CN103163382B - 地线电阻实时在线测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种地线电阻实时在线测量系统及方法，测量系统包括微处理器模块、干扰源处理模块、通信模块、地线电阻测量软件模块、电源管理模块、恒流源注入模块、采样电压读取模块、干扰源采集模块。采样电压读取模块接受微处理器模块的控制，测量采样电压；地线电阻测量软件模块接受微处理器模块的控制，根据采样电压读取模块测量得到的采样电压计算地线电阻。本发明能实时在线测量单点或多点接地地线电阻，一次安装，省时省力，并且保持了很高的精准度；本发明可以测量出辅助电流极电阻和干扰源电压，还具有实时在线功能，可以将数据传输至监控中心监控，并可以根据设定报警；同时，本发明具有外连接线断开的自诊断功能。

Description

地线电阻实时在线测量系统及方法

技术领域

本发明属于电子通讯技术领域，涉及一种地线电阻测量系统，尤其涉及一种地线电阻实时在线测量系统；同时，本发明还涉及一种地线电阻实时在线测量方法。

背景技术

建筑物和电子设备接地非常重要。建筑物接地良好，可以很大程度上的保护建筑物内的人和物；如果建筑物内的电子设备也接地良好，就可以缩小电子设备外壳与大地之间的电位差，电位差较小时，可能不会产生感应电压，从而不会产生位移电流，电子设备内部的电子器件不会因打雷放电而被击穿，从而起到保护电子设备的作用。

建筑物和电子设备接地是否良好，是通过地线电阻来体现。如果地线电阻较高，则接地较差；反之，地线电阻小，则接地良好。

地线电阻测量仪就是一种专门测量建筑物和电子设备地线电阻值的仪器。目前市场上主要有两类地线电阻测量仪：

1）手摇式地阻表：它是一种较为传统的测量仪表，基本原理是采用三点电压落差法。这种仪表在测量时需要被测量电阻与两个辅助接地极三点所成直线不得与金属管道或邻近的架空线路平行；在测量时被测接地极还应与设备断开。此种仪表好处是不管接地点的数量，单点接地或多点接地都可以测量，缺点是需要辅助测量地。

2）钳形地阻表：钳形地阻表是一种新颖的测量工具，它方便、快捷，外形酷似钳形电流表，测量时不需辅助测试桩，只需往被测地线上一夹，即可获得测量结果，极大地方便了地阻测量工作。此种仪表好处是不需要辅助测量地，测量过程简单快捷，缺点是只能对两点以上接地点进行测量，无法对单点接地点进行测量。

基于以上分析，本项目采用注入极电流稳定技术、干扰源过滤技术、地线电阻值复杂计算技术设计了一套地线电阻在线测量模块，在测量精度、易操作性和智能管理方面进行了革新。结合以上两种优势，并具备以上两种不具备的功能，实时在线测量任何一种中小型接地点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种地线电阻实时在线测量系统，可实时在线测得地线电阻。

此外，本发明还提供一种地线电阻实时在线测量方法，可实时在线测得地线电阻。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种地线电阻实时在线测量系统，所述测量系统包括：微处理器模块、电源管理模块、恒流源注入模块、采样电压读取模块、地线电阻测量软件模块；所述微处理器模块分别连接电源管理模块、恒流源注入模块、采样电压读取模块、地线电阻测量软件模块；

所述电源管理模块用于为测量系统提供电源；所述恒流源注入模块在微处理器模块的控制下提供恒流源或关闭恒流源；

所述采样电压读取模块接受微处理器模块的控制，测量采样电压；

所述地线电阻测量软件模块接受微处理器模块的控制，根据所述采样电压读取模块测量得到的采样电压计算地线电阻。

作为本发明的一种优选方案，所述测量系统还包括与微处理器模块连接的干扰源采集模块和干扰源处理模块，用以接受微处理器模块的控制，对干扰源电压进行测量。

作为本发明的一种优选方案，所述测量系统还包括与微处理器模块连接的干扰源处理模块，采用可控的数字电位器AR1和第四运算放大器U5B；通过数字电位器AR1和第四运算放大器U5B实现对干扰源的处理工作；

所述干扰源处理模块采用可控的数字电位器AR1和第四运算放大器U5B进行电压基准调整。

作为本发明的一种优选方案，所述微处理器模块具体包括：

恒流源控制单元，用以控制恒流源注入模块注入恒流源电流I或将恒流源电流I关闭；

干扰源采集电路控制单元，用以控制干扰源采集模块测量干扰源电压；

第一判断单元，用以判断干扰源采集模块测量得到的干扰源电压是否大于设定值V10；

采样电压测量控制单元，用以控制所述采样电压读取模块测量采样电压；

采样电压基准设定单元，用以移动基准电源，使得采样电压的低谷介于0和ε之间，其中ε为设定极小值；

地线电阻测量控制单元，用以控制所述地线电阻测量软件模块计算地线电阻；所述地线电阻测量软件模块首先获取在不注入恒流源的情况下，所述采样电压读取模块测量得到的干扰源电压V_g1以及所述采样电压读取模块测量的采样电压V_q1；而后获取在注入恒流源的情况下，所述采样电压读取模块测量得到的干扰源电压V_g2和采样电压V_q2；接着计算有效采样电压V_q，V_q＝V_q1-V_q2；而后计算地线电阻R_d，R_d＝V_q÷I；

辅助电流极电阻测量控制单元，用以控制一辅助电流极电阻测量模块计算辅助电流极电阻；辅助电流极电阻测量模块计算干扰源电压V_g，V_g＝V_g1-V_g2;而后计算辅助电流极电阻R_z，R_z＝V_g÷I-R_d。

