一种基于自校准的导通绝缘电阻精确测量方法

本发明涉及复杂电子电路导通绝缘阻值测量与电路反解反汇领域，具体而言，涉及一种基于自校准的导通绝缘电阻精确测量方法。

背景技术：

1、在某些复杂的重大系统中，需要对导通绝缘电阻进行精确的测量；而且测量的精度将影响着整个系统运作的安全性与可靠性；同时在测量中，又存在着环境因素的干扰，比如环境温度变化时，也将影响测量结果的波动。目前传统的测量方法多是基于两线制、三线制或者四线制构造电桥电路，利用手动调节电桥平衡，通过测量电路电流或者电压以及根据已知电阻阻值进行解算出待测电阻；上述方式的缺点是单次测量的偶然性因素较大，而且无法对环境温度影响因素进行评估与处理。基于上述背景原因，本发明提出了一种采用20路开关、以及精确自校准电阻、两个数字电压表与一个直流电压形成测量电路，实现多次测量并进行数字滤波处理与自校准，最后解算出导通绝缘电阻精确值的方法，能够提高测量精确，极大程度抑制温度等环境因素的影响，从而具有很高的工程实用价值。

2、需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于自校准的导通绝缘电阻精确测量方法，进而克服了传统测量方法导致的测量精度不足或者无法抑制环境因素影响的问题。

2、根据本发明的一个方面，提供一种基于自校准的导通绝缘电阻精确测量方法，包括以下七个步骤：

3、步骤s10，采用高精度100欧、1k欧、10k欧、100k欧、1m欧、10m欧阻值电阻电阻各3个电阻与高精度自校准电阻1个、20路开关的plc可编程继电器阻、直流电压源、两个数字电压表、计算机搭建测量电路。

4、步骤s20，采用计算机程序控制开关通断解算自校准电阻测量值。

5、步骤s30，采用计算机程序控制开关通断解算待测电路导通绝缘电阻的粗测量阻值。

6、步骤s40，根据待测电路导通绝缘电阻的粗测量阻值判断进行电阻精测量电路重构。

7、步骤s50，在电阻精测量电路重构完毕后，记录将当前导通状态的开关标记为ka1、ka2、ka3；并采用计算机程序控制当前开关多次闭合进行精测量的两个电压表数据采集，并求解实测电压比数据。

8、步骤s60，根据实测电压比数据，设计非线性数字滤波器，对误差数据进行非线性变换，并进行积分迭代得到实测电压比数字滤波数据。

9、步骤s70，根据所述的实测电压比数字滤波数据，求取其后半稳态数据的平均值，得到实测电压比数字滤波稳态均值；再进一步求解最终参考电阻比，解算最终待测电路导通绝缘电阻精确值。

10、在本发明的一种示例实施例中，采用高精度100欧、1k欧、10k欧、100k欧、1m欧、10m欧阻值电阻电阻各3个电阻与高精度自校准电阻1个、20路开关的plc可编程继电器阻、直流电压源、两个数字电压表、计算机搭建测量电路包含：选取高精度100欧、1k欧、10k欧、100k欧、1m欧、10m欧阻值电阻电阻各3个与高精度自校准电阻1个，以及电压源、两个高精度数字电压表、待测电路导通绝缘电阻以及含至少20路开关的plc可编程继电器组，由计算机程序控制开关闭合组成测量电路，以及由计算机连接两个数字电压表进行数据读取与数据处理，并由计算机完成待测电路导通绝缘电阻解算；其中3个100欧阻值电阻分别记为r1、r2、r31，3个1k欧阻值电阻分别记为r3、r4、r32，3个10k欧阻值电阻分别记为r5、r6、r33，3个100k欧阻值电阻分别记为r7、r8、r34，3个1m欧阻值电阻分别记为r9、r10、r35，3个10m欧阻值电阻分别记为r11、r12、r36，高精度自校准电阻记为r37；plc可编程继电器组的20路开关分别记作k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8、k9、k10、k9、k11、k12、k13、k14、k31、k32、k33、k34、k35、k36，待测电路导通绝缘电阻记作r；测量电路构成方式如下，由电压源正极连接开关k1、k3、k5、k7、k9、k11的一端，同时也连接开关k31、k32、k33、k34、k35、k36的一端；而开关k1、k3、k5、k7、k9、k11的另一端分别连接对应标号电阻r1、r3、r5、r7、r9、r11的一端；开关k31、k32、k33、k34、k35、k36的另一端分别连接对于标号电阻r31、r32、r33、r34、r35、r36的一端；而电阻r31、r32、r33、r34、r35、r36的另一端均相互导通而且分别与第二个高精度数字电压表的正极连接，同时还与开关k13、k14的一端相连接；开关k13的另一端与待测电路导通绝缘电阻的一端连接；开关k14的另一端与自校准电阻r37连接；电阻r1、r3、r5、r7、r9、r11的另一端均相互导通而且分别与第一个高精度数字电压表的正极端连接；同时与电阻r2、r4、r6、r8、r10、r12的一端连接，电阻r2、r4、r6、r8、r10、r12的另一端则分别依次与对应标号开关k2、k4、k6、k8、k10、k12的一端连接；开关k2、k4、k6、k8、k10、k12的另一端则相互导通接地，且同时与自校准电阻r37的另一端以及待测电路导通绝缘电阻r的另一端连接，并将该端接地，同时将高精度电压源负极也接地，并将两个数字电路表的负极都接地，并将两个数字电压表以及含20路开关的plc可编程继电器组与程控计算机完成连接，从而完成整个测量电路的搭建。

