處理IP核實時采集測試腔體內(nèi)左、右測溫度；

所述多路電子開關及ADC電路，用于實現(xiàn)微小電流測量電路、模擬溫度采集前置放大電路輸出信號的采集切換控制以及模數(shù)轉(zhuǎn)換控制。

進一步的，所述基于SOPC的熱釋電能量收集器電性能測試檢測及控制系統(tǒng)包括紅外發(fā)射模塊、紅外接收IP核、數(shù)據(jù)采集IP核、控溫PWM IP核、散熱/導冷風扇控制器、直流偏置控制IP核、快速溫度控制算法模塊、SPI IP核、數(shù)字溫度處理IP核、觸摸屏控制器、SDRAM控制器和Flash控制器；

所述紅外發(fā)射模塊用于設置初始參數(shù)、如控溫恒定溫度、升溫速率、變溫頻率；

所述紅外接收IP核用于解碼紅外發(fā)射的數(shù)據(jù)，再依據(jù)解碼后數(shù)據(jù)進行相關處理；

所述數(shù)據(jù)采集IP核，用于對經(jīng)ADC芯片轉(zhuǎn)換后的模擬溫度數(shù)據(jù)、微小電流數(shù)據(jù)進行采集，為后續(xù)進行恒溫/變溫、熱釋電系數(shù)計算提供依據(jù)；

所述控溫PWM IP核，依據(jù)控溫條件，結(jié)合采集的實際溫度，在快速溫度控制算法模塊的控制下，輸出PWM波形控制相應的固態(tài)繼電器，為半導體制冷片斷續(xù)供電，達到控溫目的；

所述散熱/導冷風扇控制器，控制相應的固態(tài)繼電器，實現(xiàn)快速散熱/導冷控制；

所述直流偏置控制IP核，依據(jù)設置的初始條件，控制輸出特定的恒定數(shù)據(jù)，經(jīng)DAC及直流偏置電路輸出一定直流成分，作為熱釋電能收集器樣品工作的直流偏壓；

所述快速溫度控制算法模塊，依據(jù)控溫條件，結(jié)合數(shù)字溫度傳感器、柔性蛇形溫敏電阻采集的測試腔體底層、左右側(cè)溫度，基于模糊PID控溫算法實現(xiàn)測試腔體內(nèi)溫度的快速控制；

所述SPI IP核，用于實現(xiàn)對微能量測量電路、微小電容測量電路中ADE7753、PCap02AE芯片的控制、并對ADE7753、PCap02AE內(nèi)部用于與外部進行數(shù)據(jù)交換的寄存器進行數(shù)據(jù)讀/寫操作；

所述數(shù)字溫度處理IP核，用于將DS18B20輸出的數(shù)據(jù)處理成NIOS II軟核處理器能識別的溫度數(shù)據(jù)；

所述觸摸屏控制器，用于實現(xiàn)觸摸屏的顯示/人機交互控制；

所述SDRAM控制器，用于控制初始設置數(shù)據(jù)的存儲、數(shù)據(jù)的緩存；

所述Flash控制器，用于控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)和應用程序的存儲。

進一步的，所述紅外接收IP核、數(shù)據(jù)采集IP核、控溫PWM IP核、散熱/導冷風扇控制器、直流偏置控制IP核、快速溫度控制算法模塊、SPI IP核、數(shù)字溫度處理IP核、觸摸屏控制器、SDRAM控制器、Flash控制器通過SOPC技術封裝在單一FPGA芯片中。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供的熱釋電能量收集器電性能參數(shù)測試系統(tǒng)，針對熱釋電能量收集器靜/動態(tài)測試需要，利用快速溫度控制算法(如模糊PID)實現(xiàn)熱釋電能量收集器測試腔體溫度恒溫/變溫精準控制、基于SOPC技術實現(xiàn)微小電容、微弱電流、微能量測量，溫度數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集，以及人機交互控制等。它包括芯熱釋電能量收集器測試腔、電性能參數(shù)測量接口模塊、溫度控制接口模塊以及基于SOPC的熱釋電能量收集器電性能測試檢測、控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能有效測試熱釋電能量收集器電性能參數(shù)，如熱釋電能量收集器的熱釋電系數(shù)、介電常數(shù)、損耗以及器件輸出電壓、能量、功率密度等；該系統(tǒng)架構(gòu)靈活、升級換代容易、控制方式便捷、具有功耗低、靈敏度高；采用SOPC技術實現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)能解決采用傳統(tǒng)的系統(tǒng)設計方法系統(tǒng)功能升級困難，維護性差以及設計的靈活性較低等問題，能有效地簡化系統(tǒng)的構(gòu)造、縮短從概念到實現(xiàn)的距離。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明：

