CN103063928A - 用于测量大地接地电阻的测试系统和数字相干检波方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测量大地接地电阻的测试系统和数字相干检波方法，用于测量大地接地电阻的测试系统包括与电源连接的交流信号发生器、滤波电路和处理器，还包括两根插入大地的金属电极，所述交流信号发生器、滤波电路均与所述两根金属电极连接，所述交流信号发生器、滤波电路均与所述处理器连接。本发明的测试系统结构简单，轻便，方便携带；测量精确，准确性高，且测量效率高。

Description

用于测量大地接地电阻的测试系统和数字相干检波方法

技术领域

本发明涉及一种地球物理勘探领域,特别是一种用于测量大地接地电阻的测试系统和数字相干检波方法。

背景技术

现有的测量大地接地电阻的仪器大致有2类，第一类是用手持式或台式万用表测量大地接地电阻，此类仪器使用的是直流方法，在测量大地接地电阻时，由于大地使金属电极产生极化电位，使红、黑表笔正反测量大地接地电阻值不一样，误差大不够准确，给计算其他参数带来误差；第二类是台式测量大地接地电阻仪，用于电力及公共设施中，不利于在物探行业在野外使用，携带不方便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种用于测量大地接地电阻的测试系统和数字相干检波方法，在保证测试系统轻便的同时，提高测量精度和测量准确性，

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于测量大地接地电阻的测试系统，包括与电源连接的交流信号发生器、滤波电路和处理器，还包括两根插入大地的金属电极，所述交流信号发生器、滤波电路均与所述两根金属电极连接，所述交流信号发生器、滤波电路均与所述处理器连接。

作为优选方案，所述交流信号发生器包括MOS管、ADG708芯片、REF3020芯片和运算放大器；所述MOS管、REF3020芯片输入端与所述ADG708芯片连接，所述REF3020芯片输出端与所述运算放大器正输入端连接；所述ADG708芯片通过六个已知电阻与一根金属电极连接；所述运算放大器输出端与另外一根金属电极连接；所述滤波电路包括四个串联的运算放大器，所述第一运算放大器正输入端连接有一个信号连接座，所述信号连接座的两个接口分别与所述两根金属电极连接。

本发明提供了一种测量大地接地电阻的数字相干检波方法，该方法为：

1）交流信号发生器通过金属电极给大地提供交流信号；

2）滤波电路接收上述交流信号，对所述交流信号滤波；

3）对上述滤波后的交流信号进行AD转换，得到若干个AD转换值；

4）将上述AD转换值与正弦函数Sinx相乘，并将乘积相加，得到交流信号电压复数实部V1；将上述AD转换值与余弦函数Cosx相乘，并将乘积相加，得到交流信号电压复数虚部V2；其中所述正弦函数Sinx和余弦函数Cosx的相位差为π/2；

5）V1和V2组成交流电压信号复数V1+iV2，对V1+iV2求模，得到交流信号电压值Vx；

6）通过以下公式计算大地接地电阻Rx：

$\frac{\mathrm{Vs}}{R_{\mathrm{kx}}+\mathrm{Rx}}=\frac{\mathrm{Vs}-\mathrm{Vx}}{R_{\mathrm{kx}}},$

其中，Vs为电源电压；R_kx为已知电阻阻值。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明的测试系统结构简单，轻便，方便携带；测量精确，准确性高，且测量效率高。

附图说明

图1为本发明一实施例测试系统结构框图；

图2为本发明一实施例交流信号发生器电路原理图；

图3为本发明一实施例滤波电路原理图；

图4为本发明一实施例处理器处理流程图。

具体实施方式

如图1—图3所示，本发明一实施例包括与电源连接的交流信号发生器、滤波电路和处理器，还包括两根插入大地的金属电极，所述交流信号发生器、滤波电路均与所述两根金属电极连接，所述交流信号发生器、滤波电路均与所述处理器连接；所述交流信号发生器包括MOS管、ADG708芯片、REF3020芯片和运算放大器；所述MOS管、REF3020芯片输入端与所述ADG708芯片连接，所述REF3020芯片输出端与所述运算放大器正输入端连接；所述ADG708芯片通过六个已知电阻R_k1～R_k6与一根金属电极连接；所述运算放大器输出端与另外一根金属电极连接；所述滤波电路包括四个串联的运算放大器，所述第一运算放大器正输入端连接有一个信号连接座，所述信号连接座的两个接口分别与所述两根金属电极连接；MOS管型号为NTJ83151P，运算放大器型号为AD8628；处理器可以采用单片机、ARM等处理器。

