CN110308329A - 高频扫描接地阻抗特性分析仪 - Google Patents

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曾金全
刘保连
石清
卜春阳
王惠君
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Abstract

本发明属于防雷接地技术领域，尤其是涉及高频扫描接地阻抗特性分析仪。所述扫频功率放大电路输入端与正弦波发生器模块连接，该电路输出的10Hz‑1MHz以上的测试信号与采集端口一、采集端口二连接施加于接地装置，用于测试分析接地装置，在不同频率下所呈现的阻抗特性；插接端子一和插接端子二用于采集端口一、采集端口二施加在接地装置与电流极回路中，输出不同频率信号，在接地装置与电压极之间产生的电压信号，由此插接端子一和插接端子二端子输入到扫频电压采集调理通道，同时，电流信号经过仪器内部采样，输入到扫频电流采集调理通道，最后，信号经过中央处理器处理分别送到显示屏及存储单元电路。

Description

高频扫描接地阻抗特性分析仪
技术领域
本发明属于防雷接地技术领域，尤其是涉及高频扫描接地阻抗特性分析仪。
背景技术
随着科学技术的发展，各种电子设备不断普及应用，因自然界雷电所造成各种电子设备损坏的几率明显上升。当闪电脉冲在某一地点，对大地或其上突出物体放电时，在此放电范围内的接地装置，如果不能即刻泄放雷电流电荷，有可能造成电子设备损坏。常规的防雷措施，在用电设备电源端并联不同防护等级的电涌保护器，各种拦截雷电闪击的接闪杆、接闪带、接闪线接闪网、以及各种金属构件，通过以上各种防御措施，由金属体将雷电流地引入流散于大地中。
参考GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》、GB 50343-2012《建筑物电子信息系统防雷设计规范》等有关技术规范，雷电流中既包含低频分量也包含高频分量，电子系统的功能性接地也是要流过直流至高频的电流。而目前市场上的各种工频接地阻抗测试仪，仅供测量直流至工频的接地电阻，不能较全面、客观地反映接地体在遭遇雷电流冲击的高频分量或是在瞬态骤变电磁场引起的高频感应电流状态下所呈现的接地阻抗特性。在高频条件下，接地阻抗将大大增加，其阻抗越大，释放雷电流时间越长，越容易造成电子设备损坏，从有效保护设备来说，了解接地体在相应的频域范围内释放能量的能力是相当必要的。
本发明主要针对各种接地装置在10Hz-1MHz以上频率的阻抗特性，进行多频点扫描式的测量分析，便于发现问题，并对接地装置进行针对性完善，防隐患于未然。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便的高频扫描接地阻抗特性分析仪，
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：它包含中央处理器、USB输出模块、数据存储模块、触控显示模块、正弦波发生电路、正弦波功率放大电路、自检电路、电流采样调理电路、抗工频干扰与峰值检波电路一、电压采样调理电路、抗工频干扰与峰值检波电路二、A/D变换模块、相位检测模块、基准电压模块、电源组件；所述的中央处理器分别与USB输出模块、数据存储模块、触控显示模块相互连接；所述的中央处理器与正弦波发生电路连接，正弦波发生电路与正弦波功率放大电路连接，正弦波功率放大电路分别与采集端口一和采集端口二连接，采集端口二与电流采样调理电路连接；所述的电流采样调理电路与抗工频干扰与峰值检波电路一连接；所述的采集端口一与采集端口二之间连接有自检电路，自检电路与插接端子一连接，插接端子一与插接端子二与电压采样调理电路连接，电压采样调理电路与抗工频干扰与峰值检波电路二连接；所述的抗工频干扰与峰值检波电路一、与抗工频干扰与峰值检波电路二两者分别都与A/D变换模块、相位检测模块连接，所述的A/D变换模块、相位检测模块以及基准电压模块与中央处理器连接。
作为优选，所述的采集端口一连接到电流极接地探针连接。
作为优选，所述的插接端子一连接到电位极接地探针连接。
