CN219348998U - 一种接地电阻在线监测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种接地电阻在线监测仪，包括控制单元，控制单元分别与显示单元、声光报警单元、数据通信单元和信号放大单元电控连接，数据通信单元包括无线通信单元和有线通信单元；信号放大单元包括依次连接的激励信号驱动电路、钳头传感器、信号采集放大电路以及信号转换电路；激励信号驱动电路包括波形转换电路和功率放大电路；信号采集放大电路包括依次连接的初级放大电路、第一带通滤波器、线性放大电路和第二带通滤波器。本实用新型设计的信号采集放大电路采用线性放大的方式来替代传统的分段式放大，再通过信号转换电路将交流信号转换为直流信号进而改进信号的转换方式，能极大程度的降低信号噪声，提高信号质量，保证测量的准确度。

Description

一种接地电阻在线监测仪

技术领域

本实用新型属于在线监测仪技术领域，具体涉及一种接地电阻在线监测仪。

背景技术

接地电阻在线监测仪多用于电力、石油、炼化、矿区等行业，主要测量各种装置的接地电阻及测量低电阻的导体阻值。接地电阻在线监测系统可以为接地装置满足人身安全、设备正常运行和系统设备安全提供参考，保证接地网络的完整、可靠。

目前的接地电阻在线监测仪是由控制器单元、显示单元、声光报警单元、数据通信单元、功率放大电路、初级放大电路，分段放大电路、峰值检测电路构成，具有接地电阻在线监测和干接点报警输出功能。其中，接地电阻在线监测仪是基于电磁感应原理采用两个电流、电压互感器构成传感器部分，利用主控制器驱动互感器收发信号，实现非接触地测量接地电阻的一种电阻测量仪器。当钳头中存在接地回路时，通过电压互感器在接地回路中产生交流信号，在电压互感器的驱动下会在接地回路中产生一个回路电流I，通过电流互感器对电流进行感应输出，通过多级放大、滤波、转换得到被测回路电阻。非接触接地电阻在线监测仪将测得的电阻信息和位置信息通过有线或无线方案将传输至监控平台。

目前的接地电阻在线监测仪大多采用传统的分段式放大方式，分段式放大采用多路模拟开关控制接通和关断不同的电阻回路，使信号维持在某一特定范围内，实现对信号的分级放大。但是分段式放大电路往往在阈值附近存在测量误差大的情况，测量在接近设定的下限阈值时信号往往远小于上限电压阈值，两者之间往往成几倍甚至几十倍的关系，这就导致小信号时采用较小的放大倍数，在经过滤波电路后信号的质量相对较差，易受其他因素的干扰，导致测量误差大、测量不准确，进而无法保证接地系统的完整性。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型提出了一种接地电阻在线监测仪，设计合理，解决了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种接地电阻在线监测仪，包括控制单元，所述控制单元分别与显示单元、声光报警单元、数据通信单元和信号放大单元电控连接，所述数据通信单元包括无线通信单元和有线通信单元；所述信号放大单元包括依次连接的激励信号驱动电路、钳头传感器、信号采集放大电路以及信号转换电路；所述激励信号驱动电路包括波形转换电路和功率放大电路；所述信号采集放大电路包括依次连接的初级放大电路、第一带通滤波器、线性放大电路和第二带通滤波器。

进一步地，在激励信号驱动电路中，所述波形转换电路由运算放大器U11.1、可调电位器POT1、电阻R13和R14、电容C8、C9、C12和C13构成；

所述功率放大电路由运算放大器U11.2、电阻R3、R5～R12，NPN三极管Q1、Q2和Q4，PNP功率三极管Q3构成。

进一步地，所述初级放大电路由电阻R15～R21、R51和R52，二极管D1和D2，仪表放大器U3以及固态继电器U12构成；R21的第一端连接电流互感器的输入端、D1的阳极、R19的第一端，R21的第二端、电流互感器的接地端和D2的阳极共同接地，D2的阴极连接D1的阴极，R19的第二端连接U3的+IN端、U3的-IN端连接R20的第一端，R20的第二端接地，U3的-RG端连接R17的第一端、R16的第一端，R17的第二端连接R18的第一端，R18的第二端连接U12的第一输出端和U3的+RG端，R16的第二端连接R15的第一端，R15的第二端连接U12的第二输出端，U12的输入端连接R51的第一端，R51的第二端连接R52的第一端和控制单元中的单片机，R52的第二端连接3.3V；

