目前,在国内外,不断出现了基于单片机技术的数字化兆欧表,其原理都是以单片机为控制模块,直流高压为测量电源, A/D转换器实现模拟信号到数字信号的转换,并实现数字显示。由于其功能比较单一,针对性不强,不便于铁路运输的网络化和智能化管理,因此,本文以单片机为主控制器,采用双积分式AD转化芯片ICL7135,开发了一套专用于铁路列车的便携式智能数字兆欧表,利用电桥法消除直流高压本身的影响,通过继电器的排列组合可以实现列车交流供电线路U、V、W、N、P向之间的任意两线间绝缘值,该表采用镍氢电池供电使其体积小,携带方便,通过低功耗设计使其使用时间长,具有自动记录功能、与PC通讯功能、智能报捷功能、非线性补偿功能、显示直观和数据精确度高等优点。

1 硬件电路设计与实现

数字兆欧表主要由直流高压模块、继电器阵列、取样电路、数据采集与控制、LCD显示与键盘、数据保存和USB通讯等7大部分组成,其原理框图如图1所示。具体的工作原理为:直流高压经过继电器阵列,施加到被测电源线的两向间,取样电路的电信号经过ICL7135数据采集转化为数字信号,单片机将数字信号进行计算,转化为绝缘值,同时进行数据保存、报捷判断,同时根据设置进行换向检测,直到把各个向间的绝缘值全部检测完为止。

1、抗力强，适合在强电磁干扰环境中测量。

2、电压档输出250 V、500V、1.0kV、2.5kV、5.0kV、10.0kV。

3、自动测量R15、R60、R600，自动计算吸收比、极化指数。（可增配泄露电流测量功能，吸收电容功能）

4、短路电流大于5mA，可达到8mA。

5、测量范围最大为500GΩ，自动切换量程。

6、测量完毕自动放电。

7、5分钟无操作，系统自动蜂鸣提示关机。

8、具有全面完善的保护功能，工作可靠性高。

1. 1 直流高压模块

数字兆欧表测量的基本原理与兆欧表(摇表)类似,兆欧表(摇表)是利用手摇发电机产生高压进行测量,其输出的额定电压为500 V(转速为120r/min),而数字兆欧表对此做了一些改进,采用直流高压模块代替手摇发电机,这就避免了由于手摇转速不够引起的高压的不稳定问题,针对铁路列车的要求,特别将高压模块的额定电压设置为500V/1kV两挡可调,对不同的线路选择不同的测量电压。电路如图2所示,高压模块电压输入Vin是12V,利用V5/10位控制继电器S2选择R49或R50来确定输出电压Vout为500V还是1kV,对于380V或600V交流供电线路采用1kV高压测量,而对于列车48V或110V直流供电线路采用500V高压测量, R/S是高压模块的电压转化的起停控制位。

1. 2 继电器阵列

数字兆欧表主要是用来检测列车供电线路绝缘情况的,特别是其交流线路,按照规定列车交流供电线路一般是380V或600V,且有U、V、W、N向,在检测绝缘时除了要求检测任意两向之间的电阻值外,还需要各向对列车外壳P的电阻值,这样一共就有5向10种组合电阻值,因此采用继电器阵列来实现各向间的组合测量。电路如图3所示,当继电器U1和V2闭合时就检测U和V向间的绝缘值,其它的向间值类似,这样利用继电器阵列,通过表的Port1接口与列车上U、V、W、N、P线一一对应连接就可以循环检测各向间的绝缘值,避免使用摇表需要人工切换的过程。