CN202393803U - 一种多功能可调频万用表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种多功能可调频万用表，包括电压信号输入板，具有电压端子、信号隔离模块以及电压滤波模块，该电压端子采集接地装置特性参数测量回路两端的异频电压信号并进行信号隔离和滤波处理；测量处理板，具有电流信号采集模块、电流滤波模块、A/D转换模块、微处理器以及存储模块，该电流信号采集模块采集注入接地装置的异频电流信号并传输至微处理器分析计算而由存储模块进行记录存储；输出显示模块，与微处理器相连并进行测试结果显示；电源模块，用于存储电能并为电压信号输入板、测量处理板以及输出显示模块供给电能。本实用新型能有效避免现场工频以及各种杂散信号的干扰，并且具有选频性能优异、功能全面以及操作简便的特点。

Description

一种多功能可调频万用表

技术领域

本实用新型涉及接地装置的现场参数测试领域，更具体的说涉及一种多功能可调频万用表，其基于异频法进行测量，并可有效地对变电站或者发电厂中的接地装置进行参数测量。

背景技术

传统的接地装置测量用设备，主要由工频万用表和电流夹钳组成。现场测试时，首先用电流夹钳夹在测试回路的电流线上读取待测量的工频电流，同时还将工频万用表的电压端子连接在电压线上，从而读取测试电流产生的电位差，通过万用表上读取到的工频电压和电流值，手动计算接地装置的工频电阻。

由于运行中的变电站或发电厂，存在包括工频干扰在内的多种干扰信号；而传统工频测量仪器测量到的电压和电流值，其都叠加了工频干扰信号，这就导致测量到的数据不准确，影响了最终的计算结果。因此基于工频信号测量的万用表，只能在变电站或发电厂停电的情况下，才能用于接地装置的测量，非常不方便。

目前出现的基于异频法测量的万用表，其至少存在如下缺陷：

一、滤波性能一般，无法有效过滤各种干扰信号；

二、选频性能单一，只能固定选择一个或两个测量频率，不具备线性度，测量结果无法经过换算反映工频下的真实状况；

三、功能少，很多数据都需要进行手动换算。

因此，现有电力行业中应用于接地装置测量的万用表，都不太完善，不能准确、方便和全面地测量接地装置的特性参数。

有鉴于此，本发明人针对电力行业中现有万用表的上述缺陷深入研究，遂有本案产生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多功能可调频万用表，以解决现有接地装置测量中信号测量设备具有抗干扰能力弱、滤波性能差、选频性能单一以及功能少的缺陷。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种多功能可调频万用表，其中，包括：

电压信号输入板，具有电压端子、信号隔离模块以及电压滤波模块，该电压端子采集接地装置特性参数测量回路两端的异频电压信号，并依次经由信号隔离模块和电压滤波模块进行信号隔离和滤波处理；

测量处理板，具有电流信号采集模块、电流滤波模块、A/D转换模块、微处理器以及存储模块，该电流信号采集模块采集注入接地装置的异频电流信号并经电流滤波模块和A/D转换模块而传输至微处理器分析计算，并由存储模块进行记录存储；该电压滤波模块亦通过A/D转换模块而与微处理器相连；

输出显示模块，与微处理器相连并进行测试结果显示；

电源模块，用于存储电能并为电压信号输入板、测量处理板以及输出显示模块供给电能。

进一步，该测量处理板还具有USB数据传输单元，该输出显示模块则具有LCD液晶显示屏、USB接口以及可以外接示波器的BNC接口。

进一步，该测量处理板内还具有时钟同步模块，该时钟同步模块与微处理器相连。

进一步，该电源模块具有电源接口模块、充电电路控制模块、蓄电池模块以及起控制作用的可控电源模块，该电源接口模块通过充电电路控制模块而与蓄电池模块相连。

进一步，该电压信号输入板还具有模拟人体电阻模块，该模拟电阻模块与电压端子相连而进行接触电压和跨步电压的辅助测试。

进一步，该多功能可调频万用表还包括键盘输入模块。

进一步，该电压滤波模块和电流滤波模块均采用数字带通滤波器。

进一步，该微处理器为ARM处理器。

进一步，该电流信号采集模块采用柔性电流线圈。

采用上述结构后，本实用新型涉及的一种多功能可调频万用表，其通过电压信号输入板并联接到接地装置特性参数测量回路的电压极和接地引下线以进行异频电压信号采集，电流信号采集模块则采集测量回路中注入的异频电流信号，该异频电压信号和异频电流信号分别经过各自滤波处理后，通过A/D转换模块转换后，送入微处理器进行分析处理和计算，然后将测量得到的电压、电流、相位信息以及计算得到的阻抗值实时通过输出显示模块显示出来。与现有技术相比，本实用新型能有效避免现场工频以及各种杂散信号的干扰，并且具有选频性能优异、功能全面以及操作简便的特点。