圖1為熱釋電能量收集器電性能參數(shù)測試系統(tǒng)原理框圖；

圖2為熱釋電能量收集器測試腔體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為微小電流測量電原理圖；

圖4為微能量測量電原理圖；

圖5為微小電容測量電原理圖；

其中：熱釋電能量收集器測試腔體1、模擬溫度采集前置放大電路2、微弱電流測量電路3、固態(tài)繼電器陣列4、多路電子開關及ADC電路5、紅外遙控發(fā)射電路6、紅外接收IP核7、NIOS II軟核處理器8、Flash控制器9、數(shù)據(jù)采集控制IP核10、快速溫度控制算法11、SDRAM控制器12、Flash 13、SDRAM 14、顯示/人機交互15、控溫PWM IP核16、觸摸屏控制器17、散熱/導冷風扇控制器18、直流偏置控制IP核19、數(shù)字溫度處理IP核20、SPI IP核21、DAC及直流偏置電路22、微小電容測量電路23、微能量測量電路24、數(shù)字溫度采集接口電路25；可變?nèi)莘e安裝支架26、散熱片27、隔熱板28、保溫棉29、PT1000熱敏電阻30、柔性蛇形熱敏電阻31、半導體制冷片(1)發(fā)熱面32、導冷風扇33、導冷片34、熱釋電能量收集器樣品35、DS18B20數(shù)字溫度傳感器36、半導體制冷片(2)致冷面37、散熱風扇38、差動放大單元39、儀表放大單元40、電流檢測輸出單元41、電壓輸出單元42、微電能測量單元43。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。

圖1為熱釋電能量收集器電性能參數(shù)測試系統(tǒng)原理框圖，如圖所示：本發(fā)明提供的熱釋電能量收集器電性能參數(shù)測試系統(tǒng)，包括熱釋電能量收集器測試腔、電性能參數(shù)測量接口模塊、溫度控制接口模塊以及基于SOPC的熱釋電能量收集器電性能測試檢測、控制系統(tǒng)。

