专利名称：一种防雷器损坏的开关量及接地电阻实时在线监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子通讯技术领域，涉及一种在线监测系统，尤其涉及一种防雷器损坏的开关量及接地电阻实时在线监测系统。
背景技术：
防雷器包括电源防雷器和信号防雷器，防雷器也称避雷器、浪涌保护器、电涌保护器(Surge Protection Devices,简称SPD)、过电压保护器。防雷器是通过现代电学以及其它技术来防止被雷击中的设备，被广泛应用于通讯领域、电力领域，得到大家的高度重视。防雷器内设有若干开关量，为了使防雷器内部整洁，开关量通常采用矩阵式排列，如防雷器内设置m行η列的开关量。现有的防雷器开关量数据采集方式是将连接线缆分别连接各开关量，而后根据各个线路是否畅通判断各个开关量是否有故障。通常需要m*n条线缆，防雷器内的布线显得凌乱无章，通常会给布线或维护时带来很多不便。同时，连接开关量的连接线可以认为只有一条，各个开关量的连接线互不相干；如果出现线路自身的故障，则没有办法获知是线路自身的故障、还是防雷器出现故障。此外，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，是通过接地电阻来体现。如果接地电阻较高，则接地较差；反之，接地电阻小， 则接地良好。接地电阻测量仪就是一种专门测量建筑物和电子设备接地电阻值的仪器。目前市场上主要有两类接地电阻测量仪:I)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。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种防雷器损坏的开关量及接地电阻实时在线监测系统，可保证各个防雷器损坏的开关量的有效判断，同时可以实时在线精确地测得接地电阻。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:[0012]一种防雷器损坏的开关量及接地电阻实时在线监测系统，所述测量系统包括:月艮务器、一个或多个远程监控终端、一个或多个数据采集系统，所述服务器分别连接各远程监控终端及各数据采集系统；所述数据采集系统包括损坏开关量数据采集模块、接地电阻采集模块、数据处理模块，数据处理模块分别连接损坏开关量数据采集模块、接地电阻采集模块。作为本实用新型的一种优选方案，所述损坏开关量数据采集模块包括呈矩阵式排列的开关量数据采集单元、数据处理单元，所述数据处理单元连接开关量数据采集单元；防雷器包括m行开关量，共s个开关量；每行开关量的数量相同或不同，各行开关量中，一行开关量最多包括η个开关量；开关量Dab定义为第a行第b列开关量；其中，a、b为整数，a e [l，m]，b e [I, η]；所述开关量数据采集单元包括m个行连接线、η个列连接线，开关量Du的两端分别与第i个行连接线Ki及第j个列连接线L连接；同时，第i个行连接线Ki或第j个列连接线L通过对应的第一二极管连接开关量Du的对应端口 ；其中，1、j为整数，i e [l，m]，j e [1，η]。作为本实用新型的一种优选方案，所述数据处理单元包括防雷器故障扫描模块，用以通过所述开关量数据采集单元进行开关量状态信息的获取，实现防雷器故障的检测。作为本实用新型的一种优选方案，所述开关量数据采集单元还包括s个线路自检电路，即每个开关量配有一线路自检电路，每个线路自检电路包括一个第二二极管；线路自检电路Sab定义为第a行第b列线路自检电 路；其中，a、b为整数，a e [I, m], b e [I, η]；线路自检电路Sij的一端连接第i个行连接线Ki,另一端连接第j个列连接线Ij ;第二二极管与其对应的第一二极管设置的方向相反。作为本实用新型的一种优选方案，所述防雷器包括m*n个呈矩阵式排列的开关量,即s=m*n ;所述数据采集单元包括呈矩阵式排列的m*n个线路自检电路。作为本实用新型的一种优选方案，所述接地电阻采集模块包括微处理器模块、恒流源注入模块、采样电压读取模块、接地电阻测量模块；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、接地电阻测量模块；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；所述接地电阻测量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获取接地电阻。作为本实用新型的一种优选方案，所述接地电阻采集模块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。作为本实用新型的一种优选方案，所述接地电阻采集模块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ARl和第四运算放大器U5B ;通过数字电位器ARl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ARl和第四运算放大器U5B进行电压
