CN1873429A - 一种测量通讯线路电压、绝缘电阻及电容的方法和电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量线路交直流电压的电路和方法，利用一采样通道测量出被测线路的交直流混合电压，然后通过DSP处理器对测量数据均值和均方根值的分离计算，得到被测线路A线对地、B线对地以及A、B线之间的交流电压和直流电压。该方法电路处理及实现简单，测量精度高。本发明还公开了一种测量线路绝缘电阻的电路及方法，该方法设置了用于电路切换的逻辑控制电路、与被测线路电阻串接的电压信号源和匹配电阻，用于测量信号源激励电压和被测电阻对地电压的两个采样通道，以及DSP；分别测量出线路A线对地、B线对地、A、B线间的线路等效电阻，经DSP计算，最终得到被测线路A对地、B对地、A、B间绝缘电阻；该方法简单，并且精准。

Description

一种测量通讯线路电压、绝缘电阻及电容的方法和电路

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种测量通讯线路电压、绝缘电阻及电容的方法和电路。

背景技术

目前，数字万用表(DMM)中的电压测量、电阻测量及电容测量属于比较成熟的技术，测试方法及电路较多，目前实际常用的测试方法和电路如下：1)采用桥式整流测量交流电压的整流电压法，如图1所示，被测线路的交流电压通过隔直、整流、滤波、增益调整后，经过A/D采样送给MPU处理，采样的电压与被测线路交流电压成正比。2)电阻测量采用恒流源激励驱动法，如图2所示，包括恒流源电路、测量量程调整，经I/V转换后输出电压与被测线路电阻成正比，再经过增益调整、A/D采样送给MPU处理，采样的电压与被测线路电阻成正比。3)电容测量采用方波振荡器占空比变换法，如图3所示，包括方波信号发生电路、占空比变换、滤波电路，经过增益调整、A/D采样送给MPU处理，占空比变换电路输出占空比与被测电容大小成正比，滤波器输出后与被测电容成正比的直流电压，采样的电压与被测线路电容成正比。

而在通讯技术中，需要对通信线路中窄带的12项参数指标进行测量，这12项参数指标为用户线路的A/B线间、A对地、B对地的交流电压、直流电压，A/B线间、A对地、B对地的绝缘电阻及电容，然后根据这些参数的测量结果判断被测线路是否混线、短路、绝缘不良等异常情况；采用上述现有技术对通讯线路进行DMM测量，存在一些问题；例如采用方法1只能测量交流电压，不能在测交流电压的同时测得被测线路的直流电压；采用方法2和方法3测量通讯线路的绝缘电阻和线间电容时，在A/B线正常连接状态下，由于受B线对地(或A线对地)绝缘电阻或电容的影响，测量得到的A线对地(或B线对地)之间的绝缘电阻或电容值是不准确的。

由此可见，上述方法及电路用于通讯线路中DMM项目的测量，显得技术陈旧，测量准确度低，电路也相对复杂。由于实际通信线路运用环境的复杂性，选择合理的测方法和电路是解决和保证DMM测量参数数据的可靠性及稳定性的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种对通讯线路交直流电压混合测试的方法及电路，该方法和电路能同时测出用户线路的A/B线间交直流电压，以及A对地、B对地的交直流电压。

本发明所要解决的另一技术问题是：提供一种能准确测量用户线路的A/B线间、A对地、B对地的绝缘电阻方法及电路。

本发明所要解决的又一技术问题是：提供一种能准确测量用户线路的A/B线间、A对地、B对地的电容方法及电路。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种测量通讯线路交直流电压的电路，包括用于供电的电源电路，用于电路切换的逻辑控制电路，以及用于将被测线路交直流混合电压进行放大和数据处理的采样通道；所述逻辑控制电路控制被测线路A/B线的切换，使所述采样通道的输入端与被测线路A线或B线连接。

所述的电压测量电路，其中：所述采样通道包括顺序连接的增益可控的放大电路、用于将所述放大电路输出的模拟电压信号转换成数字信号的A/D转换器、以及用于对所述数字信号进行采样和数据处理的DSP处理器。

所述的电压测量电路，其中：所述放大电路包括依次顺序连接的逻辑控制衰减器、增益固定的线路接收放大器、固定衰减器，及增益可变的可编程放大器；所述逻辑控制电路控制所述逻辑控制衰减器的通断，当被测电压的幅值超过预定值时，所述逻辑控制电路控制所述逻辑控制衰减器接入被测线路与所述线路接收放大器入端之间；当被测电压的幅值低于所述预定值时，控制所述逻辑控制衰减器被短路。