作为本发明的一种优选方案，所述测量系统还包括监测终端，该监测终端通过通信模块与微处理器模块相连；用以显示测量的地线电阻数据；所述监测终端将监测的数据发送至远程服务器；同时通过心跳包方式判断RS485信号线和+24V电源线是否断开。

作为本发明的一种优选方案，所述电源管理模块包括：

电源保护电路，采用并联瞬态抑制二极管D1和串联保险电阻F1，防止过压和雷击；

第一DC/DC变换控制电路，采用第一集成电路IC1实现，第一集成电路IC1的管脚Vss1和管脚Cv1接地，产生+7v电压；

第二DC/DC变换控制电路，采用第二集成电路IC2实现，第二集成电路IC2的管脚Vss2和管脚Cv2不接地，产生-5v电压；

三端稳压电路，采用第三集成电路U3实现，生成+5v电压。

作为本发明的一种优选方案，所述恒流源注入模块包括：

恒流源开关电路，采用第二三极管Q2和第三三极管Q3设计开关电路；

运算放大电路，采用第一运算放大器U4A产生恒压电路，保证电流的稳定；

电流稳定电路，采用第五三极管Q5设计，截止状态不产生恒流源，导通状态为恒流源稳定产生并输出状态；

负电平抑制电路，采用瞬态抑制二极管D2、D3构成负电平抑制电路。

作为本发明的一种优选方案，所述干扰源采集模块包括：

电压跟随电路，采用第二运算放大器U4B产生恒压电路，供微处理器模块的控制芯片U2在管脚ZGL处读取干扰源电压；

干扰源采集电路，包括电阻R28、电阻R38、电容C15构成干扰源采集电路，将干扰源引入到第二运算放大器U4B。

作为本发明的一种优选方案，所述采样电压读取模块包括：

运算放大电路，采用第三运算放大器U5A进行放大，提高微处理器模块的控制芯片U2的测量灵敏度和准确度；

大功率电阻电路，采用4个电阻并串并的方式组成一个大功率电阻，提高电阻的使用寿命；

量程档位开关电路，采用Q4去读取样电压，进行量程档位的控制。

作为本发明的一种优选方案，所述测量系统包括与微处理器模块连接的电源管理模块，该电源管理模块用于为测量系统提供电源。

一种利用上述地线电阻实时在线测量系统的实时在线测量方法，所述测量方法包括如下步骤：

电源管理模块为测量系统提供电源；

恒流源注入模块在微处理器模块的控制下提供恒流源或关闭恒流源；

采样电压读取模块接受微处理器模块的控制，测量采样电压；

地线电阻测量软件模块接受微处理器模块的控制，根据所述采样电压读取模块测量得到的采样电压计算地线电阻。

作为本发明的一种优选方案，所述方法还包括干扰源采集模块和干扰源处理模块接受微处理器模块的控制，对干扰源电压进行测量以及负责取样电压基准调整。

作为本发明的一种优选方案，所述方法还包括：干扰源处理模块在微处理器模块的控制下实现干扰源的处理，并适当移动基准电源。

作为本发明的一种优选方案，所述方法包括一次测量地线电阻的步骤，包括：

步骤S1：不注入恒流源，测量干扰源电压V′_g，如果V′_g大于设定值V10，则退出；

步骤S2：注入恒流源，恒流源的电流为I，测量干扰源电压V′_g，如果V′_g大于设定值V10，则退出，同时可以认为接地点连接线或辅助电流极连接线断开；

步骤S3：测量采样电压V′_q，移动基准电源，使得取样电压低谷介于0和ε之间，其中ε为设定极小值，移动基准电源使得以方便积分计算取样电压；

步骤S4：不注入恒流源，测量干扰源电压V_g1和采样电压V_q1;

步骤S5：注入恒流源，测量干扰源电压V_g2和采样电压V_q2；

步骤S6：计算干扰源电压V_g，V_g＝V_g1-V_g2；

步骤S7：计算有效采样电压V_q，V_q＝V_q1-V_q2，如果有效采样电压值为0则认为辅助电压极连接线断开；

步骤S8：计算地线电阻R_d，R_d＝V_q÷I；

步骤S9：计算辅助电流极电阻R_z，R_z＝V_g÷I-R_d；

步骤S10：关闭恒流源。

作为本发明的一种优选方案，步骤1：不注入恒流源，控制芯片U2通过第二三极管Q2、第三三极管Q3来控制是否产生恒流源；本步骤在管脚DLEN提供高电平让第五三极管Q5截止，从而不产生恒流源；

步骤2：测量干扰源电压V′_g；

步骤3：判断V′_g是否大于设定电压V10；如果V′_g大于设定电压V10则干扰源会影响恒流源的稳定，那么地线电阻测量结果就不准确，所以必须放弃测试，跳转到步骤23；

步骤4：注入恒流源，恒流源的电流为I；控制芯片U2在管脚DLEN提供低电平让第五三极管Q5导通，从而产生恒流源I；

步骤5：测量干扰源V′_g；控制芯片U2测量干扰源V′_g；

步骤6：判断V′_g是否大于设定电压V10；如果大于设定电压V10则干扰源会影响恒流源的稳定，那么地线电阻测量结果就不准确，故放弃测试，同时可以认为接地点连接线或辅助电流极连接线断开，跳转到步骤23；