基准调整。作为本实用新型的一种优选方案，所述采集系统还连接一显示模块，显示模块与数据处理模块连接，用以显示相关信息。[0028]作为本实用新型的一种优选方案，所述数据采集系统通过采集机将采集的数据汇总至服务器。本实用新型的有益效果在于:本实用新型提出的防雷器损坏的开关量及接地电阻实时在线监测系统，可保证各个防雷器损坏的开关量的有效判断，同时可以实时在线精确地测得接地电阻。本实用新型尤其适用铁路信号防雷。防雷器损坏的开关量测量方面:通过矩阵式布线，可减少开关量的连接线缆，同时提高防雷器内部的整洁性，同时保证各个开关量性能的有效判断。此外，本实用新型还可以实现线路自身检测以及防雷器检测，更好地确认是线路自身的故障，还是防雷器出现故障。本实用新型防雷器报警数据采集系统工作稳定，采用矩阵方式布置防雷器开关量，提高报警信息采集的稳定性、响应速度，并减少防雷器开关量的布线；利用光电隔离和瞬变电压抑制电路提高核心芯片和防雷器开关量的安全性；采用线路自检电路实现防雷器开关量的线路故障和其自身故障的智能识别；采用成熟稳定的ARM芯片设计采集器，进一步提高了采集器的稳定性。采集系统通信屏操作简单。防雷柜中防雷器众多，人工很难及时定位故障防雷器，而采集器通信屏报警显示能快速定位故障防雷器，大幅提高防雷器的故障识别率；设备、建筑物等的接地地阻也同步在显示屏上显示，提高了接地性能判断的实时性；通过采集器通信屏设置采集器的系统参数，并同步显示防雷器开关量的报警信息，进一步体现了采集器系统的独立性。接地电阻测量方面:能实时在线监测多种中小型接地点接地电阻，一次安装，省时省力，并且保持了很高的精准度。同时，本实用新型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。
图1为本实用·新型实时在线监测系统的组成示意图。图2为本实用新型损坏开关量数据采集模块的布线图。图3为本实用新型接地电阻采集模块的测量方案示意图。图4为本实用新型接地电阻采集模块的组成示意图。图5为本实用新型接地电阻采集模块的另一组成示意图。图6-1为第一接线柱的电路示意图。图6-2为通信模块的电路示意图。图6-3为第三接线柱的电路示意图。图6-4为微处理器的电路示意图。图6-5为电源管理模块的电路示意图。图6-6为干扰源采集模块的电路示意图。图6-7为恒流源注入模块的电路示意图。图6-8为采样电压读取模块的电路示意图。图6-9为干扰源处理模块的电路示意图。图7为本实用新型接地电阻实时在线测量方法的流程图。图8为本实用新型接地电阻采集模块中微处理器模块内的软件模块组成示意图。[0050]图9为测量档位校正连接示意图。图10为测量接地电阻时的连接方式示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。实施例一请参阅图1，本实用新型揭示了一种防雷器损坏的开关量数据采集监测系统，所述系统包括若干数据采集系统100、服务器200、若干客户端300。数据采集系统100分别采集对应防雷器损坏的开关量的状态信息、接地电阻的阻值信息，可在对应的防雷柜上的显示装置中显示；同时，数据采集系统100将采集的数据汇总至服务器200中，操作人员可通过远程设置的客户端300访问服务器200中的相应数据。每个防雷柜可设置一个数据采集系统100，各数据采集系统100通过一个采集机(站机)180统一将采集的数据汇总至服务器200，当然，多个数据采集系统100也可以通过多个采集机(站机)180将采集的数据汇总至服务器200。 数据采集系统100包括:损坏开关量数据采集模块、接地电阻采集模块140、数据处理模块(可以为MUC110)、显示单元120、输入控制单元。MUCllO分别连接损坏开关量数据采集模块、接地电阻采集模块140、显示单元120、输入控制单元。所述显示单元120用以显示经过MUCllO处理后防雷器各开关量是否正常的信息、接地电阻的阻值信息等；所述输入控制单元用以对MUCllO输入控制命令。每个防雷柜都是一个独立的防雷器报警状态监测系统，通过输入控制单元及显示单元120 (输入控制单元及显示单元120可以为触摸屏)能进行采集器系统参数设置；防雷器开关量的状态信息能实时同步在显示单元120显示；如果网络通信中断，防雷器损坏开关量数据采集模块能自动保存采集的信息，并在通信恢复后第一时间上传给远程监测中心机房中的服务器200。请参阅图2，防雷器包括m行η列呈矩阵式排列的开关量(如可以为15行6列的开关量)；开关量Dab定义为第a行第b列开关量；其中，a、b为整数，ae [l，m]，b e [l，n]。损坏开关量数据采集模块呈矩阵式排列。所述损坏开关量数据采集模块包括m个行连接线、η个列连接线，第i个行连接线Ki连接第i行的η个开关量的第一端口，第j个列连接线Ij连接第j列的m个开关量的第二端口；其中，1、j为整数，i e [l，m]，je [I,η]。同时，第i个行连接线Ki或第j个列连接线L通过对应的第一二极管132连接开关量Dij (图中标记为131)的对应端口。即，每个开关量131均连接一第一二极管132，每个开关量131与第一二极管132组合的两端分别连接其对应的行连接线、列连接线。