所述的电压测量电路，其中：所述电压测量电路还包括一端与地连接的放电电阻，所述放电电阻的另一端由所述逻辑控制电路控制其开路或与被测线路A/B线连接。

所述的电压测量电路，其中：所述逻辑控制电路采用继电器组或由FPGA或CPLD实现。

一种测量通讯线路交直流电压的方法，包括如下步骤：

A、切换所述采样通道与被测线路A线或B线的连接；

B、根据采集到的被测线路A/B线的交直流混合电压幅值大小，调整放大电路自身的增益系数，输出模拟电压信号；将模拟电压信号进行转换，得到与被测电压成正比的数字信号；

C、通过DSP对所述数字信号进行采样，并对采样得到的测量数据进行计算，计算测量数据的均值为被测线路A/B线的直流电压；计算测量数据的均方根值为被测线路A/B线的交流电压。

所述的测量电压的方法，其中：所述的方法还包括步骤D：根据被测线路A线和B线的交流电压和直流电压，计算并得到线路A至线路B之间的交流电压和直流电压。

所述的测量电压的方法，其中：所述步骤B包括如下处理：当被测电压的幅值超过所述预定值时，控制一逻辑控制衰减器接入所述放大电路，使放大电路增益下降；当被测电压的幅值低于所述预定值时，控制短路所述逻辑控制衰减器，使放大电路的增益增加。

所述的测量电压的方法，其中：所述步骤B还包括如下处理：根据被测电压的幅值，调整并确定放大电路中可编程放大器的增益。

所述的测量电压的方法，其中：在对被测线路进行测量前，将被测线路A/B线分别通过所述放电电阻接地，放掉被测线路上的感应电压。

一种测量通讯线路绝缘电阻的电路，包括用于供电的电源电路，用于电路切换的逻辑控制电路；电压信号源以及匹配电阻，所述电压信号源与所述匹配电阻的第一端相连，所述匹配电阻的第二端通过所述逻辑控制电路连接被测线路A/B线；两个增益可控的采样通道，所述采样通道的输入端分别与所述匹配电阻的两端连接，用于检测所述匹配电阻两端的电压幅值，并将检测到的电压进行放大和A/D转换；DSP，所述DSP用于对所述两个采样通道输出的电压数字信号进行数据处理。

所述的电阻测量电路，其中：所述采样通道包括顺序连接的线路接收放大器、固定衰减器、PGA放大器以及A/D转换器。

所述的电阻测量电路，其中：还包括一端与地连接的放电电阻，所述放电电阻的另一端由所述逻辑控制电路控制其开路或与被测线路A/B线连接。

所述的电阻测量电路，其中：所述逻辑控制电路采用继电器组或由FPGA或CPLD实现。

一种测量通讯线路绝缘电阻的方法，包括如下步骤：

A、通过控制逻辑控制电路，使被测线路A线对地短路时，电压信号源通过匹配电阻接入被测线路B线，两个采样通道分别测得所述匹配电阻第一端的电压数据Vs1和第二端的电压数据Vx1；控制所述逻辑控制电路，使被测线路B线对地短路时，所述电压信号源通过所述匹配电阻接入被测线路A线，所述两个采样通道分别测得所述匹配电阻第一端的电压数据Vs2和第二端的电压数据Vx2；以及控制所述逻辑控制电路，使被测线路A线对被测线路B线短路时，所述电压信号源通过所述匹配电阻接入被测线路A线，所述两个采样通道分别测得所述匹配电阻第一端的电压数据Vs3和第二端的电压数据Vx3；

B、根据所述匹配电阻以及步骤A得到的所述电压数据，DSP按照以下公式进行计算：

$\mathrm{Ra}=\frac{2\×{\mathrm{Ra}}^{\′}{\×\mathrm{Rb}}^{\′}\×{\mathrm{Rab}}^{\′}}{{\mathrm{Rb}}^{\′}{\×\mathrm{Rab}}^{\′}+{\mathrm{Ra}}^{\′}\×{\mathrm{Rb}}^{\′}-{\mathrm{Ra}}^{\′}{\×\mathrm{Rab}}^{\′}}$ $\mathrm{Rb}=\frac{2\×{\mathrm{Ra}}^{\′}{\×\mathrm{Rb}}^{\′}\×{\mathrm{Rab}}^{\′}}{{\mathrm{Ra}}^{\′}{\×\mathrm{Rb}}^{\′}+{\mathrm{Ra}}^{\′}\×{\mathrm{Rab}}^{\′}-{\mathrm{Rb}}^{\′}{\×\mathrm{Rab}}^{\′}}$ $\mathrm{Rab}=\frac{2\×{\mathrm{Ra}}^{\′}{\×\mathrm{Rb}}^{\′}\×{\mathrm{Rab}}^{\′}}{{\mathrm{Ra}}^{\′}{\×\mathrm{Rab}}^{\′}+{\mathrm{Rb}}^{\′}\×{\mathrm{Rab}}^{\′}-{\mathrm{Ra}}^{\′}{\×\mathrm{Rb}}^{\′}}$

