一种分布式多功能测量电极装置的制作方法

本实用新型涉及一种分布式多功能测量电极装置。

背景技术：

各种电力基础设施及其构筑物接地电阻值是电力、通信、铁路、石化、国土资源、市政等行业防雷接地的重要技术指标，各行业对相关电阻率的测量都有明确的要求，目前接地电阻、接地阻抗、土壤电阻率、地面电位梯度等的测量现状，还局限在一维及二维测量上。影响因素也是多种多样；测量的目的、所要求的准确度、现有的仪器类型、误差产生的原因、待测接地系统特性等。

目前对接地电阻的测量技术方法仪器研究较多，各种设备也是丰富多样，例如仪器有摇表式电阻仪、数字式电阻仪、探针式电阻率仪、还有一些非接触式感应内仪器。但是，这些测量局限常规方面，无法自动智能化测量。土壤电阻率受多方法影响，例如地形因素、土壤温度、湿度等影响。一般来说，地形高程变化会引起测量电阻畸变，温度升高、土壤湿度减小都会造成接地电阻显著增大。

此外，近年来各种自然灾害频发，如何让测量装置设计的更安全科学，以及提供更多的相关参数也是在测量时需要考虑的问题。

由于复杂的接地方式和复杂的土壤构造，加上接地电阻的复杂性，导致常规方法难以充分研究这种新式的接地系统。按照时代的发展，现有方法技术有待于改进与发展。

目前各种技术方法都分的比较细，例如测量电阻和温度、湿度、氧化还原电位等等都是分开测量，往往需要多次重复测量才能收齐各种资料，这无疑是种效率低下的方式，浪费了大量的人力物力财力。按照时代的发展，集成化、智能化是现有方法技术发展的方向，分布式多功能测量电极装置系统及方法，有助于提高生产力，促进相关专业技术发展。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种分布式多功能测量电极装置，本实用新型适用于各种复杂地形条件下的包括电阻率测量、导电率、极化率、温湿度、氧化还原电位、电磁干扰数据。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种分布式多功能测量电极装置，包括壳体、控制器、数据传输模块、地形测量模块、供电模块、显示模块和接地电阻测量模块，其中，所述控制器设置于壳体内部，显示模块设置于壳体顶端，与控制器连接；

所述控制器连接地形测量模块，接收其采集的地理位置信息，所述接地电阻测量模块包括多个极化或不极化电极模块，根据勘测物分布情况和测量区域，排列布置于壳体的下端，测量接地电阻、电化学电位、自然电位、氧化还原电位和极化率；

控制器接收接地电阻测量模块的采集数据，并通过所述数据传输模块传输给控制终端，所述控制器通过显示模块将测量结果进行显示；

所述供电模块为控制器、数据传输模块、地形测量模块、显示模块和接地电阻测量模块提供电能。

所述供电模块包括可更换锂电池和无线供电模块，接收控制器的控制指令，控制接地电阻测量模块的供电电压及过载电流大小，以及供电频率、时长，改变测量方式并进行DC/AC转换。

所述接地电阻测量模块，包括三种电极模块：极化电极、不极化电极和组合电极模块，所述组合电极包括铂电极、参比电极和PH负荷电极，通过电极模块的不同选择与组合，检测接地电阻、电化学电位、氧化还原电位或极化率参数。

所述壳体上设置有多个插槽以改变连接的电极模块数量和排列方式，所述电极模块与插槽相适配。

所述地形测量模块包括GPS和无线蓝牙传感器，所述地形测量模块接收控制器的控制指令，检测各个电极模块实时信号位置，包括相对控制点坐标及高程，并将检测到的地形数据信号发送给控制器。

所述控制器还连接有温度传感器和湿度传感器，分别根据控制器设置的采集频率，实时监测温度与湿度信号。

所述壳体外表面设置有减震元件。如弹簧、橡胶圈等。

所述壳体上设置显示模块与接地电阻测量模块的地方，设置有密封圈，以起到防尘、防水功能。

所述壳体上还设置有接口模块，包括探针接口、电源接口和通信接口。

所述控制器设置有报警模块，当采集的电阻率值超过设定范围时进行报警，防止漏电、短路或者雷电发生时，隔断大电流进入各模块装置，以免造成硬件损坏。

本实用新型的有益效果为：

(1)结构简单易操作，将采集包括电阻率测量、导电率、极化率、温湿度、氧化还原电位、电磁干扰等工作集成化；

(2)设置有报警模块，当采集的电阻率值超过设定范围时进行报警，防止漏电、短路或者雷电发生时，隔断大电流进入各模块装置，以免造成硬件损坏；

(3)可进行交互式设计或者固定采集，实现全地形全天时测量；

(4)根据工程或者勘测需要，选择加载搭配模块，例如温度、湿度、极化或者不极化电极配件、蓝牙、GPS、可充电锂电池等各种传感器及配件组合；上述配件进行封装后，直接连接在核心架构上，外部加一个外部组合箱，集成度高，且操作方便；