圖2為熱釋電能量收集器測試腔體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，所述熱釋電能量收集器測試腔由可變?nèi)莘e安裝支架26、散熱片27、隔熱板28、保溫棉29、PT1000熱敏電阻30、柔性蛇形熱敏電阻31、半導體制冷片(1)發(fā)熱面32、導冷風扇33、導冷片34、熱釋電能量收集器樣品35、DS18B20數(shù)字溫度傳感器36、半導體制冷片(2)致冷面37、散熱風扇38等組成。半導體制冷片(1)發(fā)熱面32、半導體制冷片(2)致冷面37分別放置在測試腔體底層、頂層；柔性蛇形熱敏電阻31采用導熱硅膠粘貼在測試腔體內(nèi)底層的半導體制冷片發(fā)熱面上，2只DS18B20數(shù)字溫度傳感器36分別安裝在測試腔體左右兩側(cè)，PT1000熱敏電阻30安裝在在測試腔體左/右側(cè)；散熱片27、導冷片34采用導熱硅膠粘貼在半導體制冷片(2)的發(fā)熱面(即致冷面37的背面)、半導體制冷片(1)的致冷面(即發(fā)熱面32的背面)，并分別散熱風扇38、導冷風扇33組裝在一起；通過隔熱板28、保溫棉29，圍成一密封測試空間；通過可變?nèi)莘e支架26上下移動，可調(diào)節(jié)密封測試空間大?。粶y試用熱釋電能量收集器樣品35可采用傳統(tǒng)固相法按一定工藝流程制備不同Zr/Ti組分制備的熱釋電陶瓷片(Zr/Ti:94/6、95/5、96/4)，并制作單片、陣列和疊層三種不同結(jié)構(gòu)的熱釋電能量收集器。陶瓷片材料組分配比為Pb[(Mn_xNb_1-x)_1/2(Mn_xSb_1-x)_1/2]_y(Zr_zTi_1-z)_1-yO₃，其中：0.3≤x≤0.7，0≤y≤0.3，0.85≤z≤0.96，制備主要工藝流程為：首先，將分析純PbO、ZrO₂、TiO₂、Nb₂O₅、Sb₂O₃粉體原料和Mn(NO₃)₂溶液按設定的化學計量比配料，經(jīng)球磨、干燥和過篩后，在850℃保溫2小時預燒合成粉料；再通過造粒、干壓成型得到直徑為17mm、厚度為1.5mm的圓形坯體；坯體通過600℃排膠后，在1180～1300℃坩堝密封氣氛中燒結(jié)2h以成瓷；將成瓷試樣打磨、清洗、被銀、燒電極，得到有雙面電極的陶瓷片。最后，進行陶瓷片極化，極化條件是：在100～120℃的硅油中極化時間為15～30min，極化電場為3～5kV/mm。雙面制備有Ag電極和電極引線，陣列結(jié)構(gòu)采用導電膠將多片陶瓷片并列等距粘貼在基底黃銅片上，疊層結(jié)構(gòu)采用導電膠將陶瓷片上、下錯位粘貼。

圖3為微小電流測量電原理圖，所述電性能參數(shù)測量接口模塊由微小電容測量電路23、微能量測量電路24、微弱電流測量電路3、DAC及直流偏置電路22等組成。由圖5可知，微小電容測量電路23由PCap02AE單芯片構(gòu)成，該芯片自帶有信號處理器DSP，對功耗、精度和速度都進行了優(yōu)化，可靈活配置，且外部電路結(jié)構(gòu)簡單，能達到高精度、抗干擾、低功耗、線性度好的要求。熱釋電能量收集器連接在PC2-PC3兩端，C21作為參考電容連接在PC0-PC1兩端，通過SPI IP核21對PCap02AE控制，模塊測量當前的電容值，將測量結(jié)果放在結(jié)果寄存器中。該芯片的獨特之處就在于所測結(jié)果以待測電容和參考電容C21之比的形式給出，這樣既可以不考慮內(nèi)部晶振的誤差，也減少了溫度對于測量結(jié)果的影響。另外，測試系統(tǒng)中，還利用外接溫度傳感器PT100030實時測量測試腔體內(nèi)溫度，用以對溫度進行補償。測量熱釋電能量收集器靜態(tài)/動態(tài)等效微小電容后，再依據(jù)平行板電容器電容公式即可計算出靜態(tài)/動態(tài)條件下熱釋電能量收集器熱釋電材料的介電常數(shù)。