其中： ${\mathrm{Ra}}^{\′}=\frac{\mathrm{Vx}1}{\mathrm{Vs}1-\mathrm{Vx}1}\×\mathrm{Rs},$ ${\mathrm{Rb}}^{\′}=\frac{\mathrm{Vx}2}{\mathrm{Vs}2-\mathrm{Vx}}\×\mathrm{Rs},$ ${\mathrm{Rab}}^{\′}=\frac{\mathrm{Vx}3}{\mathrm{Vs}3-\mathrm{Vx}3}\×\mathrm{Rs},$

得到被测线路A对地的绝缘电阻Ra，被测线路B对地的绝缘电阻Rb，以及被测线路A与被测线路B之间的绝缘电阻Rab。

所述的电阻测量方法，其中：在对被测线路进行测量前，将被测线路A/B线分别通过所述放电电阻接地，进行线路放电处理。

一种测量通讯线路电容的电路，包括一电源电路，用于电路切换的逻辑控制电路；还包括顺序连接的充放电控制电路、窗口检测比较电路、计数器以及DSP处理器；所述充放电控制电路通过所述逻辑控制电路连接被测线路A/B线，用于控制线路被测电容的充放电；所述窗口检测比较电路的输入端与所述充放电控制电路连接，用于监控被测线路的充放电电压值。

所述的电容测量电路，其中：还包括用于隔离外界高电压干扰信号窜入的光电隔离器，所述光电隔离器连接在所述窗口检测比较电路输出端与所述计数器输入端之间。

所述的电容测量电路，其中：所述充放电控制电路包括控制开关，连接在所述电源电路和控制开关之间的充电电阻，以及连接在控制开关与地之间的放电电阻；当所述控制开关被设置在充电状态时，电源电路通过所述充电电阻向线路被测电容充电，当所述控制开关被设置在放电状态时，线路被测电容通过所述放电电阻放电。

所述的电容测量电路，其中：还包括一端与地连接的泄放电阻，所述泄放电阻的另一端由所述逻辑控制电路控制其开路或与被测线路A/B线连接。

所述的电容测量电路，其中：所述逻辑控制电路采用继电器组或由FPGA或CPLD实现。

一种测量通讯线路电容的方法，包括如下步骤：

A、控制一逻辑控制电路，分别设置三种测量状态：被测线路A线对地短路时，被测线路B线与所述充放电控制电路连接的第一种状态；被测线路B线对地短路时，被测线路A线与所述充放电控制电路连接的第二种状态；以及被测线路A线对B线短路时，被测线路A线与所述充放电控制电路连接的第三种状态；

B、在每一种测量状态时，所述充放电控制电路控制被测线路等效电容充电，当被测线路等效电容充电至窗口比较器预设的高电压门限值并延迟一定时间后，控制被测线路等效电容放电至窗口比较器预设的低电压门限值；计数所述窗口比较器从所述高电压门限值降到所述低电压门限值的时间差值，从而得到每一种测量状态时的所述时间差值送入DSP；

C、所述DSP根据步骤B测得的数据，按照以下公式进行计算：

$\mathrm{Ca}=\frac{1}{2}\×({\mathrm{Ca}}^{\′}+{\mathrm{Cab}}^{\′}-{\mathrm{Cb}}^{\′})$ $\mathrm{Cb}=\frac{1}{2}\×({\mathrm{Cb}}^{\′}+{\mathrm{Cab}}^{\′}-{\mathrm{Ca}}^{\′})$ $\mathrm{Cab}=\frac{1}{2}\×({\mathrm{Cb}}^{\′}+{\mathrm{Ca}}^{\′}-{\mathrm{Cab}}^{\′});$

得到被测线路A对地的电容Ca，被测线路B对地的电容Cb，以及被测线路A与被测线路B之间的电容Cab；

其中： ${\mathrm{Ca}}^{\′}=k\×\frac{\mathrm{data}1}{R}$ ${\mathrm{Cb}}^{\′}=k\×\frac{\mathrm{data}2}{R}$ ${\mathrm{Cab}}^{\′}=k\×\frac{\mathrm{data}3}{R};$ Ca′、data1为第一种测量状态时被测线路等效电容和时间差值；Cb′、data2为第二种测量状态时的被测线路等效电容和时间差值；Cab′、data3为第三种测量状态时的被测线路等效电容和时间差值；R为所述放电电阻；k为大于0的系数。

所述的电容测量方法，其中：在对被测线路进行测量前，将被测线路A/B线分别通过所述泄放电阻接地，进行线路放电处理。

本发明的有益效果为：本发明由于采用了线路交直流电压混合测试，通过均值和均方根值分离方法，与现有技术相比，不需要再将交流电压信号和直流电压信号分离出来，能同时测出被测线路A线、B线以及AB线之间的交直流电压；电路处理及实现简单，测量方法方便，并且测量精度高。

本发明采用的上述测量电阻和电容的方法及电路，可以在被测线路A/B线正常连接状态下，准确地测量出A线对地、B线对地以及A、B线间的绝缘电阻和电容，电路处理及实现简单，测量方法方便。