(5)分布式多功能测量电极可以根据勘测物分布情况以及测量区域重要程度在任意位置，以任意个数排列组合布置，实现各种一维、二维及三维采集，如果加装外部电源供电装置也可以长期放置，作为监测上述参数的测量装置。

附图说明

图1为本实用新型的内部结构示意图；

图2为本实用新型的装置结构外观示意图；

图3为本实用新型的不极化电极结构示意图；

图4为本实用新型的电极示意图；

图5为本实用新型的远程控制系统示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种分布式多功能测量电极装置，具有以下特点：

a分布式多功能测量电极可以根据勘测物分布情况以及测量区域重要程度在任意位置，以任意个数排列组合布置，实现各种一维、二维及三维采集，如果加装外部电源供电装置也可以长期放置，作为监测上述参数的测量装置；

b电极装置系统采取积木式的功能模块架构：通过采集系统的控制，采用积木式的功能模块化设计概念，根据工程或者勘测需要，选择加载搭配模块，例如温度、湿度、极化或者不极化电极配件、蓝牙、GPS、可充电锂电池等各种传感器及配件组合；上述配件进行封装后，直接连接在核心架构上，外部加一个外部组合箱；

c采用交互式设计或者固定采集，可以设置成各模块和控制器根据事先设置采集流程及目的进行智能化控制采集，存储在电极中并在需要时传输到远程控制终端，实现全地形全天时测量。

如图2所示，一种分布式多功能测量电极装置。包括壳体，壳体上提供模块化主题接口、探针接口、接地电阻测量模块(极化或者不极化电极配件组成)、温湿度模块(温度传感器、湿度传感器)、地形测量模块(GPS定位部分、无线蓝牙传感器等)、供电模块。其中，壳体具有三防：防尘、防震、防水功能，壳体外侧还设置有外接探针、显示器以及置于壳体内部的功能电路模块。

其中，内部的功能电路模块包括控制接地电阻测量模块(测量接地电阻、电化学电位、自然电位、氧化还原电位、极化率、电磁环境干扰噪声等)与供电模块的DC/AC转换功能模块、信号放大模块、控制地形测量的GPS定位及测量相对位置的蓝牙测量传输、WIFI传输以及提供振荡周期和伪随机信号的时钟(提供周期性或者伪随机信号时长频率)等模块。

供电模块包括可更换锂电池和无线供电模块，供电模块用于接收控制器的控制指令，控制接地电阻测量模块的供电电压及过载电流大小，以及供电频率、时长等信息，对不同方式测量可进行DC/AC转换，并将其发送到控制器分析处理，最终传送到终端。

接地电阻测量模块包括测量接地电阻(极化或者不极化电极)、电化学电位(阴极电位和阳极电位，用来计算电化学腐蚀性)、氧化还原电位ORP(组合电极(铂电极、参比电极、辅助电极PH复合电极))、自然电位SP(不极化电极)、极化率(不极化电极)、电磁环境干扰噪声(电极模块连接外接线圈)等。根据测量目的及要求，选择合适的接地测量模块，设置控制器的控制指令，检测电压和电流信号，并将检测到的电流电压信号进行滤波、放大等处理，计算接地及采集的包括电阻率等参数值，并将其发送到控制器分析处理，最终通过数据传输模块传送到终端进行再次分析处理。

温湿度模块包括温度传感器、湿度传感器一体化配件，以及可以外接长电极测量地下一定深度范围内的外接电极探针。温湿度测量模块用于接收控制器的控制指令，设置采集频率及数量，检测实时温度、湿度信号，并将检测到的温、湿度信号进行滤波、放大等处理，并将其发送到控制器分析处理，最终传送到终端。

地形测量模块包括GPS、无线蓝牙传感器、wifi辅助定位等配件。根据地形测量模块用于接收控制器的控制指令，检测各电极实时信号位置，包括相对控制点坐标及高程，并将检测到的地形数据信号处理后发送到控制器分析处理，最终传送到终端。

关于无线定位，目前可以采用广域定位和短距离无线定位两种。广域定位技术含GPS、基于移动通信网络辅助的GPS(A-GPS)等技术，主要应用在室外。短距离定位技术主要包括WLAN、蓝牙等，主要适用于室内环境或者电极之间距离较近。本装置地形及定位测量及传输考虑基于移动通信网络辅助的GPS(A-GPS)、WLAN和蓝牙这三种方式。