所述微能量測量電路24由電流檢測輸出單元41、電壓輸出單元42、微電能測量單元43構(gòu)成。如圖4所示，電流檢測輸出單元41LTC6102是一款精準零漂移、高壓側(cè)電流檢測放大器，通過一個外部檢測電阻器R31(分流電阻器)兩端的電壓來監(jiān)視電流，該芯片輸出與微電能測量單元43ADE7753V2P端相連，與V2N一道作為電流信號輸出端。通過SPI IP核21對ADE7753控制，經(jīng)LTC6102輸出的電流信號經(jīng)內(nèi)部放大、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字高通濾波器處理(可選功能)后,還需經(jīng)內(nèi)部積分器對其進行積分，才得到可用于電流有效值和電能計算的電流數(shù)據(jù)；熱釋電能量收集器電壓輸出接ADE7753V1P、V1N兩端口，電壓輸出單元42輸出的電壓信號經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換后,經(jīng)相位校正處理,得到可用于電壓有效值和電能計算的電壓數(shù)據(jù)。電流數(shù)據(jù)與電壓數(shù)據(jù)相乘并進行低通濾波，再累計，并用ADE7753內(nèi)部APOS寄存器中的設定值進行有功失調(diào)校正，再用芯片內(nèi)部WGAIN寄存器中的設定值進行有功誤差校正，即可得到滿足精度要求的有功電能值。該值經(jīng)芯片內(nèi)部CFNUM寄存器和CFDEN寄存器的值進行乘除處理后,送出與實際電功率成比例的電脈沖信號。電流數(shù)據(jù)經(jīng)移相90°后與電壓數(shù)據(jù)相乘得到無功電能數(shù)據(jù)。ADE7753芯片本身對該數(shù)據(jù)既不進行失調(diào)校正，也不進行誤差校正。NIOS II軟核處理器8經(jīng)SPI IP核21讀出該值后，需進行校正計算，才可得到與實際相符的無功電能值。電流有效值和電壓有效值是通過對各自信號數(shù)據(jù)進行均方根計算，再通過失調(diào)校正后得到。電流與電壓的有效值相乘。再累計。并用芯片內(nèi)部VA-GAIN寄存器中的設定值進行視在電能的誤差校正，即可得到滿足精度要求的視在電能值。由于用于視在電能計算的電流有效值、電壓有效值其失調(diào)均可獨立進行，無需單獨對視在電能進行失調(diào)校正。ADE7753內(nèi)部共有42個用于與外部進行數(shù)據(jù)交換的寄存器,有的只能讀,有的既能讀又能寫；有的數(shù)據(jù)長度只有6位，有的長度為24位；有的用于存儲測量數(shù)據(jù)，有的用于完成芯片的設定，有的用于指示芯片的工作狀態(tài)。通過SPI IP核21對ADE7753內(nèi)部寄存器的讀/寫控制，能實現(xiàn)微能量有功、無功、視在電能的測量；電流和電壓有效值測量，并可實時提供電流、電壓、有功波形數(shù)據(jù)。

所述微弱電流測量電路3由差動放大單元39、儀表放大單元40構(gòu)成。如圖3所示，由于熱釋電信號是很微弱的低頻信號，采用差動、源極跟隨器結(jié)構(gòu)，源極跟隨器的輸出電阻很小，實現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)換的功能。差動放大三極管選用結(jié)型場效應管，為了能測到微弱的熱釋電信號R13、R16取值應在10⁹數(shù)量級以上。熱釋電信號經(jīng)差動放大后再通過儀表放大單元40AD620進一步放大，電路中為保證放大精度，R112電阻選用精度0.1％以上電阻。經(jīng)后續(xù)多路電子開關及ADC電路5將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，由數(shù)據(jù)采集IP核采集后送NIOS II軟核處理器8處理，即可得到熱釋電電流，再依據(jù)熱釋電系數(shù)計算公式計算出熱釋電能量收集器熱釋電材料的熱釋電系數(shù)；

所述DAC及直流偏置電路22，用于提供熱釋電能收集器樣品工作于直流偏壓條件下的直流偏置電壓，便于測試直流偏置條件下相關電性能參數(shù)的測量；

所述固態(tài)繼電器陣列電路4，在控溫PWM IP核、制熱/致冷風扇控制器控制下，對半導體制冷片制熱/致冷進行快速控制，實現(xiàn)測試腔體內(nèi)恒溫、等速升溫以及溫度按特定頻率、特定變化曲線的快速控制；