附图说明

图1为采用整流法测量线路交流电压的电路图；

图2为采用恒流源激励驱动法测量线路电阻的电路图；

图3为采用方波振荡器占空比变换法测量线路电容的电路图；

图4为本发明测量线路电压的电路示意图；

图5为本发明测量线路电压的流程图；

图6为本发明测量线路绝缘电阻的电路示意图；

图7为本发明测量线路绝缘电阻的流程图；

图8为本发明测量线路电容的电路示意图；

图9为本发明测量线路电容的流程图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

本发明测量通讯线路交直流电压的电路如图4所示，包括为电路各部分供电的电源电路、用于电路切换的逻辑控制电路，以及对被测线路交直流混合电压采样测量的采样通道；采样通道包括顺序连接的一逻辑控制衰减器、一增益固定的线路接收放大器、一固定衰减器、一可编程放大器(PGA放大器)、一A/D转换器、以及一数字信号处理器(DSP--Digital Signal Processing)。其中，逻辑控制衰减器、线路接收放大器、固定衰减器、PGA放大器组成增益可控的放大电路，放大电路根据被测线路电压幅值的大小，通过控制逻辑控制衰减器的通断以及PGA放大器的增益系数，将一定范围的电压送入A/D转换器转换成数字信号，DSP处理器对数字信号进行采样和数据处理。所述逻辑控制电路用于根据测量需要对部分电路的切换，例如，用于控制切换采样通道与被测线路A线或B线连接，以便分别测量线路A线或B线的电压；控制逻辑控制衰减器的通断，当被测电压的幅值超过预定值(例如预定值设定为15V)时，所述逻辑控制电路控制所述逻辑控制衰减器接入被测线路与所述线路接收放大器入端之间；当被测电压的幅值低于所述预定值(15V)时，控制所述逻辑控制衰减器被短路，等等。逻辑控制电路可以采用继电器组成的控制开关组实现，也可以由FPGA或CPLD来实现。所述的电压测量电路还包括一放电电阻，放电电阻的一端接地，另一端由所述逻辑控制电路控制其或开路或与被测线路A线连接，或与B线连接。

采用上述电压测量电路对通讯线路交直流电压进行测量，其流程如图5所示，包括如下步骤：

A、通过所述逻辑控制电路，切换被测线路A线或B线与所述采样通道连接，对线路A线或B线分别进行测量；

B、根据采集到的被测线路A/B线的交直流混合电压幅值大小，放大电路调整自身的增益系数，放大并输出模拟电压信号；当被测电压的幅值超过预定值时，逻辑控制电路控制逻辑控制衰减器接入放大电路，并且确定PGA放大器增益，使放大电路增益下降；当被测电压的幅值低于预定值时，逻辑控制电路控制短路所述逻辑控制衰减器，并确定PGA放大器增益，使放大电路的增益增加；A/D转换器将模拟电压信号进行转换，得到与被测电压成正比的数字信号；

C、所述DSP对所述数字信号进行采样，并对采样得到的测量数据进行数据处理，计算测量数据的均值为被测线路A或B线的直流电压；计算测量数据的均方根值为被测线路A或B线的交流电压；得到并输出A线对地的交流电压和直流电压，以及B线对地的交流电压和直流电压；

D、根据被测线路A线和B线的交流电压和直流电压，计算并得到线路A至线路B之间的交流电压和直流电压。

由此可见，本发明采用线路交直流电压混合测试，通过均值和均方根值分离方法，可以一次测量得到线路A或线路B的交流电压和直流电压，测量简单、方便、效率高。在对被测线路进行测量前，为使测量数据更为准确，通过所述逻辑控制电路的控制切换，分别使被测线路A和B线短时间连接放电电阻，通过所述放电电阻放掉被测线路上的感应电压。

本发明测量通讯线路绝缘电阻的电路如图6所示，包括用于供电的电源电路，一用于电路切换的逻辑控制电路；一电压信号源以及匹配电阻Rs，匹配电阻Rs一端与电压信号源相连，另一端通过逻辑控制电路连接被测线路A/B线，为了测量精确，匹配电阻Rs可以是阻值不同的一组电阻，根据被测电阻的大小通过逻辑控制电路切换不同阻值的匹配电阻Rs。还包括两个增益可控的采样通道，采样通道由顺序连接的线路接收放大器、固定衰减器、PGA放大器以及A/D转换器组成；两个采样通道的输入端分别与匹配电阻的两端连接，用于检测匹配电阻Rs两端的电压幅值，即电压信号源输出端的电压Vs和被测线路等效电阻Rx对地的电压Vx，并将检测到的电压进行放大以及转换成数字信号；从图6可见，被测线路等效电阻Rx与匹配电阻Rs、以及两采样电压Vs、Vx的关系为 $\mathrm{Rx}=\frac{\mathrm{Vx}}{\mathrm{Vs}-\mathrm{Vx}}\×\mathrm{Rs};$ 测量电路还包括与两个采样通道输出端连接的DSP处理器，DSP用于对两个采样通道输出的电压数字信号进行数据处理。