所述损坏开关量数据采集模块还包括m*n个呈矩阵式排列的线路自检电路，即每个开关量配有一线路自检电路，每个线路自检电路包括一个第二二极管133 ;线路自检电路Sab定义为第a行第b列线路自检电路；其中，a、b为整数，a e [I, m], b e [l,n];线路自检电路Su的一端连接第i个行连接线Ki,另一端连接第j个列连接线I”需要指出的是，第二二极管133与其对应的第一二极管132设置的方向相反。如图2所示，本实施例中，开关量131的一端连接其对应的行连接线，另一端连接第一二极管132的正极；第一二极管132的负极连接对应的列连接线；第二二极管133的正极连接对应的列连接线，第二二极管133的负极连接对应的行连接线。防雷器故障现象有两种:一是线路故障，二是防雷器故障。系统进行防雷器故障监测时，必须区分故障的类型，以便及时通知维护人员，便于故障的排查，提高防雷系统的安全性。基于这一点考虑，本实用新型揭示了一套行之有效的线路自检和防雷器故障监测的解决方案。所述损坏开关量数据采集模块包括线路故障自检模块、防雷器故障扫描模块，可进行双向检测。所述线路故障自检模块用以对线路自身故障进行检测；线路故障自检模块将m个行连接线及η个列连接线的电位均设置为低电位；然后依次使η个列连接线中的一个列连接线L的电位设置为高电位；如果线路无故障，m个行连接线的电位应均为高；此时若m个行连接线中有低电位出现，则电位为低的第i个行连接线Ki与当前的第j个列连接线Ij之间的交叉区域出现线路故障。或者，所述线路故障自检模块将m个行连接线及η个列连接线的电位均设置为低电位；然后依次使m个行连接线中的一个行连接线Ki的电位设置为高电位；如果线路无故障，η个列连接线的电位应均为高；此时若η个列连接线中有低电位出现，则电位为低的第j个列连接线Ij与当前的第i个行连接线Ki之间的交叉区域出现线路故障。所述防雷器故障扫描模块用以对防雷器故障进行检测；将m个行连接线及η个列连接线的电位均设置为高电位；然后依次使η个列连接线中的一个列连接线L的电位设置为低电位；如果线路无故障，m个行连接线的电位应均为高；此时若m个行连接线有低电位出现，则电位为低的第i个行连接线Ki与当前的第j个列连接线Ij之间的交叉区域出现防雷器故障。或者，所述防雷器故障扫描模块将m个行连接线及η个列连接线的电位均设置为高电位；然后依次使m个行连接线中的一个行连接线Ki的电位设置为低电位；如果线路无故障，η个列连接线的电位应均为高；此时若η个列连接线有低电位出现，则电位为低的第j个列连接线Ij与当前的第i个行连接线Ki之间的交叉区域出现防雷器故障。以上介绍了本实用新型防雷器损坏的开关量及接地电阻实时在线监测系统的组成，本实用新型在揭示上述防雷器损坏的开关量及接地电阻实时在线监测系统的同时，还揭示上述的测量系统的测量方法；所述方法包括防雷器损坏的开关量采集步骤、接地电阻测量步骤。防雷器损坏的开关量采集步骤包括如下步骤:步骤SI将所述损坏开关量数据采集模块的m个行连接线、η个列连接线呈矩阵式排列，开关量Du的两端分别与第i个行连接线Ki及第j个列连接线L连接；第i个行连接线Ki或第j个列连接线L通过对应的第一二极管连接开关量Du的对应端口 ；其中，1、j为整数，i e [l,m], j e [l，n]。步骤S2所述防雷器故障扫描模块对防雷器故障进行检测；将m个行连接线及η个列连接线的电位均设置为高电位；然后依次使η个列连接线中的一个列连接线L的电位设置为低电位；如果线路无故障，m个行连接线的电位应均为高；此时若m个行连接线有低电位出现，则电位为低的第i个行连接线Ki与当前的第j个列连接线L之间的交叉点出现 防雷器故障。[0070]或者，所述防雷器故障扫描模块将m个行连接线及η个列连接线的电位均设置为高电位；然后依次使m个行连接线中的一个行连接线Ki的电位设置为低电位；如果线路无故障，η个列连接线的电位应均为高；此时若η个列连接线有低电位出现，则电位为低的第j个列连接线L与当前的第i个行连接线Ki之间的交叉点出现防雷器故障。步骤S3所述线路故障自检模块对线路自身故障进行检测；线路故障自检模块将m个行连接线及η个列连接线的电位均设置为低电位；然后依次使η个列连接线中的一个列连接线L的电位设置为高电位；如果线路无故障，m个行连接线的电位应均为高；此时若m个行连接线中有低电位出现，则电位为低的第i个行连接线Ki与当前的第j个列连接线Ij之间的交叉点出现线路故障。或者，所述线路故障自检模块将m个行连接线及η个列连接线的电位均设置为低电位；然后依次使m个行连接线中的一个行连接线Ki的电位设置为高电位；如果线路无故障，η个列连接线的电位应均为高；此时若η个列连接线中有低电位出现，则电位为低的第j个列连接线Ij与当前的第i个行连接线Ki之间的交叉点出现线路故障。步骤S4通过显示单元显示经过MUCllO处理后防雷器各开关量是否正常的信肩、O步骤S5通过输入控制单元对MUCl10输入控制命令。以下主要介绍本实用新型测量系统的接地电阻采集模块。请参阅图3，本实用新型揭示了接地电阻采集模块，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接地电阻R=V/I。