11、在本发明的一种示例实施例中，采用计算机程序控制开关通断解算自校准电阻测量值包含：由计算机程序发送指令，控制开关k5、k6、k33、k14处于导通状态，其它开关全部断开；然后采用计算机读取两个数字电压表读数，将两者进行相除，得到标称电压比；然后求解标称电阻比；再根据标称电压比与标称电阻比求解自校准电阻测量值如下：

12、

13、其中u1b为开关k5、k6、k33、k14处于导通状态，其它开关全部断开时的第一个电压表读数数据；u2b为开关k5、k6、k33、k14处于导通状态，其它开关全部断开时的第二个电压表读数数据；k1b为标称电压比；k2b为标称电阻比；r37b为自校准电阻测量值。

14、在本发明的一种示例实施例中，采用计算机程序控制开关通断解算待测电路导通绝缘电阻的粗测量阻值包含：通过计算机程序发送指令，控制开关k1、k2、k31、k13处于导通状态，其它开关断开；然后采用计算机读取两个数字电压表读数，将两者相除得到参考电压比；再求解参考电阻比，最后根据参考电阻比与参考电压比，求解待测电路导通绝缘电阻粗测值如下：

15、

16、

17、其中u1为开关k1、k2、k31、k13处于导通状态，其它开关全部断开时的第一个电压表读数数据；u2为开关k5、k6、k33、k13处于导通状态，其它开关全部断开时的第二个电压表读数数据；k1为参考电压比；k2为参考电阻比；rs为待测电路导通绝缘电阻粗测值。

18、在本发明的一种示例实施例中，根据待测电路导通绝缘电阻的粗测量阻值判断进行电阻精测量电路重构包括：根据待测电路导通绝缘电阻粗测值rs进行判断，选取合适的支路闭合，进行电阻精测量电路重构，其中支路开关闭合判断方式如下：

19、如果rs＜100，则通过计算机程序发送指令，控制开关k1、k2、k31、k13处于导通状态，其它开关断开；

20、如果100≤rs＜1000，则通过计算机程序发送指令，控制开关k3、k4、k32、k13处于导通状态，其它开关断开；

21、如果1000≤rs＜10000，则通过计算机程序发送指令，控制开关k5、k6、k33、k13处于导通状态，其它开关断开；

22、如果10000≤rs＜100000，则通过计算机程序发送指令，控制开关k7、k8、k34、k13处于导通状态，其它开关断开；

23、如果100000≤rs＜1000000，则通过计算机程序发送指令，控制开关k9、k10、k35、k13处于导通状态，其它开关断开；

24、如果1000000≤rs，则通过计算机程序发送指令，控制开关k11、k12、k36、k13处于导通状态，其它开关断开。

25、在本发明的一种示例实施例中，在电阻精测量电路重构完毕后，记录将当前导通状态的开关标记为ka1、ka2、ka3；并采用计算机程序控制当前开关多次闭合进行精测量的两个电压表数据采集，并求解实测电压比数据包含：在电阻精测量电路重构完毕后，记录由待测电路导通绝缘电阻粗测值选取的当前开关状态，将当前导通状态的开关标记为ka1、ka2、ka3、k13；采用计算机程序控制当前开关闭合m次，m≥5000，选取为偶数，其它开关始终保持断开，采用计算机记录相应开关闭合时的第一个电压表数据与第二个电压表数据；然后对两者进行相除后得到实测电压比数据如下：