步骤7：测量取样电压V′_q；经过大功率电阻电路、量程档位开关电路、干扰源处理电路的处理，控制芯片U2测量取样电压V′_q；

步骤8：干扰源处理，实现移动基准电源；微调数字电位器AR1，让其阻值能使取样电压V′_q满足

步骤9：判断是否成立；判断V′_q波形的低谷是不是处于如果是，则继续；否则，跳转到步骤23；

步骤10：调整量程档位；假设在第一量程档位，注入恒流源，读取取样电压，若大于第二设定电压V20，则换成第二量程档位，第二量程档位对应的电阻小于第一量程档位对应的电阻；否则不进行变换，保留档位在第一量程档位；

步骤11：不注入恒流源；控制芯片U2在管脚DLEN提供高电平让第五三极管Q5截止，从而不产生恒流源；

步骤12：测量干扰源电压V_g1;控制芯片U2测量经过取样电压基准调整后的干扰源电压V_g1；

步骤13：测量取样电压V_q1；控制芯片U2测量经过取样电压基准调整后的干扰源电压V_q1；

步骤14：注入恒流源；控制芯片U2在管脚DLEN提供低电平让第五三极管Q5截止，从而产生恒流源；

步骤15：测量干扰源V_g2；控制芯片U2测量经过取样电压基准调整后的干扰源电压V_g2；

步骤16：测量取样电压V_q2;控制芯片U2测量经过取样电压基准调整后的干扰源电压V_q2;

步骤17：计算有效干扰源电压V_g＝V_g1-V_g2；

步骤18：计算有效采样电压V_q＝V_q1-V_q2，如果有效采样电压值为0则认为辅助电压极连接线断开；

步骤19：计算地线电阻R_d＝V_q÷I；

步骤20：计算有效辅助电流极电阻R_z＝V_g÷I-R_d；

步骤21：不注入恒流源；控制芯片U2在管脚DLEN提供高电平让第五三极管Q5截止，从而不产生恒流源；

步骤22：输出计算结果；将前面的计算结果V_g、R_d、R_z通过RS485接口上传给地线电阻监测终端；

步骤23：结束本次地线电阻测量；

步骤24：没间隔设定时间按照步骤1至步骤23进行一次地线电阻测量。

作为本发明的一种优选方案，所述测量方法包括：

所述微处理器模块的控制芯片U2给管脚DLEN提供高电平，第三三极管Q3导通、第二三极管Q2导通，第五三极管Q5截止，第五三极管Q5的管脚C处为0mA，不注入恒流源；干扰源通过第三接线柱J3的引脚ISEND进入到第二运算放大器U4B上，经过第二运算放大器U4B的电压跟随功能，在控制芯片U2的管脚ZGJ上测量干扰源V′_g；地线电阻测量软件模块判断V′_g是否大于设定电压V10，如果大于设定电压V10则本工作流程结束，反之则继续；

控制芯片U2给管脚DLEN提供低电平，第三三极管Q3截止、第二三极管Q2截止，第五三极管Q5导通，第五三极管Q5的管脚C处为设定电流I1，注入恒流源；干扰源通过第三接线柱J3的引脚ISEND进入到第二运算放大器U4B上，经过第二运算放大器U4B的电压跟随功能，在控制芯片U2的管脚ZGJ上测量干扰源V′_g；微处理器模块的第一判断单元判断V′_g是否大于设定值V10，如果大于V10则本工作流程结束，反之则继续；

通过第三接线柱J3的引脚IJS输入初始取样电压，经过大功率电阻电路，由第三运算放大器U5A进行信号放大，在控制芯片U2的管脚A/D上测量取样电压V′_q；微处理器模块的第一判断单元进行调节数字电位器AR1，然后再次在控制芯片U2的管脚A/D上测量取样电压V′_q，直到数字电位器AR1的电位器阻值能使取样电压V′_q满足如果不能满足则本工作流程结束，反之则继续；

控制芯片U2给管脚GAINSEL提供高电平，MOS管Q4截止，即当前量程档位是第一量程档位，在控制芯片U2的管脚A/D上测量取样电压V′_q，微处理器模块的第一判断单元判断V′_q是否大于第二设定电压V20，则控制芯片U2给管脚GAINSEL提供低电平，MOS管Q4导通，即换成第二量程档位，第二量程档位对应的电阻小于第一量程档位对应的电阻，然后继续，否则也继续；

控制芯片U2给管脚DLEN提供高电平，第三三极管Q3导通、第二三极管Q2导通，第五三极管Q5截止，第五三极管Q5的管脚C处为0mA，不注入恒流源；

在控制芯片U2的管脚ZGJ上测量干扰源V_g1；在控制芯片U2的管脚A/D上测量取样电压V_q1；控制芯片U2给管脚DLEN提供低电平，第三三极管Q3截止、第二三极管Q2截止，第五三极管Q5导通，第五三极管Q5的管脚C处为设定电流I1，注入恒流源；

在控制芯片U2的管脚ZGJ上测量干扰源V_g2；在控制芯片U2的管脚A/D上测量取样电压V_q2；

地线电阻测量软件模块根据公式V_q＝V_q1-V_q2，计算有效采样电压V_q，如果有效采样电压值为0则认为辅助电压极连接线断开；地线电阻测量软件模块根据公式R_d＝V_q÷I，计算有效地线电阻R_d；

辅助电流极电阻测量模块根据公式V_g＝V_g1-V_g2，计算有效干扰源V_g；利用公式R_z＝V_g÷I-R_d，计算有效辅助电流极电阻R_z；

控制芯片U2给管脚DLEN提供高电平，第三三极管Q3导通、第二三极管Q2导通，第五三极管Q5截止，第五三极管Q5的管脚C处为0mA，不注入恒流源；

地线电阻测量软件模块将前面的计算结果V_g、R_d、R_z通过第一接线柱J1的第二引脚、第三引脚，上传给地线电阻监测终端；结束本次地线电阻测量。

本发明的有益效果在于：本发明提出的地线电阻实时在线测量系统及方法，能实时在线测量多种中小型接地点地线电阻，一次安装，省时省力，并且保持了很高的精准度。同时，本发明可以测量出辅助电流极电阻和干扰源电压，还具有实时在线功能，可以将数据传输至监控中心监控，并可以根据设定报警。