同时接地电阻采集模块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4，本实用新型接地电阻采集模块包括接地电阻在线测量装置及远程监测终端9 ;接地电阻在线测量装置包括干扰源处理模块1、通信模块2、接地电阻测量模块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、接地电阻测量模块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。在接地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I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。所述接地电阻测量模块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接地电阻。请参阅图5，除图4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6-1，本实施例中，线缆模块I包括+24v电源输入线2根和RS485通信线2根。请参阅图6-2，通信模块2使用了集成电路Ul (MAX485)实现RS485通信，使得传输距离更远，抗干扰性强。接地电阻测量模块3是在微处理器8上运行的软件系统。请参阅图6-5，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Dl (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6-7，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6-6，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6-8，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6-9，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。
·[0086]如图9所示，在电阻R3处接上10 Ω，100 Ω电阻分别进行测量装置的10 Ω，100 Ω档位自动校正；本功能在接地电阻在线测量装置出厂前完成。其中，Rl=IOOQ ；R2=100Q ；Κ3=10Ω/100Ω。请参阅图6-3，接口线模块8包括三根线，分别是注入极接口线C⑶、辅助电压极接口线P(S)、接地极接口线Ε。请参阅图6-4，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、接地电阻测量控制单元、辅助电流极电阻测量控制单元；当然，接地电阻测量模块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O和ε之间，其中ε为设定极小值。接地电阻测量控制单元用以控制所述接地电阻测量模块计算接地电阻；所述接地电阻测量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Vgl以及所述采样电压读取模块测量的采样电压Vql;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Vg2和采样电压Vq2;接着计算有效采样电压V,，Vq=Vql-Vq2;而后计算接地电阻Rd，Rd = Vq-10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\，Vg=Vgl-Vg2;而后计算辅助电流极电阻Rz，Rz = Vg+1-Rd。硬件电路工作的详细过程包括:I)电源部分通过第一接线柱Jl的引脚I给接地电阻在线测量装置提供+24v电源，然后通过保险丝Fl和瞬态抑制二极管Dl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)测量过程一次测量接地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Vg'，即图3中的V2点；图2中的接地电阻测量软件进行V/ > 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；，即图3中的V2点；图2中的接地电阻测量软件进行Vg' > 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I JS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/，即图3中的V3点；图2中的接地电阻测量软件进行调节ARl的电位器，然后再次在U2的管脚A/D上测量取样电压V/，
直到ARl的电位器阻值能使取样电压V/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GAIN SEL提供高电平，Q4截止，即当前量程档位是100 Ω量程档位，在U2的管脚A/D上测量取样电压V/，图2中的接地电阻测量软件进行判断V/，大于3.3v，则U2给管脚GAIN SEL提供低电平，Q4导通，即换成10 Ω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Fg1;在U2的管脚A/D上测量取样电fi I 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F82;在U2的管脚A/D上测量取样电压< ；图2中的接地电