26、

27、其中u1a(n)为开关闭合时的第一个电压表数据；u2a(n)为开关闭合时的第二个电压表数据；n＝1,2,…,m；k1f(n)为实测电压比数据。

28、在本发明的一种示例实施例中，根据实测电压比数据，设计非线性数字滤波器，对误差数据进行非线性变换，并进行积分迭代得到实测电压比数字滤波数据包含：针对所述的实测电压比数据，设计非线性数字滤波器；首先设置实测电压比数字滤波数据初始值为k1b(1)与k1f(1)相同；再采用反馈比较求解实测电压比数字滤波误差数据；再对实测电压比数字滤波误差数据进行非线性变换，得到实测电压比数字滤波误差非线性变换数据；再根据所述的实测电压比数字滤波误差数据、实测电压比数字滤波误差非线性变换数据进行叠加，得到实测电压比数字滤波组合微分数据；最后根据所述的实测电压比数字滤波组合微分数据进行积分迭代，得到最终的实测电压比数字滤波数据如下：

29、e1k(n)＝k1b(n)-k1f(n)；

30、

31、k1db(n)＝(l1e1u(n)+l2e1b(n))(e1b(n)+1)；

32、k1b(n+1)＝k1b(n)+tk1db(n)；

33、其中l1、l2为常值滤波参数；e1k(n)为实测电压比数字滤波误差数据；e1b(n)为实测电压比数字滤波误差非线性变换数据；k1db(n)为实测电压比数字滤波组合微分数据；k1b(n)为实测电压比数字滤波数据；t为常值积分迭代参数。

34、在本发明的一种示例实施例中，根据所述的实测电压比数字滤波数据，首先求取其后半稳态数据的平均值，得到实测电压比数字滤波稳态均值；再进一步求解最终参考电阻比，最后根据最终参考电阻比与最终参考电压比，求解最终待测电路导通绝缘电阻精确值包括：

35、

36、其中k1be为实测电压比数字滤波稳态均值；k2f为最终参考电阻比；rsf为待测电路导通绝缘电阻精确值；r37为自校准电阻的标称阻值；其中r1a、r2a、r3a的数字选取方法为：当ka1、ka2、ka3为k1、k2、k31时，r1a、r2a、r3a相应选取为r1、r2、r31阻值；当ka1、ka2、ka3为k3、k4、k32时，r1a、r2a、r3a相应选取为r3、r4、r32阻值；当ka1、ka2、ka3为k5、k6、k33时，r1a、r2a、r3a相应选取为r5、r6、r33阻值；当ka1、ka2、ka3为k7、k8、k34时，r1a、r2a、r3a相应选取为r7、r8、r34阻值；当ka1、ka2、ka3为k9、k10、k35时，r1a、r2a、r3a相应选取为r9、r10、r35阻值；当ka1、ka2、ka3为k11、k12、k36时，r1a、r2a、r3a相应选取为r11、r12、r36阻值。

37、有益效果

38、本发明提供了一种基于自校准的导通绝缘电阻精确测量方法，其主要创新点有如下两点。第一点是提出了一种采用双电压表与电压源、20个开关的程控继电器组、高精电阻组成以及高精度自校准电阻的测量电路构造方法，该电路能够根据自校准电阻的测量值来对导通绝缘电阻的解算进行校准，从而减少环境等因素影响对测量结果带来的误差。第二点是提出了一种通过对实测电压比数据，设计非线性数字滤波器，实现了数据一次性的滤波与处理，避免了直接对两个电压表数据进行两次数据滤波处理的繁琐；从而简化了导通绝缘电阻的解算复杂度，同时提高了电阻阻值解算精度，避免了单次测量的偶然性误差。

39、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。