一种基于电路滤波的导通绝缘电阻高精度测量方法

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，涉及一种基于电路滤波的导通绝缘电阻高精度测量方法。

背景技术：

1、在科研、军工、制造等诸多领域，电阻值的精确测量对某些重要系统运行的可靠性与安全性有着关键影响。传统的测量方式是要么是通过使用已知电阻来创建一个等效电路，以便对未知电阻进行测量的等效电路法；或者是使用高频信号测量电阻的动态电桥法；或者是采用电磁感应来检测未知电阻的电磁电桥法；或者是采用逐步调整电路参数并进行测量的步进电桥法；但上述方法很多需要手动调整，需要花费很多的时间与努力。而且上述方法一般都是进行单独的一次测量，因此测量误差具有很大的偶然性。基于上述背景原因，本发明提出一种两个数字电压表以及程控继电器组控制多路测量电路切换，按照先粗测量再精测量的方式，然后通过计算机控制多次测量，然后对两个电压表数据采用非线性数字滤波的手段对测量数据进行处理后，得到待测阻值的精确解算公式。该方法具有实施方便，系统结构简单、自动化程度高，而且具有测量精度高的优点，从而使得本发明具有很高的应用价值。

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电路滤波的导通绝缘电阻高精度测量方法，进而克服了传统测量方法导致的测量精度不足或者系统结构复杂的问题。

2、根据本发明的一个方面，提供一种基于电路滤波的导通绝缘电阻高精度测量方法，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、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待测电路导通绝缘电阻的粗测量阻值；

5、步骤s30，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；

6、步骤s40，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；

7、步骤s50，根据第一个电压数据设计非线性滤波器，进行终端变换、指数变换、饱和变换，并进行积分迭代得到第一个电压表电路滤波数据；

8、步骤s60，根据第二个电压数据设计非线性滤波器，进行终端变换、指数变换、饱和变换，并进行积分迭代得到第二个电压表电路滤波数据；

9、步骤s70，根据两个电压表电路滤波数据求解最终参考电压比与最终参考电阻比，并通过解算得到最终的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，采用电阻、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，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18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，plc可编程继电器组的18路开关分别记作k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8、k9、k10、k9、k11、k12、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，同时还与测电路导通绝缘电阻的一端连接；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，且与待测电路导通绝缘电阻r的另一端连接，最后将该端接地，同时将高精度电压源负极也接地，并将两个数字电压表的负极都接地，并将两个数字电压表以及含18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待测电路导通绝缘电阻的粗测量阻值包含：首先通过计算机程序发送指令，控制开关k1、k2、k31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，记作u1与u2；求取参考电压比，记作k1，其求解方式如下：

12、

13、然后再求解参考电阻比k2，其计算方式如下：

14、

15、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rs，其计算方式如下：

16、

17、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粗测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r的初步阻值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：

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

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

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

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

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

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

24、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；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依次为u1a(n)与u2a(n)，其中n＝1,2,…,m。

25、在本发明的一种示例实施例中，根据第一个电压数据设计非线性滤波器，进行终端变换、指数变换、饱和变换，并进行积分迭代得到第一个电压表电路滤波数据包含：针对第一个电压表数据进行电路滤波，首先设置第一个电压表电路滤波数据初始值为u1b(1)与u1a(1)相同；再采用反馈比较求解第一个电压滤波误差数据；再对第一个电压滤波误差数据进行终端非线性变换，得到第一个电压滤波误差终端变换数据；然后对第一个电压滤波误差数据进行指数变换，得到第一个电压滤波误差指数变换数据；再进行饱和型非线性变换，得到第一个电压滤波误差饱和变换数据；再根据所述的第一个电压滤波误差数据、第一个电压滤波误差终端变换数据、第一个电压滤波误差饱和变换数据进行叠加，得到第一个电压滤波组合微分数据；最后根据所述的第一个电压滤波组合微分数据进行积分迭代，得到最终的第一个电压表电路滤波数据如下：