阻测量软件根据公式匕，计算有效干扰源Vg ;图2中的接地电阻测量软件根据公
式K = K -K，计算有效取样电压\，如果有效采样电压值为O则认为辅助电压极连接线
断开；图2中的接地电阻测量软件根据公式Rd = Vq+I，计算有效接地电阻Rd ;图2中的接地电阻测量软件根据公式Rz = Vg+ 1-Rd,计算有效辅助电流极电阻Rz ；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中的接地电阻测量软件将前面的计算结果Vg、Rd、Rz通过第一接线柱Jl的引脚2、3，以RS485通信方式上传给接地电阻监测终端；结束本次接地电阻测量。本流程30s进行一次。以上介绍了本实用新型测量系统中接地电阻采集模块的组成，本实用新型在揭示接地电阻采集模块的同时，还揭示上述模块的实时在线采集方法。测量接地电阻(以及辅助电流极电阻)的步骤如下:步骤S201:不注入恒流源I，测量干扰源Vg'，如果Vg' > 18v，则退出；步骤S202:注入恒流源I，测量干扰源Vg'，如果Vg' > 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S203:测量取样电压V/，移动基准电源，使得取样电压低谷介于O和ε之间，其中ε是个极小值，进行移动基准电源使得」<e就是为了方便积分计算取样电压；步骤S204:不注入恒流源I，测量干扰源<和取样电J3 I步骤S205:注入恒流源I，测量干扰源Fg2和取样电圧 步骤S206:计算干扰源 Vg，「g =V2g-V1g-,步骤S207:计算取样电压Vq，Vq =G -G，如果有效采样电压值为O则认为辅助电压极连接线断开；步骤S208:计算接地电阻Rd，Rd = Vq+I ;步骤S209:计算辅助电流极电阻Rz，Rz = Vg+1-Rd ；步骤S210:不注入恒流源I。其具体流程图如图7所示；以下按照图7的流程一步一步的给出详细说明。第一步开始开始进行接地电阻测量。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Vl点的电流为0mA。第三步测量干扰源Vg'在图6-7中，在Vl点电流为OmA时，图6_6中，微处理器测量V2点的电压，即干扰源V。第四步判断V> 18v判断Vg' > 18v，如果大于18v则干扰源会影响恒流源的稳定，那么接地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6_7中Vl点的电流为20mA,即I=20mA。第六步测量干扰源Vg' 在图6-7中，在Vl点电流为20mA时，图6_6中，微处理器测量V2点的电压，即干扰源Vg'。[0121]第七步判断Vg'> 18v判断Vg' > 18v，如果大于18v则干扰源会影响恒流源的稳定，那么接地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\'在图6-7中，在Vl点电流为20mA时，经过大功率电阻电路、10 Ω/100 Ω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6-8中V3点的电压，即干扰源。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
ο<[η j<s第十步判断O< LC J<e判断V/波形的低谷是不是处于0<|_<」<6，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6-7中Vl点的电流为0mA。第十三步测量干扰源Vg1在图6-7中，在Vl点电流为OmA时，图6_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η在图6-7中，在Vl点电流为OmA时，微处理器测量经过取样电压基准调整后的图6-8中V3点电压，即干扰源I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6_7中Vl点的电流为20mA。第十六步测量干扰源Vg2在图6-7中，在Vl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6-6中V2点电压，即干扰源I第十七步测量取样电圧[在图6-7中，在Vl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6-8中V3点电压，即干扰源『[0143]第十八步计算干扰源G=1-V1g-, Vg=Vgl-Vg2根据前面的测量结果，运用公式Fg -G，计算有效Vg。第十九步计算取样电压&= - V1q ; Vq=Vql-Vq2根据前面的测量结果，运用公式Vg = V-F；，计算有效\，如果有效采样电压值为