附图说明

图1为本发明地线电阻实时在线测量系统的测量方案示意图。

图2为本发明地线电阻实时在线测量系统的组成示意图。

图3为本发明地线电阻实时在线测量系统的另一组成示意图。

图4-1为第一接线柱的电路示意图。

图4-2为通信模块的电路示意图。

图4-3为第三接线柱的电路示意图。

图4-4为微处理器的电路示意图。

图4-5为电源管理模块的电路示意图。

图4-6为干扰源采集模块的电路示意图。

图4-7为恒流源注入模块的电路示意图。

图4-8为采样电压读取模块的电路示意图。

图4-9为干扰源处理模块的电路示意图。

图5为本发明地线电阻实时在线测量方法的流程图。

图6为本发明微处理器内的软件模块组成示意图。

图7为测量档位校正连接示意图。

图8为测量地线电阻时的连接方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图1，本发明揭示了一种地线电阻在线测量系统，通过辅助电流极注入恒定电流I，在辅助电压极端取出采样电压V，适当调整辅助电压极在地面的插入点，可以近似的认为设备的地线电阻R=V/I。同时地线电阻在线测量系统还提供了通信接口与远程监测终端连接，通过远程监测终端可以智能管理设备和建筑物的接地状态。

请参阅图2，本发明地线电阻在线测量系统包括地线电阻在线测量装置及远程监测终端9；地线电阻在线测量装置包括干扰源处理模块1、通信模块2、地线电阻测量软件模块3、电源管理模块4、恒流源注入模块5、采样电压读取模块6、干扰源采集模块7、微处理器8；所述微处理器81分别连接干扰源处理模块1、通信模块2、地线电阻测量软件模块3、电源管理模块4、恒流源注入模块5、采样电压读取模块6、干扰源采集模块7还连接有远程监测终端9。远程监测终端9还可以连接服务器，将监测数据发送至服务器中。

在地线电阻在线测量装置中一侧有3根线，另一侧有4根线；本实施例中，第①根是+24v电源线；第②根是地线；第③、④根是RS485接口线；第⑤根是辅助电流极接口线C(H)；第⑥根是辅助电压极接口线P(S)；第⑦根是接地极接口线E。

所述电源管理模块4用于为测量系统提供电源；所述恒流源注入模块5在微处理器8的控制下提供恒流源或关闭恒流源。干扰源采集模块7用以接受微处理器8的控制，对干扰源电压进行测量。干扰源处理模块1接受微处理器8的控制，根据干扰源进行取样电压基准调整。所述采样电压读取模块6接受微处理器8的控制，测量采样电压。所述地线电阻测量软件模块3接受微处理器8的控制，根据所述采样电压读取模块6测量得到的采样电压计算地线电阻。

请参阅图3，除图2描述的模块之外，所述测量系统还包括线缆模块10、接口线模块11。以下分别对各个模块做进一步地介绍。

请参阅图4-1，本实施例中，线缆模块1包括+24v电源输入线2根和RS485通信线2根。请参阅图4-2，通信模块2使用了集成电路U1(MAX485)实现RS485通信，使得传输距离更远，抗干扰性强。地线电阻测量软件模块3是在微处理器8上运行的软件系统。

请参阅图4-5，电源管理模块4包括四个小部分：1）电源保护电路；采用并联瞬态抑制二极管D1(SMAJ30A)和串联保险电阻F1，防止过压和雷击。2）第一DC/DC变换控制电路；采用集成电路IC1(ICI34063)实现，给其Vss和Cv管脚接地，产生+7v。3）第二DC/DC变换控制电路；采用IC2(ICI34063)集成电路实现，给其Vss和Cv管脚不接地，产生-5v。4）三端稳压电路；采用U3(LM1117DT-5)集成电路，生成+5v。

请参阅图4-7，恒流源注入模块5包括四部分：1）恒流源开关电路；采用三极管Q2(8550)和三极管Q3(8050)设计开关电路。2）运算放大电路；采用运算放大器U4A(LM2904)产生恒压电路，从而保证电流的稳定。3）电流稳定电路；采用三极管Q5(BCX53-16)设计，截止状态不产生恒流源，导通状态为恒流源稳定产生并输出状态。4）负电平抑制电路；采用瞬态抑制二极管D2(SMAJ30A)和D3(SMAJ30A)构成负电平抑制电路。

请参阅图4-6，干扰源采集模块6包括二部分：1）电压跟随电路；采用运算放大器U4B(LM2904)产生恒压电路，供U2在ZGL管脚处，即V2点，读取干扰源电压。2）干扰源采集电路；采用R28、R38、C15构成干扰源采集电路，将干扰源引入到U4B。

请参阅图4-8，采样电压读取模块7包括三部分：1）运算放大电路；采用U5A(LM2904)进行放大，提高U2的测量灵敏度和准确度。2）大功率电阻电路；采用4个电阻并串并的方式组成一个大功率电阻，提高电阻的使用寿命。3）10Ω/100Ω量程档位开关电路；采用Q4(2N7002)去读取样电压，进行量程档位的控制。

请参阅图4-9，干扰源处理模块，基于干扰源积进行取样电压基准调整；采用可控的AR1(X9312)数字电位器和U5B(LM2904)进行电压基准调整。

如图7所示，在电阻R₃处接上10Ω，100Ω电阻分别进行测量装置的10Ω，100Ω档位自动校正；本功能在地线电阻在线测量装置出厂前完成。其中，R1=100Ω；R2=100Ω；R3=10Ω/100Ω。

