专利名称：新型接地电阻测试仪的设计方法
技术领域：
本发明涉及居民用电、工/商业用电、农业用电等电气安装检测领域，特别是一种接地电阻检测、土壤电阻率测试和等电位接地电阻测试仪。
背景技术：
在涉及发电、配电和消耗电能的地方，必须采取一定的安全措施才能保护人们的生命安全。在许多情况下，这些安全措施都是必须定期检查的国家和国际法规。接地是暴露的导电部分与地面之间的连接，是出现故障时最根本的安全保护措施。接地系统的有效性应使用接地电阻测试仪器进行检查，确保与地面之间连接的有效性。接地电阻的测试方法通常有地桩法、单钳法、双钳法等。地桩法测量准确，但需要打桩布线；单钳法为地桩法的扩展，可准确地测量单点和网状接地系统中的每个接地电极的电阻，而无需断开任何并联的接地电极；双钳法适用于多点接地的场合，无需打桩，无需断开任何并联的接地电极，但是测量精度较低。目前，市场上有各种各样的接地电阻测试仪，这些测试仪器基本上仅具有上述的一种或两种测试方法，而且测量频率单一，不能自动避开干扰频率，无法满足所有的应用场合。由上可见，在接地测试中，需要一种功能强大、外形轻巧、可靠性高、抗干扰能力强、智能化、便于携带的多功能的接地电阻测试仪。
发明内容
本发明的目的是:为了克服现有的接地电阻测试仪种类繁多、测试方法单一、非智能化等方面的不足，本发明提供一种多功能接地电阻测试仪。该接地电阻测试仪具有测量电流范围宽、高稳定性、高可靠性、测量成本低等特点；还具有自动频率控制功能，并且外形小巧、便于携带，由于将多功能组合在一起，相对多种测试仪器成本得到降低。本发明的技术方案是:提供一种新型接地电阻测试仪的设计方法，其特征是:它包括激励发生模块、信号切换模块、前置输入模块、ADC转换模块、数字信号处理模块、显示模块、人机接口与工作电源。所述激励发生模块，用于产生测量所需的激励信号；
所述信号切换模块，通过继电器的组合，将激励信号输出到端子，将被测信号切入前置输入模块；
所述前置输入模块，用于调理测量的信号，输出给所述ADC转换模块；
所述ADC转换模块，用于对所述接收的测量信号进行模数转换，输出给所述处理模块；所述处理模块，用于对模数转换后的信号进行解析、运算、测量，得到测量结果，并将该测量结果输出给所述显示模块；
所述显示模块，用于对所述测量结果进行显示。上述新型接地电阻测试仪的设计方法，其特征是:包括激励发生模块，激励发生模块中交流激励源产生不同频率、不同幅度的正弦波信号，用于接地电阻测量和土壤电阻率测量；直流激励源产生带限流保护的直流信号用于等电位接地电阻测量。上述信号切换模块是接地电阻测量时将激励发生模块I的交流激励信号切到端子；等电位接地电阻测量时将激励发生模块I的直流激励信号切到端子，并完成激励输出的方向转换；将被测信号切到前置输入模块3
上述前置输入模块用于接收被测信号，对其进行增益衰减或放大后输出给ADC转换模块4。上述ADC转换模块采用了两个14位AD转换芯片；I in为电流信号接入，U21为电流AD转换芯片，SDOI为转换后的电流信号，输出给处理模块；Vin为电压信号接入，U22为电压AD转换芯片，SDOU为转换后的电压信号,输出给处理模块。上述数字信号处理模块中D18为DSP芯片，用来处理转换后的信号，对其进行解析、运算、选最合适的测量测量频率，得到测量结果；其中DB(TDB7、/WR、/RD、/CE、C/D是与显示模块的接口，将测量结果传送给显示模块；X2为DSP芯片的外部晶振，D20为DSP芯片的外部复位芯片。上述激励发生模块中交流激励源产生不同频率、不同幅度的正弦波信号，用于接地电阻测量和土壤电阻率测量；直流激励源产生带限流保护的直流信号用于等电位接地电阻测量；信号切换电路包括:端子保护电路，如果接入有危险的信号，端子保护电路可以使操作人员及仪表免受危害；前置输入电路包括:电压输入通道，通过模拟开关将繁琐的电压测量信号变得有条不紊，然后送入电压ADC部分；电流输入通道和钳电流输入通道，通过模拟开关将繁琐的电流测量信号变得有条不紊，然后送入电流ADC部分；ADC转换电路包括:电压ADC部分和电流ADC部分；电压ADC部分针对电压信号进行模数转换，输出给DSP数字信号处理芯片SDOU 