O则认为辅助电压极连接线断开。第二十步计算接地电阻Rd= Vq+1根据前面的测量结果，运用公式Rd = Vq+I，计算有效Rd。第二十一步计算辅助电流极电阻Rz= Vg^1-Rd根据前面的测量结果，运用公式Rz = Vg+I_Rd，计算有效Rz。第二十二步不注入恒流源在图6-7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6-7中Vl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\、Rd、Rz通过RS485接口上传给接地电阻监测终端。第二十四步结束结束本次接地电阻测量`。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，防雷器包括m行开关量，共s个开关量；每行开关量的数量相同或不同。本实施例中，各行开关量中，一行开关量最多包括η个开关量；开关量Dab定义为第a行第b列开关量；其中，a、b为整数，a e [l,m], b e [l，n]。所述损坏开关量数据采集模块包括m个行连接线、η个列连接线，开关量Du的两端分别与第i个行连接线Ki及第j个列连接线L连接；同时，第i个行连接线Ki或第j个列连接线L通过对应的第一二极管连接开关量Du的对应端口 ；其中，1、j为整数，i e [I,m], j e [I, η]。所述防雷器故障扫描模块用以对防雷器故障进行检测；将m个行连接线及η个列连接线的电位均设置为高电位；然后依次使η个列连接线中的一个列连接线L的电位设置为低电位；如果线路无故障，m个行连接线的电位应均为高；此时若m个行连接线有低电位出现，则电位为低的第i个行连接线Ki与当前的第j个列连接线L之间的交叉点出现防雷
器故障。或者，所述防雷器故障扫描模块将m个行连接线及η个列连接线的电位均设置为高电位；然后依次使m个行连接线中的一个行连接线Ki的电位设置为低电位；如果线路无故障，η个列连接线的电位应均为高；此时若η个列连接线有低电位出现，则电位为低的第j个列连接线L与当前的第i个行连接线Ki之间的交叉点出现防雷器故障。优选地，所述损坏开关量数据采集模块还包括s个线路自检电路，即每个开关量配有一线路自检电路，每个线路自检电路包括一个第二二极管；线路自检电路Sab定义为第a行第b列线路自检电路；其中，a、b为整数，a e [I, m], b e [I, η];线路自检电路Sij的一端连接第i个行连接线Ki,另一端连接第j个列连接线Ip第二二极管与其对应的第一二极管设置的方向相反。所述线路故障自检模块用以对线路自身故障进行检测；线路故障自检模块将m个行连接线及η个列连接线的电位均设置为低电位；然后依次使η个列连接线中的一个列连接线L的电位设置为高电位；如果线路无故障，m个行连接线的电位应均为高；此时若m个行连接线中有低电位出现，则电位为低的第i个行连接线Ki与当前的第j个列连接线Ij之间的交叉点出现线路故障。或者，所述线路故障自检模块将m个行连接线及η个列连接线的电位均设置为低电位；然后依次使m个行连接线中的一个行连接线Ki的电位设置为高电位；如果线路无故障，η个列连接线的电位应均为高；此时若η个列连接线中有低电位出现，则电位为低的第j个列连接线Ij与当前的第i个行连接线Ki之间的交叉点出现线路故障。实施例三本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，接地电阻实时在线监测中，微控制器的软件功能模块组成如图8所示；下面对图8中的各个模块进行说明。I)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6-7中Vl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接地电阻；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接地电阻量程的功能，如果接地电阻超过10 Ω，则选择选择100 Ω档位进行测量，如果不超过，则选择10 Ω档位进行测量。本装置的测量范围是0Ω 100 Ω。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O而小于ε，ε是一个大于O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)计算接地电阻本模块根据6)推算出的有效取样电压和恒流源，计算出有效接地电阻。[0185]9)计算辅助电流极电阻本模块根据7)计算的有效干扰源、恒流源和有效接地电阻，计算出辅助电流极电阻。10)通信模块本模块负责接收接地电阻监测终端的指令，同时将计算的干扰源、接地电阻、辅助电流极电阻上传给接地电阻监测终端。实施例四本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，可以设定接地电阻报警阈值，当接地电阻超过阈值，测量装置就会报警。请参阅图10，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 ；实际测量接地电阻时，C(H)是与注入极接地棒连接，P⑸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方式与接地电阻监测终端相连。在接地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、接地电阻测量的结果，可以将接地电阻采集结果分成九种状态，具体如表I所示。