所述模擬溫度采集前置放大電路2，用于柔性蛇形溫敏電阻輸出模擬信號采集、放大、濾波等；用于實現(xiàn)測試腔體內(nèi)底層溫度測量；

所述數(shù)字溫度采集接口電路25，用于連接數(shù)字溫度傳感器DS18B20與數(shù)字溫度處理IP核，便于數(shù)字溫度處理IP核實時采集測試腔體內(nèi)左、右測溫度；

所述多路電子開關及ADC電路5，用于實現(xiàn)微小電流測量電路、模擬溫度采集前置放大電路輸出信號的采集切換控制以及模數(shù)轉(zhuǎn)換控制；

所述基于SOPC的熱釋電能量收集器電性能測試檢測、控制系統(tǒng)包括紅外發(fā)射模塊7、紅外接收IP核7、數(shù)據(jù)采集IP核10、控溫PWM IP核16、散熱/導冷風扇控制器18、直流偏置控制IP核19、快速溫度控制算法模塊11、SPI IP核21、數(shù)字溫度處理IP核20、觸摸屏控制器17、SDRAM控制器12、Flash控制器9等組成；

所述紅外發(fā)射模塊，用于設置初始參數(shù)、如控溫恒定溫度、升溫速率、變溫頻率等；

所述紅外接收IP核，用于解碼紅外發(fā)射的數(shù)據(jù)，再依據(jù)解碼后數(shù)據(jù)進行相關處理；

所述數(shù)據(jù)采集IP核，用于對經(jīng)ADC芯片轉(zhuǎn)換后的模擬溫度數(shù)據(jù)、微小電流數(shù)據(jù)進行采集，為后續(xù)進行恒溫/變溫、熱釋電系數(shù)計算提供依據(jù)；

所述控溫PWM IP核，依據(jù)控溫條件，結(jié)合采集的實際溫度，在快速溫度控制算法模塊的控制下，輸出PWM波形控制相應的固態(tài)繼電器，為半導體制冷片斷續(xù)供電，達到控溫目的；

所述散熱/導冷風扇控制器，控制相應的固態(tài)繼電器，實現(xiàn)快速散熱/導冷控制；

所述直流偏置控制IP核，依據(jù)設置的初始條件，控制輸出特定的恒定數(shù)據(jù)，經(jīng)DAC及直流偏置電路輸出一定直流成分，作為熱釋電能收集器樣品工作的直流偏壓；

所述快速溫度控制算法模塊，依據(jù)控溫條件，結(jié)合數(shù)字溫度傳感器、柔性蛇形溫敏電阻采集的測試腔體底層、左右側(cè)溫度，基于模糊PID控溫算法實現(xiàn)測試腔體內(nèi)溫度的快速控制；

所述SPI IP核，用于實現(xiàn)對微能量測量電路、微小電容測量電路中ADE7753、PCap02AE芯片的控制、并對ADE7753、PCap02AE內(nèi)部用于與外部進行數(shù)據(jù)交換的寄存器進行數(shù)據(jù)讀/寫操作；

所述數(shù)字溫度處理IP核，用于將DS18B20輸出的數(shù)據(jù)處理成NIOS II軟核處理器能識別的溫度數(shù)據(jù)；

所述觸摸屏控制器，用于實現(xiàn)觸摸屏的顯示/人機交互控制；所述SDRAM控制器，用于控制初始設置數(shù)據(jù)的存儲、數(shù)據(jù)的緩存；所述Flash控制器，用于控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)和應用程序的存儲；所述紅外接收IP核、數(shù)據(jù)采集IP核、控溫PWM IP核、散熱/導冷風扇控制器、直流偏置控制IP核、快速溫度控制算法模塊、SPI IP核、數(shù)字溫度處理IP核、觸摸屏控制器、SDRAM控制器、Flash控制器通過SOPC技術封裝在單一FPGA芯片中。

最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。