附图说明

图1为本实用新型涉及一种多功能可调频万用表的内部原理示意图；

图2为本实用新型涉及一种多功能可调频万用表的外部连接关系示意图。

图中：

电压信号输入板    A      测量处理板         B

输出显示模块      C      电源模块           D

模拟人体电阻模块  1      电压端子           2

信号隔离模块      3      电压滤波模块       4

FLUKE模块         5      ROGOWSKI模块      7

电流滤波模块      6、8    A/D转换模块       9

微处理器          10     时钟同步模块       11

存储模块          12       USB数据传输单元   13

示波器输出单元    14     可控电源模块       15

电源接口模块      16     充电电路控制模块   17

蓄电池模块        18      LCD液晶显示屏     21

键盘输入模块      22     USB接口            23

示波器BNC接口    24     充电电源           25

电压输入接口      26     电流输入接口       27

USB接口          28      BNC接口           29

ROGOWSKI线圈     30      FLUKE线圈         31

LCD屏幕          32      键盘              33。

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。

如图1所示，其示出的为本实用新型涉及一种多功能可调频万用表的较佳实施例，该多功能可调频万用表包括电压信号输入板A、测量处理板B、输出显示模块C以及电源模块D，其中：

该电压信号输入板A，具有电压端子2、信号隔离模块3以及电压滤波模块4，该电压端子2采集接地装置特性参数测量回路两端的异频电压信号，并依次经由信号隔离模块3和电压滤波模块4进行信号隔离和滤波处理；其主要的作用是实现异频电压信号的采集和隔离、滤波的初步处理；优选地，该电压信号输入板A还具有模拟人体电阻模块1，该模拟电阻模块与电压端子2相连，从而进行接触电压和跨步电压的辅助测试。

该测量处理板B，具有电流信号采集模块、电流滤波模块6和8、A/D转换模块9、微处理器10以及存储模块12，该电流信号采集模块采用柔性电流线圈，其具体包括FLUKE模块5以及ROGOWSKI模块7，同时该电流滤波模块6、8亦包括两个，该电流信号采集模块采集注入接地装置的异频电流信号并经电流滤波模块6、8和A/D转换模块9而传输至微处理器10分析计算，并由存储模块12进行记录存储；该电压滤波模块4亦通过A/D转换模块9而与微处理器10相连；该测量处理板B的主要作用是实现异频电流信号的采集、数据分析计算和记录存储；另外，该测量处理板B内还具有与微处理器10相连的时钟同步模块11；该微处理器10则采用ARM处理器；该电压滤波模块4和电流滤波模块6、8均采用数字带通滤波器，从而具有较佳的滤波性能；

该输出显示模块C，与微处理器10相连并进行测试结果显示；具体的，该输出显示模块C具有LCD液晶显示屏21、USB接口23以及示波器BNC接口24，从而实现测量结果和分析结果的直观显示以及历史记录的下载分析；当然为了让微处理器10与输出显示模块C能进行数据交换，该测量处理板B还具有USB数据传输单元13和可外接示波器输出单元14，该USB数据传输单元13设置在微处理器10与输出显示模块C之间；该示波器输出单元14位于电流滤波模块8与示波器BNC接口24之间。

该电源模块D，用于存储电能并为电压信号输入板A、测量处理板B以及输出显示模块C供给电能。具体的，在本实施例中，该电源模块D具有电源接口模块16、充电电路控制模块17、蓄电池模块18以及起控制作用的可控电源模块15，该电源接口模块16通过充电电路控制模块17而与蓄电池模块18相连。

另外，优选地，该多功能可调频万用表还包括键盘输入模块22，该键盘输入模块22可以由全字母多功能键盘组成，从而实现功能的切换以及操作者指令的输入。

这样，本实用新型涉及的一种多功能可调频万用表，其通过电压信号输入板A并联接到接地装置特性参数测量回路的电压极和接地引下线以进行异频电压信号采集，电流信号采集模块则采集测量回路中注入的异频电流信号，该异频电压信号和异频电流信号分别经过各自滤波处理后，通过A/D转换模块9转换后，送入微处理器10进行分析处理和计算，然后将测量得到的电压、电流、相位信息以及计算得到的阻抗值实时通过输出显示模块C显示出来。

与现有技术相比，本实用新型能有效避免现场工频以及各种杂散信号的干扰，并且具有选频性能优异、功能全面以及操作简便的特点。

如图2所示，下面以阻抗测试为例，来介绍测试的整个过程，其具体包括如下步骤：

1）将多功能可调频万用表电压输入接口26接到信号源的电压输出端子上，将万用表用配套的柔性电流线圈接入电流输入接口27并缠绕到信号源电流回路（单相）上；当然其在需要时，需通过充电电源25而与外界电源相连；

2）设置信号源的频率、电压、电流、相位等参数值，然后给多功能可调频万用表施加不同频率的电压和电流信号；

3）通过键盘33，选择键盘模式、频率、电压量程、电流量程、对应线圈类型等以匹配信号源相关设置，其中，电压和电流量程支持自动或手动切换；

4）通过键盘33上的输入阻抗切换按键，可在电压输入时选择1 MΩ或者1.5kΩ输入阻抗切换。选择1 MΩ档位时测量开路电压，在1.5kΩ档位时模拟人体电阻测量接触电压和跨步电压；