权利要求1.一种防雷器损坏的开关量及接地电阻实时在线监测系统，其特征在于，所述测量系统包括:服务器、一个或多个远程监控终端、一个或多个数据采集系统，所述服务器分别连接各远程监控终端及各数据采集系统； 所述数据采集系统包括损坏开关量数据采集模块、接地电阻采集模块、数据处理模块，数据处理模块分别连接损坏开关量数据采集模块、接地电阻采集模块。
2.根据权利要求1所述的防雷器损坏的开关量及接地电阻实时在线监测系统，其特征在于: 所述损坏开关量数据采集模块包括呈矩阵式排列的开关量数据采集单元、数据处理单元，所述数据处理单元连接开关量数据采集单元； 防雷器包括m行开关量，共s个开关量；每行开关量的数量相同或不同，各行开关量中，一行开关量最多包括η个开关量；开关量Dab定义为第a行第b列开关量；其中，a、b为整数，a e [I, m], b e [I, η]； 所述开关量数据采集单元包括m个行连接线、η个列连接线，开关量Du的两端分别与第I个行连接线Ki及第j个列连接线L连接；同时，第i个行连接线Ki或第j个列连接线Ij通过对应的第一二极管连接开关量Dij的对应端口 ；其中，1、j为整数，i e [l，m]，j e [I,η] ο
3.根据权利要求2所述的防雷器损坏的开关量及接地电阻实时在线监测系统，其特征在于: 所述数据处理单元包括防雷器故障扫描模块，用以通过所述开关量数据采集单元进行开关量状态信息的获取，实现防雷器故障的检测。
4.根据权利要求2所述的防雷器损坏的开关量及接地电阻实时在线监测系统，其特征在于: 所述开关量数据采集单元还包括s个线路自检电路，即每个开关量配有一线路自检电路，每个线路自检电路包括一个第二二极管；线路自检电路Sab定义为第a行第b列线路自检电路；其中，a、b为整数，a e [l，m]，be [I, η];线路自检电路Sij的一端连接第i个行连接线Ki,另一端连接第j个列连接线^ ;第二二极管与其对应的第一二极管设置的方向相反。
5.根据权利要求2所述的防雷器损坏的开关量及接地电阻实时在线监测系统，其特征在于: 所述防雷器包括m*n个呈矩阵式排列的开关量，即s=m*n ;所述数据采集单元包括呈矩阵式排列的m*n个线路自检电路。
6.根据权利要求1所述的防雷器损坏的开关量及接地电阻实时在线监测系统，其特征在于: 所述接地电阻采集模块包括微处理器模块、恒流源注入模块、采样电压读取模块、接地电阻测量模块；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、接地电阻测量模块； 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； 所述接地电阻测量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获取接地电阻。
7.根据权利要求6所述的防雷器损坏的开关量及接地电阻实时在线监测系统，其特征在于: 所述接地电阻采集模块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。
8.根据权利要求7所述的防雷器损坏的开关量及接地电阻实时在线监测系统，其特征在于: 所述接地电阻采集模块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ARl和第四运算放大器U5B ;通过数字电位器ARl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ARl和第四运算放大器U5B进行电压基准调整。
9.根据权利要求1所述的防雷器损坏的开关量及接地电阻实时在线监测系统，其特征在于: 所述采集系统还连接一显示模块，显示模块与数据处理模块连接，用以显示相关信息。
10.根据权利要求1所述的防雷器损坏的开关量及接地电阻实时在线监测系统，其特征在于: 所述数据采 集系统通过采集机将采集的数据汇总至服务器。
专利摘要本实用新型揭示了一种防雷器损坏的开关量及接地电阻实时在线监测系统，所述测量系统包括服务器、一个或多个远程监控终端、一个或多个数据采集系统，所述服务器分别连接各远程监控终端及各数据采集系统；所述数据采集系统包括损坏开关量数据采集模块、接地电阻采集模块、数据处理模块，数据处理模块分别连接损坏开关量数据采集模块、接地电阻采集模块。本实用新型提出的防雷器损坏的开关量及接地电阻实时在线监测系统，可保证各个防雷器损坏的开关量的有效判断，同时可以实时在线精确地测得接地电阻。本实用新型尤其适用铁路信号防雷。
文档编号G01R31/00GK203149054SQ20132011259
公开日2013年8月21日 申请日期2013年3月12日 优先权日2013年3月12日
发明者王予平, 张长生, 徐连海, 潘云洪, 陆挺, 吴旺生, 陈志雄 申请人:中国铁路通信信号上海工程集团有限公司