采用上述电阻测量电路对通讯线路绝缘电阻进行测量，其流程如图7所示，包括如下步骤：

A、控制逻辑控制电路，使被测线路A线对地短路，如图6所示，相当于Ka开关闭合，Kb、Kab开关断开时，电压信号源通过所述匹配电阻接入被测线路B线，两个采样通道分别测得匹配电阻第一端的电压数据Vs1和第二端的电压数据Vx1；根据测量得到的Vs1和Vx1，可以得到此时的线路等效电阻 ${\mathrm{Rb}}^{\′}=\frac{\mathrm{Vx}2}{\mathrm{Vs}2-\mathrm{Vx}}\×\mathrm{Rs},$ 这时Rb′＝Rb//Rab；同样控制所述逻辑控制电路，使被测线路B线对地短路，相当于Kb开关闭合，Ka、Kab开关断开时，电压信号源通过所述匹配电阻接入被测线路A线，两个采样通道分别测得Vs2和Vx2，并由此得到此时的线路等效电阻 ${\mathrm{Ra}}^{\′}=\frac{\mathrm{Vx}1}{\mathrm{Vs}1-\mathrm{Vx}1}\×\mathrm{Rs},$ 这时Ra′＝Ra//Rab；以及控制逻辑控制电路，使被测线路A线对被测线路B线短路，相当于Kab开关闭合，Ka、Kb开关断开时，电压信号源通过匹配电阻接入被测线路A线，两个采样通道分别测得Vs3和Vx3，并由此得到此时的线路等效电阻 ${\mathrm{Rab}}^{\′}=\frac{\mathrm{Vx}3}{\mathrm{Vs}3-\mathrm{Vx}3}\×\mathrm{Rs},$ 这时Rab′＝Ra//Rb；

B、DSP处理器根据步骤A的测量结果，以及匹配电阻值，按照以下公式进行计算：

$\mathrm{Ra}=\frac{2\×{\mathrm{Ra}}^{\′}{\×\mathrm{Rb}}^{\′}\×{\mathrm{Rab}}^{\′}}{{\mathrm{Rb}}^{\′}{\×\mathrm{Rab}}^{\′}+{\mathrm{Ra}}^{\′}\×{\mathrm{Rb}}^{\′}-{\mathrm{Ra}}^{\′}{\×\mathrm{Rab}}^{\′}}$ $\mathrm{Rb}=\frac{2\×{\mathrm{Ra}}^{\′}{\×\mathrm{Rb}}^{\′}\×{\mathrm{Rab}}^{\′}}{{\mathrm{Ra}}^{\′}{\×\mathrm{Rb}}^{\′}+{\mathrm{Ra}}^{\′}\×{\mathrm{Rab}}^{\′}-{\mathrm{Rb}}^{\′}{\×\mathrm{Rab}}^{\′}}$ $\mathrm{Rab}=\frac{2\×{\mathrm{Ra}}^{\′}{\×\mathrm{Rb}}^{\′}\×{\mathrm{Rab}}^{\′}}{{\mathrm{Ra}}^{\′}{\×\mathrm{Rab}}^{\′}+{\mathrm{Rb}}^{\′}\×{\mathrm{Rab}}^{\′}-{\mathrm{Ra}}^{\′}{\×\mathrm{Rb}}^{\′}}$

就得到了被测线路A对地的绝缘电阻Ra，被测线路B对地的绝缘电阻Rb，以及被测线路A与被测线路B之间的绝缘电阻Rab。

该测量方法简单，并且精准。

为了防止由于被测线路对地耦合电容上可能存在一定的电位，影响到测量的精确度，测量电路还包括一端接地的放电电阻，放电电阻的另一端由逻辑控制电路控制其开路或与被测线路A/B线连接，在对被测线路进行测量前，通过逻辑控制电路控制，使被测线路A和B线分别通过放电电阻接地，将线路耦合电容上的电压放掉。而逻辑控制电路可以采用继电器组成的控制开关组实现，也可以由FPGA或CPLD来实现。

