[实用新型]一种基于数字滤波技术的高频接地阻抗测试分析仪

说明书

本实用新型涉及防雷接地技术领域，公开了一种基于数字滤波技术的高频接地阻抗测试分析仪，包括单片机控制器、FPGA模块、数模转换器、功率放大电路、电压调理电路、电流调理电路、程控放大器、有源低通滤波器、50HZ陷波器、高速模数转换器以及电源模块。FPGA模块包括DDS正弦信号发生器和带通数字滤波器。与现有技术相比，本实用新型通过电路产生10V左右、10Hz~1MHz连续的正弦波信号，施加于被测接地体，模拟不同频率信号下，接地体对于雷电波所呈现的阻抗特性，同时通过取样电路，获取信号并采用数字滤波器滤除不确定干扰，提高不同频率下的阻抗、相位差、电阻、电抗值的测试精度和可靠性、稳定性。

技术领域

本实用新型涉及防雷接地领域，特别涉及一种基于数字滤波技术的高频接地阻抗测试分析仪。

背景技术

随着科学技术的发展，各种电子设备不断普及应用，因自然界雷电所造成各种电子设备损坏的几率明显上升。当闪电脉冲在某一地点，对大地或其上突出物体放电时，在此放电范围内的接地体，如果不能即刻泄放雷电流电荷，有可能造成电子设备损坏。常规的放雷措施，在用电设备电源端并联不同防护等级的电涌保护器，各种拦截雷电闪击的接闪杆、接闪带、接闪线、接闪网、以及各种金属构件，通过以上各种防御措施，通过金属体将雷电流地引入流散于大地中。

参考中华人民共和国国家标准，GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》、GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷设计规范》中，对雷电流的雷击参数定义(详见文章后附图1～7)，其能量释放频率范围在1Hz～1MHz之间，现有的各种工频接地阻抗测试仪，不能全面反映接地体，在遭遇雷电流冲击状态下所呈现的阻抗特性。其阻抗越大，释放雷电流时间越长，越容易造成电子设备损坏，从有效保护设备来说，了解接地体在相应的频带范围内释放能量的能力是相当必要的。

针对各种接地体在1Hz～1MHz频率范围的阻抗特性，进行测量分析，便于发现问题，并对接地体进行针对性完善，防隐患于未然。

然而常规高频接地阻抗测试仪，首先其基于运放的滤波电路只能针对特定频率的干扰信号进行滤波，对于通信塔杆等应用场合存在的不确定频率的干扰信号不能有效滤除，导致检测的精度较差。其次，在进行电阻、电抗计算时需要测量电压、电流相位差，现有方案大多采用波形变换法，将正弦波变换成方波，对电压、电流方波的边沿采用控制器定时法确定，测试信号频率较高时(1MHz)，波形变换电路会带来较大的延时，同时受控制器计数器时钟频率限制，相位的检测精度也很低。

实用新型内容

实用新型目的：针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种基于数字滤波技术的高频接地阻抗测试分析仪，采用高速FPGA+高速ADC方案进行信号采样，在FPGA中利用数字带通滤波算法，实现信号滤波，在处理器中对滤波后的电压、电流信号进行有效值和相位差计算，实现高精度的测量，使得仪器具有高性能、高可靠性和强适应能力；在FPGA中采用直接数字合成技术(DDS)+高速DAC方案实现正弦信号输出，提高了系统的数字化集成度。

技术方案：本实用新型提供了一种基于数字滤波技术的高频接地阻抗测试分析仪，包括单片机控制器、FPGA模块、数模转换器、功率放大电路、电压调理电路、电流调理电路、程控放大器、有源低通滤波器、50HZ陷波器、高速模数转换器以及电源模块；所述FPGA模块包括DDS正弦信号发生器和带通数字滤波器，所述单片机控制器分别与所述DDS正弦信号发生器、带通数字滤波器连接，所述DDS正弦信号发生器与所述数模转换器输入端连接，所述数模转换器与所述功率放大电路输入端连接，所述功率放大电路分别与外接端子C和外接端子E连接；外接端子E与电流调理电路连接；外接端子P1与外接端子P2分别与电压调理电力连接；所述电流调理电路、电压调理电路均与所述程控放大器输入端连接，所述程控放大器输出端与有源低通滤波器连接，所述有源低通滤波器与所述50HZ陷波器连接，所述50HZ陷波器与所述高速模数转换器连接，所述高速模数转换器与所述带通数字滤波器连接，所述电源模块与上述各模块连接，为其供电。

进一步地，所述外接端子C与电流极连接。