26、e1u(n)＝u1b(n)-u1a(n)；

27、

28、e1d(n)＝exp(-l1e1u(n))；

29、

30、u1db(n)＝(l2e1u(n)+l3e1b(n)+l4e1c(n))(e1d(n)+1)/2；

31、u1b(n+1)＝u1b(n)+tu1db(n)；

32、其中l1、l2、l3、l4为常值滤波参数；exp()为指数函数；e1u(n)为第一个电压滤波误差数据；e1b(n)为第一个电压滤波误差终端变换数据；e1d(n)为第一个电压滤波误差指数变换数据；e1c(n)为第一个电压滤波误差饱和变换数据；u1db(n)为第一个电压滤波组合微分数据；u1b(n)为第一个电压表电路滤波数据；t为常值积分迭代参数。

33、在本发明的一种示例实施例中，根据第二个电压数据设计非线性滤波器，进行终端变换、指数变换、饱和变换，并进行积分迭代得到第二个电压表电路滤波数据包括：针对第二个电压表数据进行电路滤波，首先设置第二个电压表电路滤波数据初始值为u2b(1)与u2a(1)相同；再采用反馈比较求解第二个电压滤波误差数据；再对第二个电压滤波误差数据进行终端非线性变换，得到第二个电压滤波误差终端变换数据；然后对第二个电压滤波误差数据进行指数变换，得到第二个电压滤波误差指数变换数据；再进行饱和型非线性变换，得到第二个电压滤波误差饱和变换数据；再根据所述的第二个电压滤波误差数据、第二个电压滤波误差终端变换数据、第二个电压滤波误差饱和变换数据进行叠加，得到第二个电压滤波组合微分数据；最后根据所述的第二个电压滤波组合微分数据进行积分迭代，得到最终的第二个电压表电路滤波数据如下：

34、e2u(n)＝u2b(n)-u2a(n)；

35、

36、e2d(n)＝exp(-l5e2u(n))；

37、

38、u2db(n)＝(l6e2u(n)+l7e2b(n)+l8e2c(n))(e2d(n)+1)/2；

39、u2b(n+1)＝u2b(n)+tu2db(n)；

40、其中l5、l6、l7、l8为常值滤波参数；exp()为指数函数；e2u(n)为第二个电压滤波误差数据；e2b(n)为第二个电压滤波误差终端变换数据；e2d(n)为第二个电压滤波误差指数变换数据；e2c(n)为第二个电压滤波误差饱和变换数据；u2db(n)为第二个电压滤波组合微分数据；u2b(n)为第二个电压表电路滤波数据。

41、在本发明的一种示例实施例中，根据两个电压表电路滤波数据求解最终参考电压比与最终参考电阻比，并通过解算得到最终的待测电路导通绝缘电阻精确值包括：根据所述的第一个电压电路滤波数据与第二个电压电路滤波数据，首先求取其后半稳态数据的平均值，分别得到第一个电压表滤波稳态均值与第二个电压表滤波稳态均值；然后将两者相除得到最终参考电压比，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如下：

42、

43、其中u1m为第一个电压表滤波稳态均值；u2m为第二个电压表滤波稳态均值；k1f为最终参考电压比；k2f为最终参考电阻比；rsf为待测电路导通绝缘电阻精确值；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。

44、有益效果

45、本发明提供了一种基于电路滤波的导通绝缘电阻高精度测量方法，其主要创新点有如下三点。第一点是提出了一种采用双电压表与电压源、程控继电器组与高精电阻组成的测量电路构造方法，和传统的采用电压与电流表构造方式不同，更便于数据自动采集，而且能提高数据解算精度。第二点是提出了一种通过对采集电压数据进行终端变换、指数变换、饱和变换，并进行积分迭代得到电压表电路滤波数据的方法，从而实现多次测量数据的滤波，从而提高了电阻阻值解算精度，避免了单次测量的偶然性误差。第三点是同时根据该测量电路，提出了通过解算参考电阻比参考电压比的方式得到待测量电路导通绝缘电阻的阻值解算公式。

46、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。