本发明测量通讯线路电容的电路如图8所示，包括一电源电路，一用于电路切换的逻辑控制电路；还包括顺序连接的充放电控制电路、窗口检测比较电路、用于隔离外界高电压干扰信号窜入的光电隔离器、计数器以及DSP处理器。充放电控制电路包括一控制开关，连接在所述电源电路和控制开关之间的一充电电阻，以及连接在控制开关与地之间的一放电电阻R；充放电控制电路通过逻辑控制电路连接被测线路A/B线，用于控制被测线路等效电容Cx的充放电，即：当控制开关被设置在充电状态时，电源电路通过充电电阻向被测线路等效电容Cx充电，当控制开关被设置在放电状态时，被测线路等效电容Cx通过放电电阻R放电。窗口检测比较电路的输入端与充放电控制电路连接，用于监控被测线路的充放电电压，当线路电压充电到窗口比较器高电压门限值时，延时一段时间使充电电压稳定后，被测线路等效电容Cx进行放电；计数器计数窗口比较器从高电压门限值到低电压门限值之间时间差的长度，DSP通过计算算出电容值，被测线路等效电容Cx与放电电阻R、计数器的计数值data的关系为 $\mathrm{Cx}=k\×\frac{\mathrm{data}}{R},$ k为大于0的常数，k的取值与放电电阻R的大小有关，而放电电阻R则根据测量范围而定。

采用上述电容测量电路对通讯线路电容进行测量，其具体流程如图9所示，包括如下步骤：

A、控制所述逻辑控制电路，分别设置三种测量状态：被测线路A线对地短路，相当于图8所示Ka开关闭合，Kb、Kab开关断开时，被测线路B线与所述充放电控制电路连接的第一种状态；被测线路B线对地短路，相当于Kb开关闭合，Ka、Kab开关断开时，被测线路A线与所述充放电控制电路连接的第二种状态；以及被测线路A线对B线短路，相当于Kab开关闭合，Ka、Kb开关断开时，被测线路A线与所述充放电控制电路连接的第三种状态；

B、在每一种测量状态时，充放电控制电路控制被测线路等效电容充电，当被测线路等效电容充电至窗口比较器预设的高电压门限值并延迟一定时间后，控制被测线路等效电容放电至窗口比较器预设的低电压门限值；计数器计数窗口比较器从高电压门限值降到低电压门限值的时间差值；从而得到每一种测量状态时的时间差值送入所述DSP；第一种状态时，被测线路等效电容Cb′＝Cb+Cab，计数器计数的时间差值为 ${\mathrm{Cb}}^{\′}=k\×\frac{\mathrm{data}2}{R};$ 第二种状态时，被测线路等效电容Ca′＝Ca+Cab，计数器的计数值为 ${\mathrm{Ca}}^{\′}=k\×\frac{\mathrm{data}1}{R};$ 第一种状态时，被测线路等效电容Cab′＝Ca+Cb，计数器的计数值为 ${\mathrm{Cab}}^{\′}=k\×\frac{\mathrm{data}3}{R}$

C、DSP根据步骤B测试得到的数据，按照以下公式进行计算：

$\mathrm{Ca}=\frac{1}{2}\×({\mathrm{Ca}}^{\′}+{\mathrm{Cab}}^{\′}-{\mathrm{Cb}}^{\′})$ $\mathrm{Cb}=\frac{1}{2}\×({\mathrm{Cb}}^{\′}+{\mathrm{Cab}}^{\′}-{\mathrm{Ca}}^{\′})$ $\mathrm{Cab}=\frac{1}{2}\×({\mathrm{Cb}}^{\′}+{\mathrm{Ca}}^{\′}-{\mathrm{Cab}}^{\′});$

得到被测线路A对地的电容Ca，被测线路B对地的电容Cb，以及被测线路A与被测线路B之间的电容Cab。该测量方法简单，并且精准。

为了防止由于被测线路对地耦合电容上可能存在一定的电位，影响到测量的精确度，测量电路还包括一端接地的泄放电阻，泄放电阻的另一端由逻辑控制电路控制其开路或与被测线路A/B线连接，在对被测线路进行测量前，通过逻辑控制电路控制，使被测线路A和B线分别通过泄放电阻接地，将线路耦合电容上的电压放掉。而逻辑控制电路可以采用继电器组成的控制开关组实现，也可以由FPGA或CPLD来实现。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (23)

1、一种测量通讯线路交直流电压的电路，包括用于供电的电源电路，其特征在于：包括用于电路切换的逻辑控制电路，以及用于将被测线路交直流混合电压进行放大和数据处理的采样通道；所述逻辑控制电路控制被测线路A/B线的切换，使所述采样通道的输入端与被测线路A线或B线连接。

2、根据权利要求1所述的电压测量电路，其特征在于：所述采样通道包括顺序连接的增益可控的放大电路、用于将所述放大电路输出的模拟电压信号转换成数字信号的A/D转换器、以及用于对所述数字信号进行采样和数据处理的DSP处理器。

3、根据权利要求2所述的电压测量电路，其特征在于：所述放大电路包括依次顺序连接的逻辑控制衰减器、增益固定的线路接收放大器、固定衰减器，及增益可变的可编程放大器；所述逻辑控制电路控制所述逻辑控制衰减器的通断，当被测电压的幅值超过预定值时，所述逻辑控制电路控制所述逻辑控制衰减器接入被测线路与所述线路接收放大器入端之间；当被测电压的幅值低于所述预定值时，控制所述逻辑控制衰减器被短路。