所述第一带通滤波器由电阻R22和R23，电容C14和C15，轨至轨运算放大器U2.1以及可调电位器POT2构成；R23的第一端连接U3的OUTPUT端，R23的第二端连接C14的第一端、C15的第一端以及POT2的高端，POT2的低端接地，C14的第二端连接R22的第一端、U2.1的输出端，C15的第二端连接R22的第二端和U2.1的反相输入端，U2.1的同相输入端接地。

进一步地，所述线性放大电路由电阻R24～R26、R29、R31～R33，电容C18和C19，仪表放大器U6以及数字电位器U7构成，R25的第一端连接U2.1的输出端、R22的第一端以及C14的第二端，R25的第二端连接R29的第一端、U6的+IN端，R29的第二端接地，U6的-IN端连接R24的第一端，R24的第二端接地，U6的-RG端连接U7的RH端和RW端，U6的VS端连接C19的第一端和+5V，C19的第二端接地，U6的-VS端连接C18的第一端和-5V，C18的第二端接地，U6的OUTPUT端连接R26的第一端；U7的CS端连接R33的第一端，U7的INC端连接R32的第一端，U7的U/D端连接R31的第一端，R31、R32和R33的第二端与控制单元中的单片机连接；

所述第二带通滤波器由电阻R27和R30、电容C16和C17、轨至轨运算放大器U4.2构成；R27的第一端连接R26的第二端，R27的第二端连接C17的第一端、POT3的高端和C16的第一端，POT3的低端接地，C17的第二端连接R30的第一端和U4.2的反相输入端，R30的第二端连接C16的第二端、U4.2的输出端和信号转换电路连接，U4.2的同相输入端接地。

进一步地，所述信号转换电路由电容C20、C21、C23～C25，电阻R34～R40、PNP三极管Q5和Q6，运算放大器U1.1和U8.2构成。

进一步地，所述钳头传感器包括相互连接的电压互感器和电流传感器，所述电压互感器与激励信号驱动电路连接，所述电流传感器与初级放大电路连接。

本实用新型所带来的有益技术效果为：

本实用新型提出的一种接地电阻在线监测仪，设计的信号采集放大电路采用线性放大的方式来替代传统的分段式放大，再通过信号转换电路将交流信号转换为直流信号进而改进信号的转换方式，能极大程度的降低信号噪声，提高信号质量，保证测量的准确度。同时通过激励信号驱动电路改进激励信号发射的频率和幅值，降低大自然中可能存在的干扰，在减小发射功率的同时又能得到更高质量的信号。

附图说明

图1为本实用新型中接地电阻在线监测仪的结构图；

图2为本实用新型中激励信号驱动电路原理图；

图3为本实用新型中初级放大电路原理图；

图4为本实用新型中线性放大电路原理图；

图5为本实用新型中信号转换电路原理图；

具体实施方式

本实用新型提出了一种接地电阻在线监测仪，为了使本实用新型的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本实用新型做详细说明。

一种接地电阻在线监测仪，如图1所示，包括控制单元，控制单元分别与显示单元、声光报警单元、数据通信单元和信号放大单元电控连接，数据通信单元包括无线通信单元和有线通信单元；信号放大单元包括依次连接的激励信号驱动电路、钳头传感器、信号采集放大电路以及信号转换电路；激励信号驱动电路包括波形转换电路和功率放大电路；信号采集放大电路包括依次连接的初级放大电路、第一带通滤波器、线性放大电路和第二带通滤波器。

如图2所示，激励信号驱动电路中，波形转换电路由运算放大器U11.1、可调电位器POT1、电阻R13和R14、电容C8、C9、C12和C13构成；功率放大电路由运算放大器U11.2、电阻R3、R5～R12，NPN三极管Q1、Q2和Q4，PNP功率三极管Q3构成。