请参阅图4-3，接口线模块8包括三根线，分别是注入极接口线C(H)、辅助电压极接口线P(S)、接地极接口线E。

请参阅图4-4，微处理器8采用PIC18F4550作为微处理器。本实施例中，所述微处理器8具体包括恒流源控制单元、干扰源采集控制单元、第一判断单元、采样电压测量控制单元、干扰源处理单元、地线电阻测量控制单元、辅助电流极电阻测量控制单元；当然，地线电阻测量软件模块3也可以是微处理器8中的软件系统。

其中，恒流源控制单元用以控制恒流源注入模块注入恒流源电流I或将恒流源电流I关闭；干扰源采集控制单元用以控制干扰源采集模块测量干扰源电压；第一判断单元用以判断干扰源采集模块测量得到的干扰源电压是否大于设定值V10；采样电压测量控制单元用以控制所述采样电压读取模块测量采样电压；干扰源处理单元依据干扰源进行采样电压基准调整，用以移动基准电源，使得采样电压的低谷介于0和ε之间，其中ε为设定极小值。地线电阻测量控制单元用以控制所述地线电阻测量软件模块计算地线电阻；所述地线电阻测量软件模块首先获取在不注入恒流源的情况下，所述采样电压读取模块测量得到的干扰源电压V_g1以及所述采样电压读取模块测量的采样电压V_q1；而后获取在注入恒流源的情况下，所述采样电压读取模块测量得到的干扰源电压V_g2和采样电压V_q2;接着计算有效采样电压V_q，V_q＝V_q1-V_q2；而后计算地线电阻R_d，R_d＝V_q÷I。辅助电流极电阻测量控制单元用以控制一辅助电流极电阻测量模块计算辅助电流极电阻；辅助电流极电阻测量模块计算干扰源电压V_g，V_g＝V_g1-V_g2;而后计算辅助电流极电阻R_z，R_z＝V_g÷I-R_d。

硬件电路工作的详细过程包括：

1）电源部分

通过第一接线柱J1的引脚1给地线电阻在线测量装置提供+24v电源，然后通过保险丝F1和瞬态抑制二极管D1构成电源保护电路；采用IC1(ICI34063)集成电路，输入+24v电源，给其Vss和Cv管脚接地，产生+7v；采用IC2(ICI34063)集成电路，输入+24v电源，给其Vss和Cv管脚不接地，产生-5v；采用U3(LM1117DT-5)集成电路，构建三端稳压电路，生成+5v。

2）测量过程

一次测量地线电阻的工作流程如下：

U2给管脚DLEN提供高电平，Q3导通、Q2导通，Q5截止，Q5的管脚C处为0mA，不注入恒流源；干扰源通过第三接线柱J3的引脚ISEND进入到U4B上，经过U4B的电压跟随功能，在U2的管脚ZGJ上测量干扰源V′_g，即图3中的V2点；图2中的地线电阻测量软件进行V′_g＞18v判断，如果大于18v则本工作流程结束，反之则继续；U2给管脚DLEN提供低电平，Q3截止、Q2截止，Q5导通，Q5的管脚C处为20mA，注入恒流源；干扰源通过第三接线柱J3的引脚ISEND进入到U4B上，经过U4B的电压跟随功能，在U2的管脚ZGJ上测量干扰源V′_g，即图3中的V2点；图2中的地线电阻测量软件进行V′_g＞18v判断，如果大于18v则本工作流程结束，同时可以认为接地点连接线或辅助电流极连接线断开，反之则继续；通过第三接线柱J3的引脚IJS输入初始取样电压，经过大功率电阻电路R11-R14，由运算放大器U5A进行信号放大，在U2的管脚A/D上测量取样电压V′_q，即图3中的V3点；图2中的地线电阻测量软件进行调节AR1的电位器，然后再次在U2的管脚A/D上测量取样电压V′_q，直到AR1的电位器阻值能使取样电压V′_q满足如果不能满足则本工作流程结束，反之则继续；U2给管脚GAINSEL提供高电平，Q4截止，即当前量程档位是100Ω量程档位，在U2的管脚A/D上测量取样电压V′_q，图2中的地线电阻测量软件进行判断V′_q，大于3.3v，则U2给管脚GAINSEL提供低电平，Q4导通，即换成10Ω量程档位，然后继续，否则也继续；U2给管脚DLEN提供高电平，Q3导通、Q2导通，Q5截止，Q5的管脚C处为0mA，不注入恒流源；在U2的管脚ZGJ上测量干扰源在U2的管脚A/D上测量取样电压U2给管脚DLEN提供低电平，Q3截止、Q2截止，Q5导通，Q5的管脚C处为20mA，注入恒流源；在U2的管脚ZGJ上测量干扰源在U2的管脚A/D上测量取样电压图2中的地线电阻测量软件根据公式计算有效干扰源V_g；图2中的地线电阻测量软件根据公式计算有效取样电压V_q，如果有效采样电压值为0则认为辅助电压极连接线断开；图2中的地线电阻测量软件根据公式R_d＝V_q÷I，计算有效地线电阻R_d；图2中的地线电阻测量软件根据公式R_z＝V_g÷I-R_d，计算有效辅助电流极电阻R_z；U2给管脚DLEN提供高电平，Q3导通、Q2导通，Q5截止，Q5的管脚C处为0mA，不注入恒流源；图2中的地线电阻测量软件将前面的计算结果V_g、R_d、R_z通过第一接线柱J1的引脚2、3，以RS485通信方式上传给地线电阻监测终端；结束本次地线电阻测量。本流程30s进行一次。