4、根据权利要求3所述的电压测量电路，其特征在于：所述电压测量电路还包括一端与地连接的放电电阻，所述放电电阻的另一端由所述逻辑控制电路控制其开路或与被测线路A/B线连接。

5、根据权利要求1至4任一权项所述的电压测量电路，其特征在于：所述逻辑控制电路采用继电器组或由FPGA或CPLD实现。

6、一种测量通讯线路交直流电压的方法，包括如下步骤：

A、切换所述采样通道与被测线路A线或B线的连接；

B、根据采集到的被测线路A/B线的交直流混合电压幅值大小，调整放大电路自身的增益系数，输出模拟电压信号；将模拟电压信号进行转换，得到与被测电压成正比的数字信号；

C、通过DSP对所述数字信号进行采样，并对采样得到的测量数据进行计算，计算测量数据的均值为被测线路A/B线的直流电压；计算测量数据的均方根值为被测线路A/B线的交流电压。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的方法还包括步骤D：根据被测线路A线和B线的交流电压和直流电压，计算并得到线路A至线路B之间的交流电压和直流电压。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤B包括如下处理：当被测电压的幅值超过所述预定值时，控制一逻辑控制衰减器接入所述放大电路，使放大电路增益下降；当被测电压的幅值低于所述预定值时，控制短路所述逻辑控制衰减器，使放大电路的增益增加。

9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述步骤B还包括如下处理：根据被测电压的幅值，调整并确定放大电路中可编程放大器的增益。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于：在对被测线路进行测量前，将被测线路A/B线分别通过所述放电电阻接地，放掉被测线路上的感应电压。

11、一种测量通讯线路绝缘电阻的电路，包括用于供电的电源电路，其特征在于：包括：用于电路切换的逻辑控制电路；电压信号源以及匹配电阻，所述电压信号源与所述匹配电阻的第一端相连，所述匹配电阻的第二端通过所述逻辑控制电路连接被测线路A/B线；两个增益可控的采样通道，所述采样通道的输入端分别与所述匹配电阻的两端连接，用于检测所述匹配电阻两端的电压幅值，并将检测到的电压进行放大和A/D转换；DSP，所述DSP用于对所述两个采样通道输出的电压数字信号进行数据处理。

12、根据权利要求11所述的电阻测量电路，其特征在于：所述采样通道包括顺序连接的线路接收放大器、固定衰减器、PGA放大器以及A/D转换器。

13、根据权利要求12所述的电阻测量电路，其特征在于：还包括一端与地连接的放电电阻，所述放电电阻的另一端由所述逻辑控制电路控制其开路或与被测线路A/B线连接。

14、根据权利要求13所述的电阻测量电路，其特征在于：所述逻辑控制电路采用继电器组或由FPGA或CPLD实现。

15、一种测量通讯线路绝缘电阻的方法，包括如下步骤：

A、控制逻辑控制电路，使被测线路A线对地短路时，电压信号源通过匹配电阻接入被测线路B线，两个采样通道分别测得所述匹配电阻第一端的电压数据Vs1和第二端的电压数据Vx1；控制所述逻辑控制电路，使被测线路B线对地短路时，所述电压信号源通过所述匹配电阻接入被测线路A线，所述两个采样通道分别测得所述匹配电阻第一端的电压数据Vs2和第二端的电压数据Vx2；以及控制所述逻辑控制电路，使被测线路A线对被测线路B线短路时，所述电压信号源通过所述匹配电阻接入被测线路A线，所述两个采样通道分别测得所述匹配电阻第一端的电压数据Vs3和第二端的电压数据Vx3；

B、根据所述匹配电阻以及步骤A得到的所述电压数据，DSP按照以下公式进行计算：

$\mathrm{Ra}=\frac{2\×{\mathrm{Ra}}^{\′}\×{\mathrm{Rb}}^{\′}\×{\mathrm{Rab}}^{\′}}{{\mathrm{Rb}}^{\′}\×{\mathrm{Rab}}^{\′}+{\mathrm{Ra}}^{\′}\×{\mathrm{Rb}}^{\′}-{\mathrm{Ra}}^{\′}\×{\mathrm{Rab}}^{\′}};\mathrm{Rb}=\frac{2\×{\mathrm{Ra}}^{\′}\×{\mathrm{Rb}}^{\′}\×{\mathrm{Rab}}^{\′}}{{\mathrm{Ra}}^{\′}\×{\mathrm{Rb}}^{\′}+{\mathrm{Ra}}^{\′}\×{\mathrm{Rab}}^{\′}-{\mathrm{Rb}}^{\′}\×{\mathrm{Rab}}^{\′}};\mathrm{Rab}=\frac{2\×{\mathrm{Ra}}^{\′}\×{\mathrm{Rb}}^{\′}\×{\mathrm{Rab}}^{\′}}{{\mathrm{Ra}}^{\′}\×{\mathrm{Rab}}^{\′}+{\mathrm{Rb}}^{\′}\×{\mathrm{Rab}}^{\′}-{\mathrm{Ra}}^{\′}\×{\mathrm{Rb}}^{\′}}$

