专利名称：采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的方法及装置，属于防雷 检测接地阻值测量技术领域。
背景技术：
良好的接地是分流和泄放直击雷和雷电电磁干扰能量的最有效的手段之一，也是 电位均衡补偿系统基础。雷电流通过避雷带、引下线、接地体向大地泄放，从而保护建筑物、 人员和设备的安全，所以检测楼顶避雷带接地阻值是否合格十分重要。目前各防雷中心最常用的是4102、4102A、4105或MI2124等接地电阻测量仪检测 接地电阻是否合格，具体方法是在地面打两个辅助极，引两根线到测量仪上，然后再从楼顶 避雷带引一根线接到测量仪上，即三极法(0.618法)或30°法。在DL/T621-1997 “交流 电气装置的接地”中的名词术语中有如下规定接地极或自然接地极的对地电阻和接地线 (引下线)电阻的总和，称为接地装置的接地电阻。所以接地电阻是包括接引下线电阻的。 而且现在很多新建楼房，都利用建筑物的主筋作为引下线，在楼墙脚没有断接卡子或外露 测点，因此必须把测量线接到楼面避雷带上。原有测量避雷带接地阻值存在以下不足1、检测人员比较辛苦，测量过程比较累。检测人员经常得爬到高楼楼顶，从楼顶往下扔测试线，测完后再收线。现在高楼越 来越多，所需测试线很长，盘成好大一盘很重，所以很累很苦。不仅增加了维护的劳动强度， 浪费大量的人力物力，而且随着城市化发展，路面硬化越来越多，被测建筑物周围难找到可 供打辅助极的土壤。2、检测过程具有危险性。检测人员站在楼顶比较危险，而且还出现过四川省某防雷中心检测人员检测避雷 带阻值时，从高楼顶向下扔测试线时，测试线落在高压线上，检测人员当即触电死亡的意外 事件。另外也有使用钳式接地电阻测量仪进行测试的，但仍需上到高楼顶，而且一些危险场 所，检测人员也不便过去进行检测。3、检测时存在电磁干扰。为了测量高层建筑物顶部接闪器的接地电阻，加长的E线从高空抛到地面的 “4102”上，在空中组成了很大的闭合回路，当附近有电磁场时(如电力线、无线电)，就会在 该测量回路中产生干扰电流，闭合回路面积越大，干扰电流越大，有时发现未按下按键，指 针就打表。这个干扰是随机的，无法定量计算误差的大小。即使利用ETCR2000钳型接地电阻测量仪时，仍然需要爬到楼顶去测量，而且对于 利用建筑物混凝土内钢筋做引下线的情况时，钢筋构成闭合回路情况也无法测量。
发明内容
发明目的
本发明的目的是提供一种采用无线方式测量避雷带接地阻值的装置，解决避雷带 接地阻值原有检测方法劳动强度大和有一定危险性问题，提高检测效率。技术方案本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案一种采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的方法，包括如下步骤步骤A、将电阻测量仪设置于楼顶和避雷带之间的引下线上，将地面接收仪设置于 楼底地面，电阻测量仪和地面接收仪均设置无线通信模块；步骤B、采用地面接收仪的无线通信模块，向楼顶的电阻测量仪发送开始测量控制
信号；步骤C、楼顶的电阻测量仪接收到地面接收仪的测量控制信号，开始测量楼顶避雷 带接地阻值，测量完毕后，将所述避雷带接地阻值信息经过D/A转换为模拟信号；步骤D、采用电阻测量仪的无线通信模块，将所述模拟信号发送至楼底的地面接收 仪；步骤E、地面接收仪接收到模拟信号后，将所述模拟信号进行A/D转换，转换成数 字信号，然后对数据进行处理保存；步骤F、地面接收仪向楼顶的电阻测量仪发送结束测量控制信号，楼顶的电阻测量 仪进入休眠状态，等待下次测试。进一步地，上述采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的方法的步骤A中，还包 括在所测大楼的一侧设置另一根引下线，所述引下线与大楼钢筋框架结构不交叉，只在楼 房的顶端与避雷带相连构成一个回路，所述电阻测量仪架在引下线上，测量避雷带接地阻值。