專利名稱：新型接地電阻測試儀的設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及居民用電、工/商業(yè)用電、農(nóng)業(yè)用電等電氣安裝檢測領(lǐng)域，特別是一種接地電阻檢測、土壤電阻率測試和等電位接地電阻測試儀。
背景技術(shù)：
在涉及發(fā)電、配電和消耗電能的地方，必須采取一定的安全措施才能保護(hù)人們的生命安全。在許多情況下，這些安全措施都是必須定期檢查的國家和國際法規(guī)。接地是暴露的導(dǎo)電部分與地面之間的連接，是出現(xiàn)故障時最根本的安全保護(hù)措施。接地系統(tǒng)的有效性應(yīng)使用接地電阻測試儀器進(jìn)行檢查，確保與地面之間連接的有效性。接地電阻的測試方法通常有地樁法、單鉗法、雙鉗法等。地樁法測量準(zhǔn)確，但需要打樁布線；單鉗法為地樁法的擴展，可準(zhǔn)確地測量單點和網(wǎng)狀接地系統(tǒng)中的每個接地電極的電阻，而無需斷開任何并聯(lián)的接地電極；雙鉗法適用于多點接地的場合，無需打樁，無需斷開任何并聯(lián)的接地電極，但是測量精度較低。目前，市場上有各種各樣的接地電阻測試儀，這些測試儀器基本上僅具有上述的一種或兩種測試方法，而且測量頻率單一，不能自動避開干擾頻率，無法滿足所有的應(yīng)用場合。由上可見，在接地測試中，需要一種功能強大、外形輕巧、可靠性高、抗干擾能力強、智能化、便于攜帶的多功能的接地電阻測試儀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是:為了克服現(xiàn)有的接地電阻測試儀種類繁多、測試方法單一、非智能化等方面的不足，本發(fā)明提供一種多功能接地電阻測試儀。該接地電阻測試儀具有測量電流范圍寬、高穩(wěn)定性、高可靠性、測量成本低等特點；還具有自動頻率控制功能，并且外形小巧、便于攜帶，由于將多功能組合在一起，相對多種測試儀器成本得到降低。本發(fā)明的技術(shù)方案是:提供一種新型接地電阻測試儀的設(shè)計方法，其特征是:它包括激勵發(fā)生模塊、信號切換模塊、前置輸入模塊、ADC轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊、顯示模塊、人機接口與工作電源。所述激勵發(fā)生模塊，用于產(chǎn)生測量所需的激勵信號；
所述信號切換模塊，通過繼電器的組合，將激勵信號輸出到端子，將被測信號切入前置輸入模塊；
所述前置輸入模塊，用于調(diào)理測量的信號，輸出給所述ADC轉(zhuǎn)換模塊；
所述ADC轉(zhuǎn)換模塊，用于對所述接收的測量信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出給所述處理模塊；所述處理模塊，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行解析、運算、測量，得到測量結(jié)果，并將該測量結(jié)果輸出給所述顯示模塊；
所述顯示模塊，用于對所述測量結(jié)果進(jìn)行顯示。上述新型接地電阻測試儀的設(shè)計方法，其特征是:包括激勵發(fā)生模塊，激勵發(fā)生模塊中交流激勵源產(chǎn)生不同頻率、不同幅度的正弦波信號，用于接地電阻測量和土壤電阻率測量；直流激勵源產(chǎn)生帶限流保護(hù)的直流信號用于等電位接地電阻測量。上述信號切換模塊是接地電阻測量時將激勵發(fā)生模塊I的交流激勵信號切到端子；等電位接地電阻測量時將激勵發(fā)生模塊I的直流激勵信號切到端子，并完成激勵輸出的方向轉(zhuǎn)換；將被測信號切到前置輸入模塊3
上述前置輸入模塊用于接收被測信號，對其進(jìn)行增益衰減或放大后輸出給ADC轉(zhuǎn)換模塊4。上述ADC轉(zhuǎn)換模塊采用了兩個14位AD轉(zhuǎn)換芯片；I in為電流信號接入，U21為電流AD轉(zhuǎn)換芯片，SDOI為轉(zhuǎn)換后的電流信號，輸出給處理模塊；Vin為電壓信號接入，U22為電壓AD轉(zhuǎn)換芯片，SDOU為轉(zhuǎn)換后的電壓信號,輸出給處理模塊。上述數(shù)字信號處理模塊中D18為DSP芯片，用來處理轉(zhuǎn)換后的信號，對其進(jìn)行解析、運算、選最合適的測量測量頻率，得到測量結(jié)果；其中DB(TDB7、/WR、/RD、/CE、C/D是與顯示模塊的接口，將測量結(jié)果傳送給顯示模塊；X2為DSP芯片的外部晶振，D20為DSP芯片的外部復(fù)位芯片。