目前,在國內外,不斷出現了基于單片機技術的數字化兆歐表,其原理都是以單片機為控制模塊,直流高壓為測量電源, A/D轉換器實現模擬信號到數字信號的轉換,并實現數字顯示。由于其功能比較單一,針對性不強,不便于鐵路運輸的網絡化和智能化管理,因此,本文以單片機為主控制器,采用雙積分式AD轉化芯片ICL7135,開發了一套專用于鐵路列車的便攜式智能數字兆歐表,利用電橋法消除直流高壓本身的影響,通過繼電器的排列組合可以實現列車交流供電線路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,通過低功耗設計使其使用時間長,具有自動記錄功能、與PC通訊功能、智能報捷功能、非線性補償功能、顯示直觀和數據精確度高等優點。

1 硬件電路設計與實現

數字兆歐表主要由直流高壓模塊、繼電器陣列、取樣電路、數據采集與控制、LCD顯示與鍵盤、數據保存和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:直流高壓經過繼電器陣列,施加到被測電源線的兩向間,取樣電路的電信號經過ICL7135數據采集轉化為數字信號,單片機將數字信號進行計算,轉化為絕緣值,同時進行數據保存、報捷判斷,同時根據設置進行換向檢測,直到把各個向間的絕緣值全部檢測完為止。

1、抗力強，適合在強電磁干擾環境中測量。

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

3、自動測量R15、R60、R600，自動計算吸收比、極化指數。（可增配泄露電流測量功能，吸收電容功能）

4、短路電流大于5mA，可達到8mA。

5、測量范圍大為500GΩ，自動切換量程。

6、測量完畢自動放電。

7、5分鐘無操作，系統自動蜂鳴提示關機。

8、具有全面完善的保護功能，工作可靠性高。

1. 1 直流高壓模塊

數字兆歐表測量的基本原理與兆歐表(搖表)類似,兆歐表(搖表)是利用手搖發電機產生高壓進行測量,其輸出的額定電壓為500 V(轉速為120r/min),而數字兆歐表對此做了一些改進,采用直流高壓模塊代替手搖發電機,這就避免了由于手搖轉速不夠引起的高壓的不穩定問題,針對鐵路列車的要求,特別將高壓模塊的額定電壓設置為500V/1kV兩擋可調,對不同的線路選擇不同的測量電壓。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來確定輸出電壓Vout為500V還是1kV,對于380V或600V交流供電線路采用1kV高壓測量,而對于列車48V或110V直流供電線路采用500V高壓測量, R/S是高壓模塊的電壓轉化的起停控制位。

1. 2 繼電器陣列

數字兆歐表主要是用來檢測列車供電線路絕緣情況的,特別是其交流線路,按照規定列車交流供電線路一般是380V或600V,且有U、V、W、N向,在檢測絕緣時除了要求檢測任意兩向之間的電阻值外,還需要各向對列車外殼P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實現各向間的組合測量。電路如圖3所示,當繼電器U1和V2閉合時就檢測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,通過表的Port1接口與列車上U、V、W、N、P線一一對應連接就可以循環檢測各向間的絕緣值,避免使用搖表需要人工切換的過程。