一种应用前述无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的方法的装置，包括用于测量楼 顶避雷带的接地阻值的电阻测量仪、用于接收电阻测量仪的测量数据地面接收仪；所述电 阻测量仪包括测量表、数据采集与控制模块、第一无线通信模块；其中所述测量表依次与数 据采集与控制模块、第一无线通信模块相连接；所述地面接收仪包括电源模块、单片机模块、第二无线通信模块；其中所述电源模 块分别与单片机模块、第二无线通信模块连接，单片机模块、第二无线通信模块相互连接。进一步地，前述的采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的装置，数据采集与控 制模块采用芯片MSP430作为中央处理单元CPU，所述芯片MSP430内嵌12/14ADC。进一步地，前述的采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的装置，第一无线通信 模块采用GPRS模块。进一步地，前述的采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的装置，地面接收仪的 第二无线通信模块采用集成无线数据收发芯片NRF403。进一步地，前述的采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的装置，地面接收仪的 电源模块采用两节5号干电池供电。进一步地，前述的采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的装置，楼顶的电阻测 量仪还包括金属外壳，所述金属外壳和避雷带连接。进一步地，前述的采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的装置，地面接收仪的 单片机模块包括A/D转换电路。
有益效果1、本发明快捷、简单、效率高，利于在夏季雷暴来临之前快速检测高层建筑物接地 电阻，发现问题，及时整改，免遭雷击；此外，减轻检测人员的劳动强度，不用爬楼梯到楼顶， 不用拉很长的测试线；再次，不用到高楼楼顶，降低了测量时的危险性；最后，可以减少测 量时外界电磁场的干扰和影响。2、接地系统中因土壤或某些接地体的腐蚀或接触不良，会使整个接地回路电阻变 大。因为腐蚀或接触不良的情况不一定存在于土壤中接地体上，而可能存在于引下线等位 置，故仅依靠测量接地体自身的接地电阻不一定可以发现。本发明测得的是回路电阻，因此 不但可以测接地体接地电阻值，还可以发现整个接地回路的接触情况和连接情况，这是传 统的接地电阻测试方法一般做不到的。
图1是本发明的测量方法原理流程图。图2(a)是测量仪的测量示意图；图2(b)是测量仪的测量电路原理图。图3是本发明的测量仪的硬件原理框图。图4是本发明的数据采集与控制电路图。图5是本发明的测量仪、接收仪的工作流程图。图6是本发明的测量仪安放位置的示意图。图7是本发明的另设引下线测量仪安放位置示意图。图中标号1、暗敷引下线；2、测量仪；3、避雷带；4、支持卡；5、独立引下线；6、钢
筋框架。
具体实施方案下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述如图1所示，本发明的避雷带接地阻值的测量方法的流程，在楼顶采用测量仪测 量出楼顶避雷带接地阻值后，将该阻值信息转换成数字信号，然后通过无线传输系统，将数 字信号传送至楼底的地面接收系统。如图2所示，图2(a)中，楼顶装置测量仪包括三部分①在避雷带、引下线、接地 体、大地构成的回路中产生电势E的电路；②在此电势E的作用下产生电流I，并分别测量E 和I的数值的电路；③计算电路R = E/I。测量仪钳口部分提供测试电势E，同时测量产生 的电流I。图2(b)中，测量结果Rl = Rx+(R1ZVR2ZVR3//…//Rn)，并联电极队术、-,Rn的总 电阻小于被测电阻Rx的电阻，则可得到Rx ^ &。如果测量结果小于允许值，则实际值肯定 在安全范围内，即实际值甚至比测试值还小。如图3所示，当收到开始信号后，单片机先完成对端口和系统时钟的设置，接地回 路中的干扰信号通过电流钳口感应到前置放大器中，经过低通滤波器滤波后整形成方波， 方波信号接入到单片机，根据检测到的干扰频率选择激励信号的频率，将滤波器设置在相 应激励频率的带通模式下。各个参数设置完毕后，启动DAC发出激励电压信号，然后启动 ADC对电压电流信号采样，采样结束后再对采样的数据进行数字滤波，通过计算可以得到接