上述激勵發(fā)生模塊中交流激勵源產(chǎn)生不同頻率、不同幅度的正弦波信號，用于接地電阻測量和土壤電阻率測量；直流激勵源產(chǎn)生帶限流保護(hù)的直流信號用于等電位接地電阻測量；信號切換電路包括:端子保護(hù)電路，如果接入有危險的信號，端子保護(hù)電路可以使操作人員及儀表免受危害；前置輸入電路包括:電壓輸入通道，通過模擬開關(guān)將繁瑣的電壓測量信號變得有條不紊，然后送入電壓ADC部分；電流輸入通道和鉗電流輸入通道，通過模擬開關(guān)將繁瑣的電流測量信號變得有條不紊，然后送入電流ADC部分；ADC轉(zhuǎn)換電路包括:電壓ADC部分和電流ADC部分；電壓ADC部分針對電壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出給DSP數(shù)字信號處理芯片SDOU 口 ；電流ADC部分針對電流信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出給DSP數(shù)字信號處理芯片SDOI 口 ；數(shù)字信號處理包括:DSP數(shù)字信號處理芯片、EEPROM存儲、BEEP蜂鳴、RTC時鐘、USB通訊；DSP數(shù)字信號處理芯片，處理轉(zhuǎn)換后的信號，輸出給顯示，還可以控制一些外圍電路；EEPR0M存儲，用于存儲相關(guān)數(shù)據(jù)；BEEP蜂鳴，用于測量時的告警；RTC時鐘，用于實時時鐘顯示；USB通訊，方便與PC機的通訊，可以將測量存儲的數(shù)據(jù)傳到PC機；人機接口包括:128 X 240點陣顯示和鍵盤；128 X 240點陣顯示，主要用于一次性顯示全部相關(guān)測量結(jié)果、數(shù)據(jù)、接線圖、顯示菜單供用戶進(jìn)行選擇；鍵盤，主要用于命令輸入、菜單選擇；工作電源采用8節(jié)1.5V堿性電池或8節(jié)1.2V NiMH充電電池，或使用12V電源適配器。本發(fā)明的有益效果是，將多種接地測試功能綜合于一身，功能強大，準(zhǔn)確度高，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，手持型攜帶方便，在測量之前，儀器可識別現(xiàn)有的干擾，然后選擇一個能將其影響減到最小的測量頻率；還可以設(shè)定不同應(yīng)用場合所需的測試電壓；還具有微處理器控制的自動測量功能，包括檢查探針連接，以確保測量正確進(jìn)行。它測量并顯示所有探針的接地電阻，確保測量結(jié)果可靠、一致。應(yīng)用了數(shù)字信號處理技術(shù)和數(shù)字信號處理器(DSP)芯片技術(shù)，實現(xiàn)了高準(zhǔn)確度測量，快的響應(yīng)速度；體積小型化，便攜式設(shè)計；功能多樣性，做到一表多用；比較完善的可程控功能；低功耗處理器和DSP的應(yīng)用。是測試工程師、技術(shù)員、測試專家和電器承包商首選的儀器。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1本發(fā)明接地電阻測試儀的設(shè)計方法的結(jié)構(gòu) 圖2是圖1中激勵發(fā)生模塊的結(jié)構(gòu) 圖3是圖1中信號切換模塊的結(jié)構(gòu) 圖4是圖1中信號接入模塊的結(jié)構(gòu) 圖5是圖1中ADC轉(zhuǎn)換模塊的一種具體實現(xiàn)電路 圖6是圖1中處理模塊的一種具體實現(xiàn)電路 圖7是圖1中顯示模塊的結(jié)構(gòu) 圖8是本發(fā)明接地電阻測試儀的設(shè)計方法的一種具體結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特性進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。圖1是本發(fā)明實施例中接地電阻測試儀的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，本發(fā)明實施例中新型接地電阻測試儀的設(shè)計方法包括順次相連的激勵發(fā)生模塊1、信號切換模塊2、信號接入模塊3、ADC轉(zhuǎn)換模塊4、處理模塊5和顯示模塊6。其中:
激勵發(fā)生模塊1，用于產(chǎn)生并輸出接地電阻測試所需的頻率可變、電壓可變的正弦波信號，用于產(chǎn)生并輸出等電位接地電阻測試所需的直流信號；
信號切換模塊2，用于將激勵發(fā)生模塊I的激勵信號切到端子，并將被測信號切到前置輸入模塊3 ；
前置輸入模塊3，用于接收被測信號，對其進(jìn)行衰減或增益放大后輸出給ADC轉(zhuǎn)換模塊
4 ；
ADC轉(zhuǎn)換模塊4，用于對接收來的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出給處理模塊5處理模塊5，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的待測信號進(jìn)行解析、運算、測量，得到測量結(jié)果，并將該測量結(jié)果輸出給顯示模塊6 ;
顯示模塊6，用于對測量結(jié)果進(jìn)行顯示。本發(fā)明的接地電阻測試儀可以提供如下測量功能:
1)可進(jìn)行四樁法、三樁法、兩樁法接地電阻測量；
2)可進(jìn)行四樁+單鉗法、三樁+單鉗法接地電阻測量；
3)可進(jìn)行雙鉗法測量；
4)可進(jìn)行土壤電阻率測量；
5)可進(jìn)行四極法、兩極法等電位電阻測量；
6)可進(jìn)行交流電流測量。圖2是圖1中激勵發(fā)生模塊的結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，激勵發(fā)生模塊中交流激勵源產(chǎn)生不同頻率、不同幅度的正弦波信號，用于接地電阻測量和土壤電阻率測量；直流激勵源產(chǎn)生帶限流保護(hù)的直流信號用于等電位接地電阻測量。圖3是圖1中信號切換模塊的結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示，接地電阻測量時將激勵發(fā)生模塊I的交流激勵信號切到端子；等電位接地電阻測量時將激勵發(fā)生模塊I的直流激勵信號切到端子，并完成激勵輸出的方向轉(zhuǎn)換；將被測信號切到前置輸入模塊3。
圖4是圖1中前置輸入模塊的結(jié)構(gòu)圖。如圖4所示，前置輸入模塊用于接收被測信號，對其進(jìn)行增益衰減或放大后輸出給ADC轉(zhuǎn)換模塊4。圖5是圖1中ADC轉(zhuǎn)換模塊的一種具體實現(xiàn)電路圖，如圖5所示，為了實現(xiàn)多功能合一，適應(yīng)不同的接入信號，采用了兩個14位AD轉(zhuǎn)換芯片。圖中Iin為電流信號接入，U21為電流AD轉(zhuǎn)換芯片，SDOI為轉(zhuǎn)換后的電流信號，輸出給處理模塊；Vin為電壓信號接入，U22為電壓AD轉(zhuǎn)換芯片，SDOU為轉(zhuǎn)換后的電壓信號,輸出給處理模塊。圖6是圖1中處理模塊的一種具體實現(xiàn)電路圖，如圖6所示，為了把多功能復(fù)雜的運算轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚臏y量處理，實現(xiàn)快速響應(yīng)，高準(zhǔn)確度測量，應(yīng)用了數(shù)字信號處理技術(shù)和數(shù)字信號處理器(DSP)芯片技術(shù)。圖中D18為DSP芯片，用來處理轉(zhuǎn)換后的信號，對其進(jìn)行解析、運算、選最合適的測量測量頻率，得到測量結(jié)果。圖中DB(TDB7、/WR、/RD、/CE、C/D是與顯示模塊的接口，將測量結(jié)果傳送給顯示模塊。X2為DSP芯片的外部晶振，D20為DSP芯片的外部復(fù)位芯片。圖7是圖1中顯示模塊的結(jié)構(gòu)圖，如圖7所示，為了使設(shè)計簡化、結(jié)構(gòu)輕巧，顯示模塊應(yīng)用128X240的點陣式IXD顯示屏。圖中T6963C為東芝公司出的一款點陣液晶專用單片機，用于將測量結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，驅(qū)動點陣液晶將結(jié)果顯示出來。LEDA與LEDK是背光控制口，用于調(diào)節(jié)背光明暗。圖8是本發(fā)明接地電阻測試儀的設(shè)計方法的一種具體結(jié)構(gòu)圖，由圖8可見，這種具體的新型接地電阻測試儀的設(shè)計方法包含激勵發(fā)生電路、信號切換電路、前置輸入電路、ADC轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字信號處理、人機接口與工作電源。