其中： ${\mathrm{Ra}}^{\′}=\frac{\mathrm{Vx}1}{\mathrm{Vs}1-\mathrm{Vx}1}\×\mathrm{Rs},{\mathrm{Rb}}^{\′}=\frac{\mathrm{Vx}2}{\mathrm{Vs}2-\mathrm{Vx}}\×\mathrm{Rs},{\mathrm{Rab}}^{\′}=\frac{\mathrm{Vx}3}{\mathrm{Vs}3-\mathrm{Vx}3}\×\mathrm{Rs},$

得到被测线路A对地的绝缘电阻Ra，被测线路B对地的绝缘电阻Rb，以及被测线路A与被测线路B之间的绝缘电阻Rab。

16、根据权利要求15所述的电阻测量方法，其特征在于：在对被测线路进行测量前，将被测线路A/B线分别通过所述放电电阻接地，进行线路放电处理。

17、一种测量通讯线路电容的电路，包括一电源电路，其特征在于：包括用于电路切换的逻辑控制电路；还包括顺序连接的充放电控制电路、窗口检测比较电路、计数器以及DSP处理器；所述充放电控制电路通过所述逻辑控制电路连接被测线路A/B线，用于控制线路被测电容的充放电；所述窗口检测比较电路的输入端与所述充放电控制电路连接，用于监控被测线路的充放电电压值。

18、根据权利要求17所述的电容测量电路，其特征在于：还包括用于隔离外界高电压干扰信号窜入的光电隔离器，所述光电隔离器连接在所述窗口检测比较电路输出端与所述计数器输入端之间。

19、根据权利要求18所述的电容测量电路，其特征在于：所述充放电控制电路包括控制开关，连接在所述电源电路和控制开关之间的充电电阻，以及连接在控制开关与地之间的放电电阻；当所述控制开关被设置在充电状态时，电源电路通过所述充电电阻向线路被测电容充电，当所述控制开关被设置在放电状态时，线路被测电容通过所述放电电阻放电。

20、根据权利要求19所述的电容测量电路，其特征在于：还包括一端与地连接的泄放电阻，所述泄放电阻的另一端由所述逻辑控制电路控制其开路或与被测线路A/B线连接。

21、根据权利要求20所述的电容测量电路，其特征在于：所述逻辑控制电路采用继电器组或由FPGA或CPLD实现。

22、一种测量通讯线路电容的方法，包括如下步骤：

A、控制一逻辑控制电路，分别设置三种测量状态：被测线路A线对地短路时，被测线路B线与所述充放电控制电路连接的第一种状态；被测线路B线对地短路时，被测线路A线与所述充放电控制电路连接的第二种状态；以及被测线路A线对B线短路时，被测线路A线与所述充放电控制电路连接的第三种状态；

B、在每一种测量状态时，所述充放电控制电路控制被测线路等效电容充电，当被测线路等效电容充电至窗口比较器预设的高电压门限值并延迟一定时间后，控制被测线路等效电容放电至窗口比较器预设的低电压门限值；计数所述窗口比较器从所述高电压门限值降到所述低电压门限值的时间差值，从而得到每一种测量状态时的所述时间差值送入DSP；

C、所述DSP根据步骤B测得的数据，按照以下公式进行计算：

$\mathrm{Ca}=\frac{1}{2}\×({\mathrm{Ca}}^{\′}+{\mathrm{Cab}}^{\′}-{\mathrm{Cb}}^{\′});\mathrm{Cb}=\frac{1}{2}\×({\mathrm{Cb}}^{\′}+{\mathrm{Cab}}^{\′}-{\mathrm{Ca}}^{\′});\mathrm{Cab}=\frac{1}{2}\×({\mathrm{Cb}}^{\′}+{\mathrm{Ca}}^{\′}-{\mathrm{Cab}}^{\′})$

得到被测线路A对地的电容Ca，被测线路B对地的电容Cb，以及被测线路A与被测线路B之间的电容Cab；

其中： ${\mathrm{Ca}}^{\′}=k\×\frac{\mathrm{data}1}{R};{\mathrm{Cb}}^{\′}=k\×\frac{\mathrm{data}2}{R};{\mathrm{Cab}}^{\′}=k\×\frac{\mathrm{data}3}{R};$ Ca′、data1为第一种测量状态时被测线路等效电容和时间差值；Cb′、data2为第二种测量状态时的被测线路等效电容和时间差值；Cab′、data3为第三种测量状态时的被测线路等效电容和时间差值；R为所述放电电阻；k为大于0的系数。

23、根据权利要求22所述的电容测量方法，其特征在于：在对被测线路进行测量前，将被测线路A/B线分别通过所述泄放电阻接地，进行线路放电处理。

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