以上介绍了本发明地线电阻实时在线测量系统的组成，本发明在揭示上述系统的同时，还揭示上述系统的实时在线测量方法。

测量地线电阻（以及辅助电流极电阻）的步骤如下：

步骤S1：不注入恒流源I，测量干扰源V′_g，如果V′_g＞18v，则退出；

步骤S2：注入恒流源I，测量干扰源V′_g，如果V′_g＞18v，则退出，同时可以认为接地点连接线或辅助电流极连接线断开；

步骤S3：测量取样电压V′_q，移动基准电源，使得取样电压低谷介于0和ε之间，其中ε是个极小值，进行移动基准电源使得就是为了方便积分计算取样电压；

步骤S4：不注入恒流源I，测量干扰源和取样电压

步骤S5：注入恒流源I，测量干扰源和取样电压

步骤S6：计算干扰源V_g，

步骤S7：计算取样电压V_q，如果有效采样电压值为0则认为辅助电压极连接线断开；

步骤S8：计算地线电阻R_d，R_d＝V_q÷I；

步骤S9：计算辅助电流极电阻R_z，R_z＝V_g÷I-R_d；

步骤S10：不注入恒流源I。

其具体流程图如图5所示；以下按照图5的流程一步一步的给出详细说明。

【第一步】开始

开始进行地线电阻测量。

【第二步】不注入恒流源

在图3中，微处理器通过恒流源注入模块5的三极管Q2、Q3来控制是否产生恒流源。本步骤在DLEN端提供高电平让三极管Q5截止，从而不产生恒流源，也就是V1点的电流为0mA。

【第三步】测量干扰源V′_g

在图4-7中，在V1点电流为0mA时，图4-6中，微处理器测量V2点的电压，即干扰源V′_g。

【第四步】判断Vg′＞18v

判断V′_g＞18v，如果大于18v则干扰源会影响恒流源的稳定，那么地线电阻测量结果就不准确，所以必须放弃测试，跳转到第二十四步。

【第五步】注入恒流源I

微处理器在DLEN端提供低电平让三极管Q5导通，从而产生恒流源，也就是图4-7中V1点的电流为20mA，即I=20mA。

【第六步】测量干扰源V′_g

在图4-7中，在V1点电流为20mA时，图4-6中，微处理器测量V2点的电压，即干扰源V′_g。

【第七步】判断V′_g＞18v

判断V′_g＞18v，如果大于18v则干扰源会影响恒流源的稳定，那么地线电阻测量结果就不准确，所以必须放弃测试，同时可以认为接地点连接线或辅助电流极连接线断开，跳转到第二十四步。

【第八步】测量取样电压V′_q

在图4-7中，在V1点电流为20mA时，经过大功率电阻电路、10Ω/100Ω量程档位开关电路、干扰源处理电路的处理，微处理器测量图4-8中V3点的电压，即干扰源V′_q。

【第九步】移动基准电源

通过干扰源处理电路，移动基准电源，微调电位器AR1，让其阻值能使取样电压

【第十步】判断

判断V′_q波形的低谷是不是处于如果是，则继续；否则，跳转到第二十四步。

【第十一步】调整量程档位

假设在100Ω量程档位，注入恒流源，读取取样电压，若大于3.3v，则换成10Ω量程档位；否则不换。

【第十二步】不注入恒流源

微处理器在DLEN端提供高电平让三极管Q5截止，从而不产生恒流源，也就是在图4-7中V1点的电流为0mA。

【第十三步】测量干扰源

在图4-7中，在V1点电流为0mA时，图4-6中，微处理器测量经过取样电压基准调整后的V2点电压，即干扰源

【第十四步】测量取样电压

在图4-7中，在V1点电流为0mA时，微处理器测量经过取样电压基准调整后的图4-8中V3点电压，即干扰源

【第十五步】注入恒流源I

微处理器在DLEN端提供低电平让三极管Q5截止，从而产生恒流源，也就是图4-7中V1点的电流为20mA。

【第十六步】测量干扰源

在图4-7中，在V1点电流为20mA时，微处理器测量经过取样电压基准调整后的图4-6中V2点电压，即干扰源

【第十七步】测量取样电压

在图4-7中，在V1点电流为20mA时，微处理器测量经过取样电压基准调整后的图4-8中V3点电压，即干扰源

【第十八步】计算干扰源V_g＝v_g1-V_g2

根据前面的测量结果，运用公式计算有效V_g。

【第十九步】计算取样电压V_q＝V_q1-V_q2

根据前面的测量结果，运用公式计算有效V_q，如果有效采样电压值为0则认为辅助电压极连接线断开。

【第二十步】计算地线电阻R_d＝V_q÷I

根据前面的测量结果，运用公式R_d＝V_q÷I，计算有效R_d。

【第二十一步】计算辅助电流极电阻R_z＝V_g÷I-R_d

根据前面的测量结果，运用公式R_z＝V_g÷I-R_d，计算有效R_z。

【第二十二步】不注入恒流源

在图4-7中，微处理器在DLEN端提供高电平让三极管Q5截止，从而不产生恒流源，也就是图4-7中V1点的电流为0mA。

【第二十三步】输出计算结果

将前面的计算结果V_g、R_d、R_z通过RS485接口上传给地线电阻监测终端。

【第二十四步】结束

结束本次地线电阻测量。

本流程30s进行一次（当然可以根据需要设定时间间隔）。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，地线电阻实时在线测量系统中，微控制器的软件功能模块组成如图6所示；下面对图6中的各个模块进行说明。