使用REF3020芯片的目的是实现单电源供电。

本发明的工作原理是：在大地上插上2根金属电极，交流信号发生器通过电极给大地提供某种或几种频率交流信号，交流信号为固定的电压有效值Vs，同时通过滤波电路来接收交流信号，通过滤波电路滤波此信号，滤波后送入处理器进行数字相干检波，利用相干检波方法计算接收的交流信号的电压值，通过交流信号发生器中的已知电阻和电压有效值Vs计算出大地接地电阻值。

如图4所示，测量大地接地电阻的数字相干检波方法为：

1）交流信号发生器通过金属电极给大地提供交流信号；

2）滤波电路接收上述交流信号，对所述交流信号滤波；

3）对上述滤波后的交流信号进行AD转换，得到若干个AD转换值；

4）将上述AD转换值与正弦函数Sinx相乘，并将乘积相加，得到交流信号电压复数实部V1；将上述AD转换值与余弦函数Cosx相乘，并将乘积相加，得到交流信号电压复数虚部V2；其中所述正弦函数Sinx和余弦函数Cosx的相位差为π/2；

5）V1和V2组成交流电压信号复数V1+iV2，对V1+iV2求模，得到交流信号电压值Vx；

6）通过以下公式计算大地接地电阻Rx：

$\frac{\mathrm{Vs}}{R_{\mathrm{kx}}+\mathrm{Rx}}=\frac{\mathrm{Vs}-\mathrm{Vx}}{R_{\mathrm{kx}}},$

其中，Vs为电源电压；R_kx为已知电阻阻值，x=1、2、3、4、5、6，根据实际需要由处理器控制选择某一个合适的已知电阻。

Claims (5)

1.一种用于测量大地接地电阻的测试系统，包括与电源连接的交流信号发生器、滤波电路和处理器，其特征在于，还包括两根插入大地的金属电极，所述交流信号发生器、滤波电路均与所述两根金属电极连接，所述交流信号发生器、滤波电路均与所述处理器连接。

2.根据权利要求1所述的用于测量大地接地电阻的测试系统，其特征在于，所述交流信号发生器包括MOS管、ADG708芯片、REF3020芯片和运算放大器；所述MOS管、REF3020芯片输入端与所述ADG708芯片连接，所述REF3020芯片输出端与所述运算放大器正输入端连接；所述ADG708芯片通过六个已知电阻R_kx与一根金属电极连接；所述运算放大器输出端与另外一根金属电极连接。

3.根据权利要求1所述的用于测量大地接地电阻的测试系统，其特征在于，所述滤波电路包括四个串联的运算放大器，所述第一运算放大器正输入端连接有一个信号连接座，所述信号连接座的两个接口分别与所述两根金属电极连接。

4.根据权利要求1所述的用于测量大地接地电阻的测试系统，其特征在于，所述处理器为单片机或ARM。

5.一种测量大地接地电阻的数字相干检波方法，其特征在于，该方法为：

1）交流信号发生器通过金属电极给大地提供交流信号；

2）滤波电路接收大地反馈的交流信号，对所述大地反馈的交流信号滤波；

3）对上述滤波后的交流信号进行AD转换，得到若干个AD转换值；

4）将上述AD转换值与正弦函数Sinx相乘，并将乘积相加，得到所述大地反馈的交流信号电压复数实部V1；将上述AD转换值与余弦函数Cosx相乘，并将乘积相加，，得到所述大地反馈的交流信号电压复数虚部V2；其中所述正弦函数Sinx和余弦函数Cosx的相位差为π/2；

5）V1和V2组成交流电压信号复数V1+iV2，对V1+iV2求模，得到所述大地反馈的交流信号电压值Vx；

6）通过以下公式计算大地接地电阻Rx：

$\frac{\mathrm{Vs}}{R_{\mathrm{kx}}+\mathrm{Rx}}=\frac{\mathrm{Vs}-\mathrm{Vx}}{R_{\mathrm{kx}}},$

其中，Vs为电源电压；R_kx为已知电阻阻值。

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