5地电阻的值。如图4所示，测量仪将测量的数据输入到MSP432中，经过D/A转换为模拟信号后， 然后经过GPRS无线数据传输系统，传给地面接收系统。地面接收到信号后，再进行A/D转 换，解码显示，然后对数据进行处理保存。如图5所示，本发明的测量装置主要包括楼顶测量阻值以及信息传输部分、地面 信息接收处理部分。地面接收仪对其发出测试信号后，开始测量避雷带接地阻值，阻值转为 数字信号，利用无线装置传输到地面，地面装置接受到信号进行处理，从而实现无线方式测 量避雷带接地阻值。如图6所示，楼顶测量仪装置钳口卡在避雷带引下线上，自动检测避雷带接地阻 值，然后把数据用GPRS(GSM)传输下来，由地面接受仪接受，并且对数据进行分析，检测人 员通过察看结果及时告诉楼主防雷是否存在问题，存在什么问题，怎样整改。支持卡用于支 持托住避雷带，其高度15-20cm，间距80-100cm，安装在女儿墙顶部。如图7所示，现在的很多高楼都是钢筋框架结构，墙内钢筋都构成闭合环路，引下 线用柱内钢筋来实现的，这样即便把测量仪卡在引下线上测出的也是某一钢筋闭合环路的 电阻值，肯定不是真正的接地阻值。该阻值肯定很小，不能反映接地阻值是否合格。这时可 在大楼建造时，另加一根引下线，该线与大楼钢筋框架结构不交叉，只在顶端与避雷带相连 构成一个回路，测量仪架在其上，测量避雷带接地阻值。下面进一步说明本发明的实施例，本发明包括如下几个部分1，测试部分楼顶装置测量仪器包括三部分①在避雷带、引下线、接地体、大地 构成的回路中产生电势E的电路；②在此电势E的作用下产生电流I，并分别测量E和I的 数值的电路；③计算电路R = E/I。2，控制部分当检测时，在地面发出一个开始信号，使楼顶测量仪开始工作。检测 完毕数据传完后发结束信号，测量仪进入休眠状态，等待下次测试。测量数据采集与控制模 块采用美国TI公司的超低功耗芯片MSP430作为中央处理单元CPU，通过对测量表的测试电 压采样获取数据。该芯片内嵌12/14ADC，最多达8个传输通道。3，传输部分利用无线数据传输模块，可以采用GPRS。GPRS无线通信模块采用新 型无线通讯模块，实现对数据的无缝连接和双向通信功能，其数据传输率可达171kB/s。4，接收部分，地面接收系统，先发出开始信号，使楼顶测量仪开始工作。测试开始 工作，将测试数据转换为信号往下传输，地面接收系统开始接收。将信号转化为数据，接着 进行分析，将结果反馈给用户。利用单片机能实现，用C语言编程实现其功能。地面接受仪 兼容，多个建筑物楼顶测量仪可共用一个接收仪。接收系统能记录下检测阻值和检测时间、 地点、对象。接收部分利用挪威Nordic公司开发的集成无线数据收发芯片NRF403。它是一单 芯片ISM频段双频点(433MHZ和315MHZ)免调试无线收发芯片。它具有FSK调制和解调能 力，抗干扰能力强；采用PLL频率合成技术，灵敏度高达-105dbm完全满足实验要求，最大发 射功率达+IOdbm ；具有2个信号通道，适合需要多信道工作的特殊场合；可直接与微控制器 接口 ；数据速率可达20kB/S ；功耗低，接收待机状态仅为SuA ；仅需外接一个晶体和几个阻 容，电感元件即可构成一个完整的射频收发器，电路模块尺寸为30mm*22mm*6mm，可以方便 地嵌入各种测量系统当中。使用无需申请，理论上开阔地的使用距离最远可达1000m。
5、电源及自身防雷部分，楼顶部分用220V市电电压供电，经过降压交直流转换为 24V的直流电源，供给测量仪以及控制和传输装置。地面接收仪采用两节5号干电池供电。楼顶仪器位于楼顶顶面和避雷带之间，在避雷带的保护范围之内，使其免遭直接 雷击。为防止雷击电磁脉冲和雷电感应，把楼顶测量仪用铁皮盒包起来进行屏蔽，铁皮盒和 避雷带做良好连接。本实施例未公开的技术内容均属于本领域普通技术常识，上述实施例示对本发明 的上述内容作进一步的说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于上述实施 例，凡基于上述内容所实现的技术均属于本发明的公开范围。
权利要求