根据现有的编程方法，无线定位系统可以完成如下功能：(1)从具体的定位设备中读取被定位目标的位置信息；(2)根据获得的位置信息完成具体的业务逻辑；(3)在此基础上提供通讯管理、权限管理、位置信息管理等服务。上述定位设备种类繁多，并且这些定位设备的数据读取接口不统一，针对不同定位设备业务逻辑问题；地形测量模块针对不同定位技术对其适用场合进行编辑选择，如有的适用于室内环境，而有的适用于室外环境，如何在同一勘测项目中发挥不同定位技术的优势，获得相对高精度定位是是无线定位系统的关键；无线定位系统中一些功能，如定位设备管理、位置信息管理等，是所有无线定位系统都必须具有的公共功能，该模块结合控制器定义—个标准结构以解决上述问题，简化基于无线定位的流程及时间。该地形、高程数据通过测量基站以及这些相关定位装置进行测量。

控制器对分布式多功能测量电极装置系统各模块进行处理，包括对接地电阻及其采集到的电阻值和温湿度模块发送的接地电阻周围温湿度变化曲线、定位数据机其位置逻辑关系等进行分析处理，绘制阻值变化曲线等，修正或者修改，对不合要求数据重采样等处理，并将这些曲线及数值存储并发送到终端上并进行显示。其处理信息指令包括对采集过程的报警、警告、异常处理等，例如采集到的电阻率值范围超出预设值范围进行报警，漏电、短路或者雷电发生时，隔断大电流进入各模块装置，以免造成硬件损坏。

同时，为更清楚说明本装置，提供以下的工作方法，当然，本领域技术人员根据测量对象和环境的不同，可以使用其他已知方法进行测量。

包括以下步骤：

a根据工程及测量需要，选择电极测量模块配件，并组装起来。激活电极装置系统，检测电极完好性。

b根据场地实际情况，布置电极，电极个数及方位根据任务要求布置，并在终端(可以是笔记本、手机、平板、仪器主机等)设置采集模式及采集时间等参数，启动仪器自检，然后开始采集。

c各模块接受控制器的指示，开始测量接地电阻的电压、电流、温湿度等参数，并进行滤波、放大、校正等处理，发送至控制器。各模块可以在不影响周围电极时进行同时采集，分布传输，也可以在采集间隔期采集其他参数，某几个电极在测量接地电阻时，其余电极可以利用间隔采集地形及高程数据、温湿度数据并存储起来。

d分布式电极有两种工作模式：运行模式(Power Up)、休眠模式(Power Down)。对采集完成的电极，进入休眠模式，这两种模式通过跳线或其它方式来更改配置。

运行模式(Power Down)：无论是唤醒计时器中断事件外部的唤醒事件，都可以使系统由休眠模式进入到运行模式。在运行模式中，系统的所有模块都上电状态，可以根据需要随时进行数据的收发和处理。在运行模式下有下列事件进行；休眠模式(Power Down)：在休眠模式下，系统消耗非常少的能量，有利于延长电池的使用寿命，另外通讯模块是关闭的。由于在休眠模式下，芯片的所有寄存器都被暂时断电，寄存器内容丢失，所以当系统被唤醒的时候需要重新配置芯片的状态，需要一定的时间。

e由控制器处理过的数据及曲线通过传输系统可时时发送到终端(可以是笔记本、手机、平板、仪器主机、显示器等)，数据先存储起来，在附近存在终端时通过无线方式(wifi、蓝牙等)或者通用数据线再传输。

关于地形测量及定位，通过基站定位，基于目前技术，可以采用基于通信协议的无线传感器网络定位方法。

如图5所示，本实用新型可以利用无线接收模块，将控制器接收的多功能电极采集的数据传输给远程的控制终端。无线接收模块的功能主要有以下几个方面组成：

1.首先是由控制器CPU获得要发送数据命令。

2.控制器CPU再把调用无线数据发送函数时所获得的数据信息和参数，同时再加上测距状态和源地址写到无线芯片(本系统使用的无线芯片)的相应的寄存器内，就可以开启发送了。

3.当发送的是数据包信息的时候，节点在发出了无线数据后还要等待目标节点收到数据之后的回应。如果在特定的反应时间内没有得到目标节点的回应，就视为发送失败，重复发送。这里主要也是利用无线芯片和天线组成的无线收发模块硬件实现的。距离测量模块详细设计，首先可以利用对称双边检测的方法，搜索服务区内是否有定位节点存在，当搜索到有定位节点存在后马上通过两次有应答的数据信息的发送，并记录发送开始和接到回应的时间，并把这些时间标记传到计算节点。信息包的收发过程测量出定位节点与各参考节点之间的距离，这些过程主要由控制器CPU及数据传输模块来完成。这样整个过程下来，无线电要在两个节点之间来回的传播四次，通过这四次传播求出传播时间的平均值，使得距离测量的误差尽可能的小，进而提高了定位的精度。当节点数量即多功能电极数量足够多时，就可以满足高精度测量的需要。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。