信號切換電路包括:端子保護(hù)電路，如果接入有危險的信號，端子保護(hù)電路可以使操作人員及儀表免受危害；前置輸入電路包括:電壓輸入通道，通過模擬開關(guān)將繁瑣的電壓測量信號變得有條不紊，然后送入電壓ADC部分；電流輸入通道和鉗電流輸入通道，通過模擬開關(guān)將繁瑣的電流測量信號變得有條不紊，然后送入電流ADC部分。信號切換單元，通過繼電器的組合將多種測量功能有序的切換到當(dāng)前使用的功能。ADC轉(zhuǎn)換電路包括:電壓ADC部分和電流ADC部分。電壓ADC部分針對電壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出給DSP數(shù)字信號處理芯片SDOU 口 ；電流ADC部分針對電流信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出給DSP數(shù)字信號處理芯片SDOI 口。數(shù)字信號處理包括:DSP數(shù)字信號處理芯片、EEPROM存儲、BEEP蜂鳴、RTC時鐘、USB通訊。DSP數(shù)字信號處理芯片，處理轉(zhuǎn)換后的信號，輸出給顯示，還可以控制一些外圍電路；EEPR0M存儲，用于存儲相關(guān)數(shù)據(jù)；BEEP蜂鳴，用于測量時的告警；RTC時鐘，用于實時時鐘顯示；USB通訊，方便與PC機的通訊，可以將測量存儲的數(shù)據(jù)傳到PC機。人機接口包括:128X240點陣顯示和鍵盤。128X240點陣顯示，主要用于一次性顯示全部相關(guān)測量結(jié)果、數(shù)據(jù)、接線圖、顯示菜單供用戶進(jìn)行選擇等；鍵盤，主要用于命令輸入、菜單選擇等。工作電源采用8節(jié)1.5V堿性電池或8節(jié)1.2V NiMH充電電池，完全充滿電之后，可工作12小時以上，還可以使用12V電源適配器。進(jìn)一步地，上述新型低接地電阻測試儀還具有以下特點，實時時鐘顯示、實時存儲、通訊、蜂鳴告警、充電。本發(fā)明的接地電阻測試儀能夠針對建筑物中電氣裝置進(jìn)行總體檢查時的全部測量，方便測試、檢修人員的維護(hù)、調(diào)試和事故檢修。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種新型接地電阻測試儀的設(shè)計方法，其特征是:它包括激勵發(fā)生模塊、信號切換模塊、前置輸入模塊、ADC轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊、顯示模塊、人機接口與工作電源； 所述激勵發(fā)生模塊，用于產(chǎn)生測量所需的激勵信號； 所述信號切換模塊，通過繼電器的組合，將激勵信號輸出到端子，將被測信號切入前置輸入模塊； 所述前置輸入模塊，用于調(diào)理測量的信號，輸出給所述ADC轉(zhuǎn)換模塊； 所述ADC轉(zhuǎn)換模塊，用于對所述接收的測量信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出給所述處理模塊； 所述處理模塊，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行解析、運算、測量，得到測量結(jié)果，并將該測量結(jié)果輸出給所述顯示模塊； 所述顯示模塊，用于對所述測量結(jié)果進(jìn)行顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型接地電阻測試儀的設(shè)計方法，其特征是:包括激勵發(fā)生模塊，激勵發(fā)生模塊中交流激 勵源產(chǎn)生不同頻率、不同幅度的正弦波信號，用于接地電阻測量和土壤電阻率測量；直流激勵源產(chǎn)生帶限流保護(hù)的直流信號用于等電位接地電阻測量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型接地電阻測試儀的設(shè)計方法，其特征是:上述信號切換模塊是接地電阻測量時將激勵發(fā)生模塊I的交流激勵信號切到端子；等電位接地電阻測量時將激勵發(fā)生模塊I的直流激勵信號切到端子，并完成激勵輸出的方向轉(zhuǎn)換；將被測信號切到前置輸入模塊3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型接地電阻測試儀的設(shè)計方法，其特征是:上述前置輸入模塊用于接收被測信號，對其進(jìn)行增益衰減或放大后輸出給ADC轉(zhuǎn)換模塊4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型接地電阻測試儀的設(shè)計方法，其特征是:上述ADC轉(zhuǎn)換模塊采用了兩個14位AD轉(zhuǎn)換芯片；I