如图3所示，初级放大电路由电阻R15～R21、R51和R52，二极管D1和D2，仪表放大器U3以及固态继电器U12构成；R21的第一端连接电流互感器的输入端、D1的阳极、R19的第一端，R21的第二端、电流互感器的接地端和D2的阳极共同接地，D2的阴极连接D1的阴极，R19的第二端连接U3的+IN端、U3的-IN端连接R20的第一端，R20的第二端接地，U3的-RG端连接R17的第一端、R16的第一端，R17的第二端连接R18的第一端，R18的第二端连接U12的第一输出端和U3的+RG端，R16的第二端连接R15的第一端，R15的第二端连接U12的第二输出端，U12的输入端连接R51的第一端，R51的第二端连接R52的第一端和控制单元中的单片机，R52的第二端连接3.3V；

第一带通滤波器由电阻R22和R23，电容C14和C15，轨至轨运算放大器U2.1以及可调电位器POT2构成；R23的第一端连接U3的OUTPUT端，R23的第二端连接C14的第一端、C15的第一端以及POT2的高端，POT2的低端接地，C14的第二端连接R22的第一端、U2.1的输出端，C15的第二端连接R22的第二端和U2.1的反相输入端，U2.1的同相输入端接地。

如图4所示，线性放大电路由电阻R24～R26、R29、R31～R33，电容C18和C19，仪表放大器U6以及数字电位器U7构成，R25的第一端连接U2.1的输出端、R22的第一端以及C14的第二端，R25的第二端连接R29的第一端、U6的+IN端，R29的第二端接地，U6的-IN端连接R24的第一端，R24的第二端接地，U6的-RG端连接U7的RH端和RW端，U6的VS端连接C19的第一端和+5V，C19的第二端接地，U6的-VS端连接C18的第一端和-5V，C18的第二端接地，U6的OUTPUT端连接R26的第一端；U7的CS端连接R33的第一端，U7的INC端连接R32的第一端，U7的U/D端连接R31的第一端，R31、R32和R33的第二端与控制单元中的单片机连接；

第二带通滤波器由电阻R27和R30、电容C16和C17、轨至轨运算放大器U4.2构成；R27的第一端连接R26的第二端，R27的第二端连接C17的第一端、POT3的高端和C16的第一端，POT3的低端接地，C17的第二端连接R30的第一端和U4.2的反相输入端，R30的第二端连接C16的第二端、U4.2的输出端和信号转换电路中C24的第一端，U4.2的同相输入端接地。

如图5所示，信号转换电路由电容C20、C21、C23～C25，电阻R34～R40、PNP三极管Q5和Q6，运算放大器U1.1和U8.2构成，将交流模拟信号转换为数字信号需要将信号进行转换，传统的峰值检测电路存在明显的缺点，易受信号波动和噪声的影响，导致测得的数据不够稳定，本发明的信号转换电路将交流信号转换得到直流信号，不仅没有正向压降，还能过滤掉直流成分，降低信号的噪声，减小信号波动，提高测量精度。

钳头传感器包括相互连接的电压互感器和电流传感器，电压互感器与激励信号驱动电路连接，电流传感器与初级放大电路连接。钳头互感器是由电压互感器和电流互感器构成，坡莫合金磁芯的设计采用叠片型设计，经过冲压、设温、退火、结晶、烘烤固化制成，具备高磁导率、低矫顽力，对弱磁场信号反应灵敏。磁芯分别缠绕不同匝数比的漆包线，采用计量器具对每只互感器测量保证钳头的精度等级，保证在小信号时的信号质量更加优异。

信号放大单元具体过程为：控制单元输出特定频率的方波信号，经过由JFET输入波形转换电路后输出正弦波信号，将输出的正弦波信号由JFET输入功率放大电路后输出固定幅值的正弦波信号，进而驱动电压互感器在接地电阻中产生激励电流I；激励电流I转换为电压信号后经过初级放大电路，根据电压信号大小进行初步放大，即在较小信号时采用较高的放大倍数，在较大信号时采用较小的放大倍数，以便得到较为优质的信号。放大后的信号输出给第一带通滤波器，经过滤波获取到纹波较小，幅值较高的信号，进而输出给线性放大电路，根据信号的幅值选择调节数字电位器输出阻值的大小进而改变信号的放大倍数，使信号维持在某个理想值附近，再经过第二带通滤波器，得到一个高质量、低纹波的大信号，以便于后续进行信号的变换和计算；得到的大信号为交流模拟信号，通过信号转换电路获得直流信号，进而输出给控制单元中的单片机。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种接地电阻在线监测仪，其特征在于，包括控制单元，所述控制单元分别与显示单元、声光报警单元、数据通信单元和信号放大单元电控连接，所述数据通信单元包括无线通信单元和有线通信单元；所述信号放大单元包括依次连接的激励信号驱动电路、钳头传感器、信号采集放大电路以及信号转换电路；所述激励信号驱动电路包括波形转换电路和功率放大电路；所述信号采集放大电路包括依次连接的初级放大电路、第一带通滤波器、线性放大电路和第二带通滤波器。