口 ；电流ADC部分针对电流信号进行模数转换，输出给DSP数字信号处理芯片SDOI 口 ；数字信号处理包括:DSP数字信号处理芯片、EEPROM存储、BEEP蜂鸣、RTC时钟、USB通讯；DSP数字信号处理芯片，处理转换后的信号，输出给显示，还可以控制一些外围电路；EEPR0M存储，用于存储相关数据；BEEP蜂鸣，用于测量时的告警；RTC时钟，用于实时时钟显示；USB通讯，方便与PC机的通讯，可以将测量存储的数据传到PC机；人机接口包括:128 X 240点阵显示和键盘；128 X 240点阵显示，主要用于一次性显示全部相关测量结果、数据、接线图、显示菜单供用户进行选择；键盘，主要用于命令输入、菜单选择；工作电源采用8节1.5V碱性电池或8节1.2V NiMH充电电池，或使用12V电源适配器。本发明的有益效果是，将多种接地测试功能综合于一身，功能强大，准确度高，结构设计简单，手持型携带方便，在测量之前，仪器可识别现有的干扰，然后选择一个能将其影响减到最小的测量频率；还可以设定不同应用场合所需的测试电压；还具有微处理器控制的自动测量功能，包括检查探针连接，以确保测量正确进行。它测量并显示所有探针的接地电阻，确保测量结果可靠、一致。应用了数字信号处理技术和数字信号处理器(DSP)芯片技术，实现了高准确度测量，快的响应速度；体积小型化，便携式设计；功能多样性，做到一表多用；比较完善的可程控功能；低功耗处理器和DSP的应用。是测试工程师、技术员、测试专家和电器承包商首选的仪器。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1本发明接地电阻测试仪的设计方法的结构 图2是图1中激励发生模块的结构 图3是图1中信号切换模块的结构 图4是图1中信号接入模块的结构 图5是图1中ADC转换模块的一种具体实现电路 图6是图1中处理模块的一种具体实现电路 图7是图1中显示模块的结构 图8是本发明接地电阻测试仪的设计方法的一种具体结构图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的原理和特性进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。图1是本发明实施例中接地电阻测试仪的结构图。如图1所示，本发明实施例中新型接地电阻测试仪的设计方法包括顺次相连的激励发生模块1、信号切换模块2、信号接入模块3、ADC转换模块4、处理模块5和显示模块6。其中:
激励发生模块1，用于产生并输出接地电阻测试所需的频率可变、电压可变的正弦波信号，用于产生并输出等电位接地电阻测试所需的直流信号；
信号切换模块2，用于将激励发生模块I的激励信号切到端子，并将被测信号切到前置输入模块3 ；
前置输入模块3，用于接收被测信号，对其进行衰减或增益放大后输出给ADC转换模块
4 ；
ADC转换模块4，用于对接收来的信号进行模数转换，输出给处理模块5处理模块5，用于对模数转换后的待测信号进行解析、运算、测量，得到测量结果，并将该测量结果输出给显示模块6 ;
显示模块6，用于对测量结果进行显示。本发明的接地电阻测试仪可以提供如下测量功能:
1)可进行四桩法、三桩法、两桩法接地电阻测量；
2)可进行四桩+单钳法、三桩+单钳法接地电阻测量；
3)可进行双钳法测量；
4)可进行土壤电阻率测量；
5)可进行四极法、两极法等电位电阻测量；
6)可进行交流电流测量。图2是图1中激励发生模块的结构图。如图2所示，激励发生模块中交流激励源产生不同频率、不同幅度的正弦波信号，用于接地电阻测量和土壤电阻率测量；直流激励源产生带限流保护的直流信号用于等电位接地电阻测量。图3是图1中信号切换模块的结构图。如图3所示，接地电阻测量时将激励发生模块I的交流激励信号切到端子；等电位接地电阻测量时将激励发生模块I的直流激励信号切到端子，并完成激励输出的方向转换；将被测信号切到前置输入模块3。