in為電流信號接入，U21為電流AD轉(zhuǎn)換芯片，SDOI為轉(zhuǎn)換后的電流信號，輸出給處理模塊；Vin為電壓信號接入，U22為電壓AD轉(zhuǎn)換芯片，SDOU為轉(zhuǎn)換后的電壓信號，輸出給處理模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型接地電阻測試儀的設(shè)計方法，其特征是:上述數(shù)字信號處理模塊中D18為DSP芯片，用來處理轉(zhuǎn)換后的信號，對其進(jìn)行解析、運算、選最合適的測量測量頻率，得到測量結(jié)果；其中DB(TDB7、/WR、/RD、/CE、C/D是與顯示模塊的接口，將測量結(jié)果傳送給顯示模塊；X2為DSP芯片的外部晶振，D20為DSP芯片的外部復(fù)位芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型接地電阻測試儀的設(shè)計方法，其特征是:上述激勵發(fā)生模塊中交流激勵源產(chǎn)生不同頻率、不同幅度的正弦波信號，用于接地電阻測量和土壤電阻率測量；直流激勵源產(chǎn)生帶限流保護(hù)的直流信號用于等電位接地電阻測量；信號切換電路包括:端子保護(hù)電路，如果接入有危險的信號，端子保護(hù)電路可以使操作人員及儀表免受危害；前置輸入電路包括:電壓輸入通道，通過模擬開關(guān)將繁瑣的電壓測量信號變得有條不紊，然后送入電壓ADC部分；電流輸入通道和鉗電流輸入通道，通過模擬開關(guān)將繁瑣的電流測量信號變得有條不紊，然后送入電流ADC部分；ADC轉(zhuǎn)換電路包括:電壓ADC部分和電流ADC部分；電壓ADC部分針對電壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出給DSP數(shù)字信號處理芯片SDOU 口 ；電流ADC部分針對電流信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出給DSP數(shù)字信號處理芯片SDOI 口 ；數(shù)字信號處理包括:DSP數(shù)字信號處理芯片、EEPROM存儲、BEEP蜂鳴、RTC時鐘、USB通訊；DSP數(shù)字信號處理芯片，處理轉(zhuǎn)換后的信號，輸出給顯示，還可以控制一些外圍電路；EEPROM存儲，用于存儲相關(guān)數(shù)據(jù)；BEEP蜂鳴，用于測量時的告警；RTC時鐘，用于實時時鐘顯示；USB通訊，方便與PC機的通訊，可以將測量存儲的數(shù)據(jù)傳到PC機；人機接口包括:128X240點陣顯示和鍵盤；128X240點陣顯示，主要用于一次性顯示全部相關(guān)測量結(jié)果、數(shù)據(jù)、接線圖、顯示菜單供用戶進(jìn)行選擇；鍵盤，主要用于命令輸入、菜單選擇；工作電源采用8節(jié)1.5V 堿性電池或8節(jié)1.2V NiMH充電電池，或使用12V電源適配器。
全文摘要
本發(fā)明涉及居民用電、工/商業(yè)用電、農(nóng)業(yè)用電等電氣安裝檢測領(lǐng)域，特別是一種接地電阻檢測、土壤電阻率測試和等電位接地電阻測試儀。一種新型接地電阻測試儀的設(shè)計方法，其特征是它包括激勵發(fā)生模塊、信號切換模塊、前置輸入模塊、ADC轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊、顯示模塊、人機接口與工作電源。為了克服現(xiàn)有的接地電阻測試儀種類繁多、測試方法單一、非智能化等方面的不足，本發(fā)明提供一種多功能接地電阻測試儀。該接地電阻測試儀具有測量電流范圍寬、高穩(wěn)定性、高可靠性、測量成本低等特點；還具有自動頻率控制功能，并且外形小巧、便于攜帶，由于將多功能組合在一起，相對多種測試儀器成本得到降低。
文檔編號G01R27/20GK103176050SQ201110429680
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者劉波, 王 華 申請人:西安勝利儀器有限責(zé)任公司