2.根据权利要求1所述的一种接地电阻在线监测仪，其特征在于，在激励信号驱动电路中，所述波形转换电路由运算放大器U11.1、可调电位器POT1、电阻R13和R14、电容C8、C9、C12和C13构成；

所述功率放大电路由运算放大器U11.2、电阻R3、R5～R12，NPN三极管Q1、Q2和Q4，PNP功率三极管Q3构成。

3.根据权利要求2所述的一种接地电阻在线监测仪，其特征在于，所述初级放大电路由电阻R15～R21、R51和R52，二极管D1和D2，仪表放大器U3以及固态继电器U12构成；R21的第一端连接电流互感器的输入端、D1的阳极、R19的第一端，R21的第二端、电流互感器的接地端和D2的阳极共同接地，D2的阴极连接D1的阴极，R19的第二端连接U3的+IN端、U3的-IN端连接R20的第一端，R20的第二端接地，U3的-RG端连接R17的第一端、R16的第一端，R17的第二端连接R18的第一端，R18的第二端连接U12的第一输出端和U3的+RG端，R16的第二端连接R15的第一端，R15的第二端连接U12的第二输出端，U12的输入端连接R51的第一端，R51的第二端连接R52的第一端和控制单元中的单片机，R52的第二端连接3.3V；

所述第一带通滤波器由电阻R22和R23，电容C14和C15，轨至轨运算放大器U2.1以及可调电位器POT2构成；R23的第一端连接U3的OUTPUT端，R23的第二端连接C14的第一端、C15的第一端以及POT2的高端，POT2的低端接地，C14的第二端连接R22的第一端、U2.1的输出端，C15的第二端连接R22的第二端和U2.1的反相输入端，U2.1的同相输入端接地。

4.根据权利要求3所述的一种接地电阻在线监测仪，其特征在于，所述线性放大电路由电阻R24～R26、R29、R31～R33，电容C18和C19，仪表放大器U6以及数字电位器U7构成，R25的第一端连接U2.1的输出端、R22的第一端以及C14的第二端，R25的第二端连接R29的第一端、U6的+IN端，R29的第二端接地，U6的-IN端连接R24的第一端，R24的第二端接地，U6的-RG端连接U7的RH端和RW端，U6的VS端连接C19的第一端和+5V，C19的第二端接地，U6的-VS端连接C18的第一端和-5V，C18的第二端接地，U6的OUTPUT端连接R26的第一端；U7的CS端连接R33的第一端，U7的INC端连接R32的第一端，U7的U/D端连接R31的第一端，R31、R32和R33的第二端与控制单元中的单片机连接；

所述第二带通滤波器由电阻R27和R30、电容C16和C17、轨至轨运算放大器U4.2构成；R27的第一端连接R26的第二端，R27的第二端连接C17的第一端、POT3的高端和C16的第一端，POT3的低端接地，C17的第二端连接R30的第一端和U4.2的反相输入端，R30的第二端连接C16的第二端、U4.2的输出端和信号转换电路连接，U4.2的同相输入端接地。

5.根据权利要求4所述的一种接地电阻在线监测仪，其特征在于，所述信号转换电路由电容C20、C21、C23～C25，电阻R34～R40、PNP三极管Q5和Q6，运算放大器U1.1和U8.2构成。

6.根据权利要求5所述的一种接地电阻在线监测仪，其特征在于，所述钳头传感器包括相互连接的电压互感器和电流传感器，所述电压互感器与激励信号驱动电路连接，所述电流传感器与初级放大电路连接。

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