一种采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的方法，其特征在于，包括如下步骤步骤A、将电阻测量仪设置于楼顶和避雷带之间的引下线上，将地面接收仪设置于楼底地面，电阻测量仪和地面接收仪均设置无线通信模块；步骤B、采用地面接收仪的无线通信模块，向楼顶的电阻测量仪发送开始测量控制信号；步骤C、楼顶的电阻测量仪接收到地面接收仪的测量控制信号，开始测量楼顶避雷带接地阻值，测量完毕后，将所述避雷带接地阻值信息经过D/A转换为模拟信号；步骤D、采用电阻测量仪的无线通信模块，将所述模拟信号发送至楼底的地面接收仪；步骤E、地面接收仪接收到模拟信号后，将所述模拟信号进行A/D转换，转换成数字信号，然后对数据进行处理保存；步骤F、地面接收仪向楼顶的电阻测量仪发送结束测量控制信号，楼顶的电阻测量仪进入休眠状态，等待下次测试。
2.根据权利要求1所述的采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的方法，其特征在 于步骤A中，还包括在所测大楼的一侧设置另一根引下线，所述引下线与大楼钢筋框架结 构不交叉，只在楼房的顶端与避雷带相连构成一个回路，所述电阻测量仪架在引下线上，测 量避雷带接地阻值。
3.一种应用如权利要求1所述采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的方法的装置， 其特征在于包括用于测量楼顶避雷带的接地阻值的电阻测量仪、用于接收电阻测量仪的 测量数据地面接收仪；所述电阻测量仪包括测量表、数据采集与控制模块、第一无线通信模 块；其中所述测量表依次与数据采集与控制模块、第一无线通信模块相连接；所述地面接收仪包括电源模块、单片机模块、第二无线通信模块；其中所述电源模块分 别与单片机模块、第二无线通信模块连接，单片机模块、第二无线通信模块相互连接。
4.根据权利要求3所述的采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的装置，其特征在 于所述数据采集与控制模块采用芯片MSP430作为中央处理单元CPU，所述芯片MSP430内 嵌 12/14ADC。
5.根据权利要求3所述的采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的装置，其特征在 于所述第一无线通信模块采用GPRS模块。
6.根据权利要求3所述的采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的装置，其特征在 于所述地面接收仪的第二无线通信模块采用集成无线数据收发芯片NRF403。
7.根据权利要求3所述的采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的装置，其特征在 于所述地面接收仪的电源模块采用两节5号干电池供电。
8.根据权利要求3所述的采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的装置，其特征在 于所述楼顶的电阻测量仪还包括金属外壳，所述金属外壳和避雷带连接。
9.根据权利要求3所述的采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的装置，其特征在 于所述地面接收仪的单片机模块包括A/D转换电路。
全文摘要
本发明提供一种采用无线方式测量楼顶避雷带接地阻值的方法及装置，属于防雷检测接地阻值测量技术领域。本发明的测量方法采用测量仪在楼顶测量出楼顶避雷带接地阻值后，将该阻值信息转换成信号，通过无线传输系统，将信号传送至楼底的地面接收系统。本发明的装置包括用于测量楼顶避雷带的接地阻值的电阻测量仪、用于接收电阻测量仪的测量数据地面接收仪；本发明快捷、简单、效率高，可快速检测高层建筑物接地电阻，此外，减轻检测人员的劳动强度，同时降低了测量时的危险性以及减少测量时外界电磁场的干扰和影响。
文档编号G01R27/20GK101980032SQ20101025518
公开日2011年2月23日 申请日期2010年8月17日 优先权日2010年8月17日
发明者朱传林, 李京校, 李家启, 樊荣, 肖稳安 申请人:南京信息工程大学