图4是图1中前置输入模块的结构图。如图4所示，前置输入模块用于接收被测信号，对其进行增益衰减或放大后输出给ADC转换模块4。图5是图1中ADC转换模块的一种具体实现电路图，如图5所示，为了实现多功能合一，适应不同的接入信号，采用了两个14位AD转换芯片。图中Iin为电流信号接入，U21为电流AD转换芯片，SDOI为转换后的电流信号，输出给处理模块；Vin为电压信号接入，U22为电压AD转换芯片，SDOU为转换后的电压信号,输出给处理模块。图6是图1中处理模块的一种具体实现电路图，如图6所示，为了把多功能复杂的运算转变为简单的测量处理，实现快速响应，高准确度测量，应用了数字信号处理技术和数字信号处理器(DSP)芯片技术。图中D18为DSP芯片，用来处理转换后的信号，对其进行解析、运算、选最合适的测量测量频率，得到测量结果。图中DB(TDB7、/WR、/RD、/CE、C/D是与显示模块的接口，将测量结果传送给显示模块。X2为DSP芯片的外部晶振，D20为DSP芯片的外部复位芯片。图7是图1中显示模块的结构图，如图7所示，为了使设计简化、结构轻巧，显示模块应用128X240的点阵式IXD显示屏。图中T6963C为东芝公司出的一款点阵液晶专用单片机，用于将测量结果进行转换处理，驱动点阵液晶将结果显示出来。LEDA与LEDK是背光控制口，用于调节背光明暗。图8是本发明接地电阻测试仪的设计方法的一种具体结构图，由图8可见，这种具体的新型接地电阻测试仪的设计方法包含激励发生电路、信号切换电路、前置输入电路、ADC转换电路、数字信号处理、人机接口与工作电源。信号切换电路包括:端子保护电路，如果接入有危险的信号，端子保护电路可以使操作人员及仪表免受危害；前置输入电路包括:电压输入通道，通过模拟开关将繁琐的电压测量信号变得有条不紊，然后送入电压ADC部分；电流输入通道和钳电流输入通道，通过模拟开关将繁琐的电流测量信号变得有条不紊，然后送入电流ADC部分。信号切换单元，通过继电器的组合将多种测量功能有序的切换到当前使用的功能。ADC转换电路包括:电压ADC部分和电流ADC部分。电压ADC部分针对电压信号进行模数转换，输出给DSP数字信号处理芯片SDOU 口 ；电流ADC部分针对电流信号进行模数转换，输出给DSP数字信号处理芯片SDOI 口。数字信号处理包括:DSP数字信号处理芯片、EEPROM存储、BEEP蜂鸣、RTC时钟、USB通讯。DSP数字信号处理芯片，处理转换后的信号，输出给显示，还可以控制一些外围电路；EEPR0M存储，用于存储相关数据；BEEP蜂鸣，用于测量时的告警；RTC时钟，用于实时时钟显示；USB通讯，方便与PC机的通讯，可以将测量存储的数据传到PC机。人机接口包括:128X240点阵显示和键盘。128X240点阵显示，主要用于一次性显示全部相关测量结果、数据、接线图、显示菜单供用户进行选择等；键盘，主要用于命令输入、菜单选择等。工作电源采用8节1.5V碱性电池或8节1.2V NiMH充电电池，完全充满电之后，可工作12小时以上，还可以使用12V电源适配器。进一步地，上述新型低接地电阻测试仪还具有以下特点，实时时钟显示、实时存储、通讯、蜂鸣告警、充电。本发明的接地电阻测试仪能够针对建筑物中电气装置进行总体检查时的全部测量，方便测试、检修人员的维护、调试和事故检修。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种新型接地电阻测试仪的设计方法，其特征是:它包括激励发生模块、信号切换模块、前置输入模块、ADC转换模块、数字信号处理模块、显示模块、人机接口与工作电源； 所述激励发生模块，用于产生测量所需的激励信号； 所述信号切换模块，通过继电器的组合，将激励信号输出到端子，将被测信号切入前置输入模块； 所述前置输入模块，用于调理测量的信号，输出给所述ADC转换模块； 所述ADC转换模块，用于对所述接收的测量信号进行模数转换，输出给所述处理模块； 所述处理模块，用于对模数转换后的信号进行解析、运算、测量，得到测量结果，并将该测量结果输出给所述显示模块； 所述显示模块，用于对所述测量结果进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种新型接地电阻测试仪的设计方法，其特征是:包括激励发生模块，激励发生模块中交流激 励源产生不同频率、不同幅度的正弦波信号，用于接地电阻测量和土壤电阻率测量；直流激励源产生带限流保护的直流信号用于等电位接地电阻测量。