1）恒流源开关控制

本模块主要负责控制是否输入恒流源，本装置的恒流源是20mA。

2）测量恒流源

本模块负责从图4-7中V1点读取恒流源，同时也提供装置出厂前恒流源的自我校正。

3）测量干扰源

本模块在注入恒流源和不注入恒流源的情况下判断干扰源是不是过大，本装置以+18v为界限，如果过大则不能测量地线电阻；如果不超过界限，则在4）和5）步骤后，在不注入恒流源和注入恒流源的情况下测量干扰源，给7）步计算提供数据。

4）量程档位自动识别

本模块具有自动识别地线电阻量程的功能，如果地线电阻超过10Ω，则选择选择100Ω档位进行测量，如果不超过，则选择10Ω档位进行测量。本装置的测量范围是0Ω～100Ω。

5）干扰源处理

为了方便积分计算，对干扰源进行处理，调整取样电压基准，取样电压的最后结果最好不是负数，所以要对初始取样电压进行调整，将其波形的低谷调整为大于0而小于ε，ε是一个大于0的极小值。本模块主要负责取样电压的调整。

6）测量取样电压

本模块首先测量取样电压，然后进行电压基准调整；然后在不注入和注入恒流源的情况进行取样电压测量，以便计算出有效取样电压。

7）计算干扰源

本模块负责根据3）测量的干扰源计算有效干扰源。

8）计算地线电阻

本模块根据6）推算出的有效取样电压和恒流源，计算出有效地线电阻。

9）计算辅助电流极电阻

本模块根据7）计算的有效干扰源、恒流源和有效地线电阻，计算出辅助电流极电阻。

10）通信模块

本模块负责接收地线电阻监测终端的指令，同时将计算的干扰源、地线电阻、辅助电流极电阻上传给地线电阻监测终端。

实施例三

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，可以设定地线电阻报警阈值，当地线电阻超过阈值，测量装置就会报警。

请参阅图8，C_(H)是电流极接口、P(S)是辅助电压极接口、E是接地线接口；实际测量地线电阻时，C_(H)是与注入极接地棒连接，P(S)是与采样电压接地棒连接，E是直接与设备或建筑物的地线连接。本测量装置提供了RS485方式与地线电阻监测终端相连。在地线电阻监测终端运行监测软件，就可以实现在线实时在线监测与历史查询功能，如动态显示、告警指示、历史数据读取、查阅、保存、打印等功能。

根据干扰源、辅助电流极电阻、地线电阻测量的结果，可以将地线电阻采集结果分成九种状态，具体如表1所示。

表1地线电阻测量的九种状态

注：除未安装和实测值小于设定值外，其余状态连续出现5次也会报警。

根据表1的九种状态，地线电阻监测终端动态显示地线电阻在线测量终端上传的地线电阻阻值、干扰源电压、辅助电流极电阻；如果状态是状态2、5、6、7及状态8中的超阈值情况，则进行报警。

综上所述，本发明提出的地线电阻实时在线测量系统及方法，能实时在线测量单点或多点接地地线电阻，一次安装，省时省力，并且保持了很高的精准度；本发明可以测量出辅助电流极电阻和干扰源电压，还具有实时在线功能，可以将数据传输至监控中心监控，并可以根据设定报警；同时，本发明具有外连接线断开的自诊断功能。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (7)

1.一种地线电阻实时在线测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：微处理器模块、恒流源注入模块、采样电压读取模块、地线电阻测量软件模块；所述微处理器模块分别连接恒流源注入模块、采样电压读取模块、地线电阻测量软件模块；

所述恒流源注入模块在微处理器模块的控制下提供恒流源或关闭恒流源；

所述采样电压读取模块接受微处理器模块的控制，测量采样电压；

所述地线电阻测量软件模块接受微处理器模块的控制，根据所述采样电压读取模块测量得到的采样电压计算地线电阻；

所述测量系统还包括与微处理器模块连接的干扰源采集模块，用以接受微处理器模块的控制，对干扰源电压进行测量；所述测量系统还包括与微处理器模块连接的干扰源处理模块，采用可控的数字电位器AR1和第四运算放大器U5B；通过数字电位器AR1和第四运算放大器U5B实现对干扰源的处理工作；所述干扰源处理模块采用可控的数字电位器AR1和第四运算放大器U5B进行电压基准调整。

2.根据权利要求1所述的地线电阻实时在线测量系统，其特征在于：

所述微处理器模块具体包括：

恒流源控制单元，用以控制恒流源注入模块注入恒流源电流I或将恒流源电流I关闭；

干扰源采集控制单元，用以控制干扰源采集模块测量干扰源电压；

第一判断单元，用以判断干扰源采集模块测量得到的干扰源电压是否大于设定值V10；

采样电压测量控制单元，用以控制所述采样电压读取模块测量采样电压；

干扰源处理控制单元，用以移动基准电源，使得采样电压的低谷介于0和ε之间，其中ε为设定极小值；

地线电阻测量控制单元，用以控制所述地线电阻测量软件模块计算地线电阻；所述地线电阻测量软件模块首先获取在不注入恒流源的情况下，所述采样电压读取模块测量得到的干扰源电压V_g1以及所述采样电压读取模块测量的采样电压V_q1；而后获取在注入恒流源的情况下，所述采样电压读取模块测量得到的干扰源电压V_g2和采样电压V_q2；接着计算有效采样电压V_q，V_q＝V_q1-V_q2；而后计算地线电阻R_d，R_d＝V_q÷I；

辅助电流极电阻测量控制单元，用以控制一辅助电流极电阻测量模块计算辅助电流极电阻；辅助电流极电阻测量模块计算干扰源电压V_g，V_g＝V_g1-V_g2；而后计算辅助电流极电阻R_z，R_z＝V_g÷I-R_d。