作为优选，所述的采集端口二、插接端子二均与接地网连接。
采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的高频扫描接地阻抗特性分析仪，由于雷电波本身为微秒级脉冲信号，发生的时间无法预知，不容易实时测量，本发明通过电路产生20V左右，10Hz-1MHz连续的正弦波扫频信号，施加于被测接地装置，模拟不同频率信号下，接地装置对于雷电波所呈现的阻抗特性，同时通过本仪器取样电路，获取信号并计算出其不同频率下的阻抗、电阻、电抗值，本具有直观可靠，便于分析被测接地装置的阻抗特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的电路原理框图；
图2为本发明中10Hz-1MHz扫频正弦波产生电路的原理图；
图3为本发明中的正弦波功率放大输出原理图；
图4为本发明电源及中央处理、显示输出部分电路；
图5为本发明中的电压通道，信号采集、调理、峰值检波电路(电流通道一样)；
图6为本发明实施例中的电压、电流相位检测电路。
附图标记说明：
中央处理器1、USB输出模块2、数据存储模块3、触控显示模块4、正弦波发生电路5、正弦波功率放大电路6、自检电路7、电流采样调理电路8、抗工频干扰与峰值检波电路一9、电压采样调理电路10、抗工频干扰与峰值检波电路二11、A/D变换模块12、相位检测模块13、基准电压模块14、电源组件15。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步的说明。
参看如图1所示，本具体实施方式采用如下技术方案：它包含中央处理器1、USB输出模块2、数据存储模块3、触控显示模块4、正弦波发生电路5、正弦波功率放大电路6、自检电路7、电流采样调理电路8、抗工频干扰与峰值检波电路一9、电压采样调理电路10、抗工频干扰与峰值检波电路二11、A/D变换模块12、相位检测模块13、基准电压模块14、电源组件15；所述的中央处理器1分别与USB输出模块2、数据存储模块3、触控显示模块4相互连接；所述的中央处理器1与正弦波发生电路5连接，正弦波发生电路5与正弦波功率放大电路6连接，正弦波功率放大电路6分别与采集端口一C和采集端口二E连接，采集端口二E与电流采样调理电路8连接；所述的电流采样调理电路8与抗工频干扰与峰值检波电路一9连接；所述的采集端口一C与采集端口二E之间连接有自检电路7，自检电路7与插接端子一P1连接，插接端子一P1与插接端子二P2与电压采样调理电路10连接，电压采样调理电路10与抗工频干扰与峰值检波电路二11连接；所述的抗工频干扰与峰值检波电路一9、与抗工频干扰与峰值检波电路二11两者分别都与A/D变换模块12、相位检测模块13连接，所述的A/D变换模块12、相位检测模块13以及基准电压模块14与中央处理器1连接。
其中，所述的采集端口一C连接到电流极接地探针连接；所述的插接端子一P1连接到电位极接地探针连接；所述的采集端口二E、插接端子二P2均与接地网连接；
所述采集端口二E、插接端子二P2用于并联连接被测接地装置参考点，所述插接端子一P1用于连接电位极；所述电源组件15变换输出四组不同电压用于本仪器供电，所述扫频功率放大电路输入端与正弦波发生器模块连接，该电路输出的10Hz-1MHz的测试信号与采集端口一C、采集端口二E连接施加于接地装置，用于测试分析接地装置，在不同频率下所呈现的阻抗特性；插接端子一P1和插接端子二P2用于采集端口一C、采集端口二E施加在接地装置与电流极回路中，不同频率的输出信号，在接地装置与电压极之间产生的电压信号，由此插接端子一P1和插接端子二P2端子输入到扫频电压采集调理通道，同时，电流信号经过仪器内部采样，输入到扫频电流采集调理通道，最后，信号经过中央处理器处理，分别送到显示屏及存储单元电路。
本具体实施方式的工作流程：彩色触摸屏下发启动命令，中央处理器控制正弦波发生电路依次按时间顺序输出设定好的若干个不同频率的测试信号，中央处理器对所有频率点的电压、电流进行测量，计算阻抗；所有频率信号测试完后，中央处理器将计算得到的阻抗、电阻、电抗值送显示屏显示，并绘制曲线直观显示，同时，中央处理器将测量得到的阻抗、电阻、电抗数据写入板上E2ROM和U盘内，前者方便通过触摸屏随时查看历史数据记录，后者便于在计算机上查看相关数据并以文件形式保存。