3.根据权利要求1所述的一种新型接地电阻测试仪的设计方法，其特征是:上述信号切换模块是接地电阻测量时将激励发生模块I的交流激励信号切到端子；等电位接地电阻测量时将激励发生模块I的直流激励信号切到端子，并完成激励输出的方向转换；将被测信号切到前置输入模块3。
4.根据权利要求1所述的一种新型接地电阻测试仪的设计方法，其特征是:上述前置输入模块用于接收被测信号，对其进行增益衰减或放大后输出给ADC转换模块4。
5.根据权利要求1所述的一种新型接地电阻测试仪的设计方法，其特征是:上述ADC转换模块采用了两个14位AD转换芯片；I in为电流信号接入，U21为电流AD转换芯片，SDOI为转换后的电流信号，输出给处理模块；Vin为电压信号接入，U22为电压AD转换芯片，SDOU为转换后的电压信号，输出给处理模块。
6.根据权利要求1所述的一种新型接地电阻测试仪的设计方法，其特征是:上述数字信号处理模块中D18为DSP芯片，用来处理转换后的信号，对其进行解析、运算、选最合适的测量测量频率，得到测量结果；其中DB(TDB7、/WR、/RD、/CE、C/D是与显示模块的接口，将测量结果传送给显示模块；X2为DSP芯片的外部晶振，D20为DSP芯片的外部复位芯片。
7.根据权利要求1所述的一种新型接地电阻测试仪的设计方法，其特征是:上述激励发生模块中交流激励源产生不同频率、不同幅度的正弦波信号，用于接地电阻测量和土壤电阻率测量；直流激励源产生带限流保护的直流信号用于等电位接地电阻测量；信号切换电路包括:端子保护电路，如果接入有危险的信号，端子保护电路可以使操作人员及仪表免受危害；前置输入电路包括:电压输入通道，通过模拟开关将繁琐的电压测量信号变得有条不紊，然后送入电压ADC部分；电流输入通道和钳电流输入通道，通过模拟开关将繁琐的电流测量信号变得有条不紊，然后送入电流ADC部分；ADC转换电路包括:电压ADC部分和电流ADC部分；电压ADC部分针对电压信号进行模数转换，输出给DSP数字信号处理芯片SDOU 口 ；电流ADC部分针对电流信号进行模数转换，输出给DSP数字信号处理芯片SDOI 口 ；数字信号处理包括:DSP数字信号处理芯片、EEPROM存储、BEEP蜂鸣、RTC时钟、USB通讯；DSP数字信号处理芯片，处理转换后的信号，输出给显示，还可以控制一些外围电路；EEPROM存储，用于存储相关数据；BEEP蜂鸣，用于测量时的告警；RTC时钟，用于实时时钟显示；USB通讯，方便与PC机的通讯，可以将测量存储的数据传到PC机；人机接口包括:128X240点阵显示和键盘；128X240点阵显示，主要用于一次性显示全部相关测量结果、数据、接线图、显示菜单供用户进行选择；键盘，主要用于命令输入、菜单选择；工作电源采用8节1.5V 碱性电池或8节1.2V NiMH充电电池，或使用12V电源适配器。
全文摘要
本发明涉及居民用电、工/商业用电、农业用电等电气安装检测领域，特别是一种接地电阻检测、土壤电阻率测试和等电位接地电阻测试仪。一种新型接地电阻测试仪的设计方法，其特征是它包括激励发生模块、信号切换模块、前置输入模块、ADC转换模块、数字信号处理模块、显示模块、人机接口与工作电源。为了克服现有的接地电阻测试仪种类繁多、测试方法单一、非智能化等方面的不足，本发明提供一种多功能接地电阻测试仪。该接地电阻测试仪具有测量电流范围宽、高稳定性、高可靠性、测量成本低等特点；还具有自动频率控制功能，并且外形小巧、便于携带，由于将多功能组合在一起，相对多种测试仪器成本得到降低。
文档编号G01R27/20GK103176050SQ201110429680
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者刘波, 王 华 申请人:西安胜利仪器有限责任公司