5）记录液晶屏幕21此时显示的电压、电流、相位以及阻抗值（复数和模值形式）；

6）选择对称于工频50Hz的不同频率，重复步骤2）到步骤5），然后根据下列公式，即可得出工频状态下的阻抗值；

根据欧姆定律，阻抗的计算公式为：Z=U/I。

实践研究表明接地阻抗测试值在工频附近较小频率变化范围内的变化可以认为是线性的，而通常在测试过程中以两个对称于工频50Hz的频率（例如，47Hz和53Hz ）的测试结果为一组，取算术平均值即可等效为工频下的接地阻抗，公式为：                                               

。

此外，本实用新型一方面可通过键盘33，选择频率为工频，读取此时LCD屏幕32上的电压值，即为现场工频干扰电压值；另一方面可按照阻抗测量要求施加试验电流，通过键盘33选择正确的测量频率、量程后，并使用配套的柔性线圈（FLUKE线圈31或ROGOWSKI线圈30），直接缠绕在需要测量的避雷线、金属管路等线路上，读取此时LCD屏幕32上显示的电流值，即为相应线路的分流值。

本实用新型在测试时，按图2的电压输入接口26并联接入标准信号源的电压回路，电流输入接口27使用FLUKE线圈31或者ROGOWSKI线圈30缠绕标准信号源输出电流回路，采集异频电压和电流信号，通过键盘模块22的功能选择、切换，对异频电压和电流信号进行信号隔离模块3、滤波模块4和6或8的处理，经A/D转换模块9转换后，送入微处理器10进行分析处理和计算，然后将测量到的电压、电流、相位信息以及计算得到的阻抗值实时显示到输出显示模块的LCD屏幕32上，阻抗值包括复数和模值两种形式。此外，支持通过USB接口28进行数据下载分析和BNC接口29外接示波器查看波形。

本实用新型的优势在于：

一是基于变频技术的原理，能有效避免现场工频及各种杂散信号干扰；

二是采用高质量数字带通滤波器，具有优异的选频滤波性能；

三是测量频率范围广，线性度高，可以测试40Hz~69Hz之间不同频率的电压和电流信号；

四是功能全面、操作简单、测量直观方便，可以通过简单的异频电压、电流信号采样协助测量接地装置的各种特性参数以及分流和工频干扰量，便于进行接地装置运行状态的综合评估；

五是采用大容量的数据存储单元和USB数据传输单元，便于数据存储和后期分析比较；

六是配备BNC接头，便于外接示波器查看波形；

七是采用续航时间更长的铅酸蓄电池供电，待机时间长，便于现场测试。

上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (9)

1.一种多功能可调频万用表，其特征在于，包括：

电压信号输入板，具有电压端子、信号隔离模块以及电压滤波模块，该电压端子采集接地装置特性参数测量回路两端的异频电压信号，并依次经由信号隔离模块和电压滤波模块进行信号隔离和滤波处理；

测量处理板，具有电流信号采集模块、电流滤波模块、A/D转换模块、微处理器以及存储模块，该电流信号采集模块采集注入接地装置的异频电流信号并经电流滤波模块和A/D转换模块而传输至微处理器分析计算，并由存储模块进行记录存储；该电压滤波模块亦通过A/D转换模块而与微处理器相连；

输出显示模块，与微处理器相连并进行测试结果显示；

电源模块，用于存储电能并为电压信号输入板、测量处理板以及输出显示模块供给电能。

2.如权利要求1所述的一种多功能可调频万用表，其特征在于，该测量处理板还具有USB数据传输单元，该输出显示模块则具有LCD液晶显示屏、USB接口以及可外接示波器的BNC接口。

3.如权利要求1所述的一种多功能可调频万用表，其特征在于，该测量处理板内还具有时钟同步模块，该时钟同步模块与微处理器相连。

4.如权利要求1所述的一种多功能可调频万用表，其特征在于，该电源模块具有电源接口模块、充电电路控制模块、蓄电池模块以及起控制作用的可控电源模块，该电源接口模块通过充电电路控制模块而与蓄电池模块相连。

5.如权利要求1所述的一种多功能可调频万用表，其特征在于，该电压信号输入板还具有模拟人体电阻模块，该模拟电阻模块与电压端子相连而进行接触电压和跨步电压的辅助测试。

6.如权利要求1所述的一种多功能可调频万用表，其特征在于，该多功能可调频万用表还包括键盘输入模块。

7.如权利要求1所述的一种多功能可调频万用表，其特征在于，该电压滤波模块和电流滤波模块均采用数字带通滤波器。

8.如权利要求1所述的一种多功能可调频万用表，其特征在于，该微处理器为ARM处理器。

9.如权利要求1所述的一种多功能可调频万用表，其特征在于，该电流信号采集模块采用柔性电流线圈。

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