目前,在國(guó)內(nèi)外,不斷出現(xiàn)了基于單片機(jī)技術(shù)的數(shù)字化兆歐表,其原理都是以單片機(jī)為控制模塊,直流高壓為測(cè)量電源, A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換,并實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示。由于其功能比較單一,針對(duì)性不強(qiáng),不便于鐵路運(yùn)輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)化和智能化管理,因此,本文以單片機(jī)為主控制器,采用雙積分式AD轉(zhuǎn)化芯片ICL7135,開(kāi)發(fā)了一套專用于鐵路列車的便攜式智能數(shù)字兆歐表,利用電橋法消除直流高壓本身的影響,通過(guò)繼電器的排列組合可以實(shí)現(xiàn)列車交流供電線路U、V、W、N、P向之間的任意兩線間絕緣值,該表采用鎳氫電池供電使其體積小,攜帶方便,通過(guò)低功耗設(shè)計(jì)使其使用時(shí)間長(zhǎng),具有自動(dòng)記錄功能、與PC通訊功能、智能報(bào)捷功能、非線性補(bǔ)償功能、顯示直觀和數(shù)據(jù)精確度高等優(yōu)點(diǎn)。

1 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

數(shù)字兆歐表主要由直流高壓模塊、繼電器陣列、取樣電路、數(shù)據(jù)采集與控制、LCD顯示與鍵盤、數(shù)據(jù)保存和USB通訊等7大部分組成,其原理框圖如圖1所示。具體的工作原理為:直流高壓經(jīng)過(guò)繼電器陣列,施加到被測(cè)電源線的兩向間,取樣電路的電信號(hào)經(jīng)過(guò)ICL7135數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),單片機(jī)將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行計(jì)算,轉(zhuǎn)化為絕緣值,同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)保存、報(bào)捷判斷,同時(shí)根據(jù)設(shè)置進(jìn)行換向檢測(cè),直到把各個(gè)向間的絕緣值全部檢測(cè)完為止。

1、抗力強(qiáng)，適合在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中測(cè)量。

2、電壓檔輸出250 V、500V、1.0kV、2.5kV、5.0kV、10.0kV。

3、自動(dòng)測(cè)量R15、R60、R600，自動(dòng)計(jì)算吸收比、極化指數(shù)。（可增配泄露電流測(cè)量功能，吸收電容功能）

4、短路電流大于5mA，可達(dá)到8mA。

5、測(cè)量范圍大為500GΩ，自動(dòng)切換量程。

6、測(cè)量完畢自動(dòng)放電。

7、5分鐘無(wú)操作，系統(tǒng)自動(dòng)蜂鳴提示關(guān)機(jī)。

8、具有全面完善的保護(hù)功能，工作可靠性高。

1. 1 直流高壓模塊

數(shù)字兆歐表測(cè)量的基本原理與兆歐表(搖表)類似,兆歐表(搖表)是利用手搖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生高壓進(jìn)行測(cè)量,其輸出的額定電壓為500 V(轉(zhuǎn)速為120r/min),而數(shù)字兆歐表對(duì)此做了一些改進(jìn),采用直流高壓模塊代替手搖發(fā)電機(jī),這就避免了由于手搖轉(zhuǎn)速不夠引起的高壓的不穩(wěn)定問(wèn)題,針對(duì)鐵路列車的要求,特別將高壓模塊的額定電壓設(shè)置為500V/1kV兩擋可調(diào),對(duì)不同的線路選擇不同的測(cè)量電壓。電路如圖2所示,高壓模塊電壓輸入Vin是12V,利用V5/10位控制繼電器S2選擇R49或R50來(lái)確定輸出電壓Vout為500V還是1kV,對(duì)于380V或600V交流供電線路采用1kV高壓測(cè)量,而對(duì)于列車48V或110V直流供電線路采用500V高壓測(cè)量, R/S是高壓模塊的電壓轉(zhuǎn)化的起停控制位。

1. 2 繼電器陣列

數(shù)字兆歐表主要是用來(lái)檢測(cè)列車供電線路絕緣情況的,特別是其交流線路,按照規(guī)定列車交流供電線路一般是380V或600V,且有U、V、W、N向,在檢測(cè)絕緣時(shí)除了要求檢測(cè)任意兩向之間的電阻值外,還需要各向?qū)α熊囃鈿的電阻值,這樣一共就有5向10種組合電阻值,因此采用繼電器陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)各向間的組合測(cè)量。電路如圖3所示,當(dāng)繼電器U1和V2閉合時(shí)就檢測(cè)U和V向間的絕緣值,其它的向間值類似,這樣利用繼電器陣列,通過(guò)表的Port1接口與列車上U、V、W、N、P線一一對(duì)應(yīng)連接就可以循環(huán)檢測(cè)各向間的絕緣值,避免使用搖表需要人工切換的過(guò)程。