3.根据权利要求1所述的地线电阻实时在线测量系统，其特征在于：

所述测量系统还包括监测终端，该监测终端通过通信模块与微处理器模块相连；用以显示测量的地线电阻数据；所述监测终端将监测的数据发送至远程服务器。

4.根据权利要求1所述的地线电阻实时在线测量系统，其特征在于：

所述测量系统包括与微处理器模块连接的电源管理模块，该电源管理模块用于为测量系统提供电源。

5.一种利用权利要求1至4之一所述地线电阻实时在线测量系统的实时在线测量方法，其特征在于，所述测量方法包括如下步骤：

电源管理模块为测量系统提供电源；

恒流源注入模块在微处理器模块的控制下提供恒流源或关闭恒流源；

采样电压读取模块接受微处理器模块的控制，测量采样电压；

地线电阻测量软件模块接受微处理器模块的控制，根据所述采样电压读取模块测量得到的采样电压计算地线电阻；

干扰源采集模块接受微处理器模块的控制，对干扰源电压进行测量；干扰源处理模块在微处理器模块的控制下实现干扰源的处理，并适当移动基准电源。

6.根据权利要求5所述的实时在线测量方法，其特征在于：

所述方法包括一次测量地线电阻的步骤，包括：

步骤S1：不注入恒流源，测量干扰源电压V′_g，如果V′_g大于设定值V10，则退出；

步骤S2：注入恒流源，恒流源的电流为I，测量干扰源电压V′_g，如果V′_g大于设定值V10，则退出，同时认为接地点连接线或辅助电流极连接线断开；

步骤S3：测量采样电压V′_q，移动基准电源，使得采样电压低谷介于0和ε之间，其中ε为设定极小值，移动基准电源使得以方便积分计算采样电压；

步骤S4：不注入恒流源，测量干扰源电压V_g1和采样电压V_q1；

步骤S5：注入恒流源，测量干扰源电压V_g2和采样电压V_q2；

步骤S6：计算干扰源电压V_g，V_g＝V_g1-V_g2；

步骤S7：计算有效采样电压V_q，V_q＝V_q1-V_q2，如果有效采样电压值为0则认为辅助电压极连接线断开；

步骤S8：计算地线电阻R_d，R_d＝V_q÷I；

步骤S9：计算辅助电流极电阻R_z，R_z＝V_g÷I-R_d；

步骤S10：关闭恒流源。

7.根据权利要求5所述的实时在线测量方法，其特征在于：

步骤1：不注入恒流源，控制芯片U2通过第二三极管Q2、第三三极管Q3来控制是否产生恒流源；本步骤提供高电平让第五三极管Q5截止，从而不产生恒流源；

步骤2：测量干扰源电压V′_g；

步骤3：判断V′_g是否大于设定电压V10；如果V′_g大于设定电压V10则干扰源会影响恒流源的稳定，那么地线电阻测量结果就不准确，所以必须放弃测试，跳转到步骤23；

步骤4：注入恒流源，恒流源的电流为I；控制芯片U2提供低电平让第五三极管Q5导通，从而产生恒流源I；

步骤5：测量干扰源V′_g；控制芯片U2测量干扰源V′_g；

步骤6：判断V′_g是否大于设定电压V10；如果大于设定电压V10则干扰源会影响恒流源的稳定，那么地线电阻测量结果就不准确，故放弃测试，同时认为接地点连接线或辅助电流极连接线断开，跳转到步骤23；

步骤7：测量采样电压V′_q；经过运算放大电路、大功率电阻电路、量程档位开关电路的处理，控制芯片U2测量采样电压V′_q；

步骤8：移动基准电源；进行干扰源处理，微调数字电位器AR1，让其阻值能使采样电压V′_q满足

步骤9：判断是否成立；判断V′_q波形的低谷是不是处于如果是，则继续；否则，跳转到步骤23；

步骤10：调整量程档位；假设在第一量程档位，注入恒流源，读取采样电压，若大于第二设定电压V20，则换成第二量程档位，第二量程档位对应的电阻小于第一量程档位对应的电阻；否则不进行变换，保留档位在第一量程档位；

步骤11：不注入恒流源；控制芯片U2提供高电平让第五三极管Q5截止，从而不产生恒流源；

步骤12：测量干扰源电压V_g1；控制芯片U2测量经过采样电压基准调整后的干扰源电压V_g1；

步骤13：测量采样电压V_q1；控制芯片U2测量经过采样电压基准调整后的采样电压V_q1；

步骤14：注入恒流源；控制芯片U2提供低电平让第五三极管Q5截止，从而产生恒流源；

步骤15：测量干扰源V_g2；控制芯片U2测量经过采样电压基准调整后的干扰源电压V_g2；

步骤16：测量采样电压V_q2；控制芯片U2测量经过采样电压基准调整后的采样电压V_q2；

步骤17：计算有效干扰源电压V_g＝V_g1-V_g2；

步骤18：计算有效采样电压V_q＝V_q1-V_q2，如果有效采样电压值为0则认为辅助电压极连接线断开；

步骤19：计算地线电阻R_d＝V_q÷I；

步骤20：计算有效辅助电流极电阻R_z＝V_g÷I-R_d；

步骤21：不注入恒流源；控制芯片U2提供高电平让第五三极管Q5截止，从而不产生恒流源；

步骤22：输出计算结果；将前面的计算结果V_g、R_d、R_z通过RS485接口上传给地线电阻监测终端；

步骤23：结束本次地线电阻测量；

步骤24：每间隔设定时间按照步骤1至步骤23进行一次地线电阻测量。