彩色显示屏模块向中央处理器模块发送测试命令，由中央处理器控制正弦波发生电路(附图2)输出指定频率的正弦信号，并经由正弦波功率放大电路(附图3)放大后输出稳定的测试信号加在被测接地装置上；
所述电流采样调理电路8、电压采样调理电路10 (附图5上部分)实现测试对象上电压、电流的放大、和量程控制；量程控制电路由可控增益放大器AD603实现；刚启动时，AD603被中央处理器设置放大倍数为1，首次采样后根据电压、电流信号的大小确定合适的放大倍数，由中央处理器改变AD603第1脚的电压实现放大倍数的控制。
为消除现场的工频干扰信号，设计了抗工频干扰电路(附图5中间部 分)。该部分采用两级双T有源陷波器级联结构，可实现对工频信号至少 40dB的衰减。
陷波器输出接到所述峰值检测电路(附图5中间部分)实现对电压、电 流信号的峰值检测，由运放和肖特基二极管实现无失真检波，由中央处理 器控制ADC多次采样后,取平均值得到电压、电流峰值，并计算当前测试频 率下的阻抗值。
所述相位检测电路(附图6)实现电压、电流相位检测，将两个信号的相位差转换为脉冲信号，脉冲信号的占空比与相位差成比例关系。该脉冲经RC平滑滤波编程直流电压后接入ADC，由中央处理器控制ADC实现相位差的计算。并根据阻抗值和相位差计算当前频率下的电阻和电抗值。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.高频扫描接地阻抗特性分析仪，其特征在于：它包含中央处理器(1)、USB输出模块(2)、数据存储模块(3)、触控显示模块(4)、正弦波发生电路(5)、正弦波功率放大电路(6)、自检电路(7)、电流采样调理电路(8)、抗工频干扰与峰值检波电路一(9)、电压采样调理电路(10)、抗工频干扰与峰值检波电路二(11)、A/D变换模块(12)、相位检测模块(13)、基准电压模块(14)、电源组件(15)；所述的中央处理器(1)分别与USB输出模块(2)、数据存储模块(3)、触控显示模块(4)相互连接；所述的中央处理器(1)与正弦波发生电路(5)连接，正弦波发生电路(5)与正弦波功率放大电路(6)连接，正弦波功率放大电路(6)分别与采集端口一(C)和采集端口二(E)连接，采集端口二(E)与电流采样调理电路(8)连接；所述的电流采样调理电路(8)与抗工频干扰与峰值检波电路一(9)连接；所述的采集端口一(C)与采集端口二(E)之间连接有自检电路(7)，自检电路(7)与插接端子一(P1)连接，插接端子一(P1)与插接端子二(P2)与电压采样调理电路(10)连接，电压采样调理电路(10)与抗工频干扰与峰值检波电路二(11)连接；所述的抗工频干扰与峰值检波电路一(9)、与抗工频干扰与峰值检波电路二(11)两者分别都与A/D变换模块(12)、相位检测模块(13)连接，所述的A/D变换模块(12)、相位检测模块(13)以及基准电压模块(14)与中央处理器(1)连接。
2.根据权利要求1所述的高频扫描接地阻抗特性分析仪，其特征在于：所述的采集端口一(C)连接到电流极接地探针连接。
3.根据权利要求1所述的高频扫描接地阻抗特性分析仪，其特征在于：所述的插接端子一(P1)连接到电位极接地探针连接。
4.根据权利要求1所述的高频扫描接地阻抗特性分析仪，其特征在于：所述的采集端口二(E)、插接端子二(P2)均与接地网连接。
5.高频扫描接地阻抗特性分析仪，其特征在于：它的工作流程：通过彩色触摸屏下发启动命令，中央处理器控制正弦波发生电路依次按时间顺序输出设定好的若干个不同频率的测试信号，中央处理器对所有频率点的电压、电流进行测量，计算阻抗；所有频率信号测试完后，中央处理器将计算得到的阻抗、电阻、电抗值送显示屏显示，并绘制曲线直观显示，同时，中央处理器将测量得到的阻抗、电阻、电抗数据写入板上E2ROM和U盘内，前者方便通过触摸屏随时查看历史数据记录，后者便于在计算机上查看相关数据并以文件形式保存。
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