[发明专利]一种接地极冲击散流特性测量装置及方法

权利要求书

1.一种接地极冲击散流特性测量装置，主要包括冲击电流发生器（1）、半球形试验槽（13）、模拟接地极（14）、电流传感器（21）、高速数据采集卡（18）、控制处理模块（19）、显示模块（20）；所述冲击电流发生器（1）主要包括：智能控制系统（2）、调压器（3）、升压变压器（4）、硅堆（5）、调波电阻（6）、调波电感（7）、脉冲电容器组(8）、气动点火球隙（9）、空气压缩机（10）；所述冲击电流发生器（1）的输入端通过电缆线与220V市电连接，输出端与所述模拟接地极（14）的电流注入点连接，其特征在于：

所述半球形试验槽（13）为材质为钢板的半球形壳体，所述半球形试验槽（13）为直径为5～10m、壁厚为1～3mm的半球形，在所述试验槽（13）中水平分层铺装有岩石和砂子，并浇洒水份，所述岩石的粒径为10~100mm，所述砂子的粒径为0.05～1mm，通过调整砂石比例以及含水量改变土壤电阻率，所述模拟接地极（14）及所述电流传感器（21），均埋设在所述半球形试验槽（13）内的岩石和砂子中；

所述电流传感器（21）为6~12个，每个所述的电流传感器（21）均由不导磁骨架（23）、铜质线圈（25）、积分电路（26）、聚合物绝缘外壳（24）和引流针（22）组成，所述的不导磁骨架（23）的材料为微晶玻璃陶瓷，所述不导磁骨架（23）为内径为10~30mm、外径为12~35mm、厚度为10~20mm的圆环，所述的铜质线圈（25）由标称直径为0.15~0.47mm的铜漆包圆线均匀绕制在所述不导磁骨架（23）上，所述的铜质线圈（25）的匝数为200匝；所述铜质线圈（25）两端的引出线与所述积分电路（26）的输入端连接，所述积分电路（26）的输出端作为所述电流传感器（21）的输出端；所述聚合物绝缘外壳（24）的材料为环氧树脂，所述聚合物绝缘外壳（24）为浇铸在所述铜质线圈（25）外表面上的内径为5~25mm、外径为14~37mm、厚度为10~20mm的圆环形壳体；所述引流针（22）为长度为20~30mm、外径为3~15mm的铜漆包导体，在所述引流针（22）的外面套装塑料绝缘管后固接在所述聚合物绝缘外壳（24）的轴心处；6~12个所述电流传感器（21）的引流针（22）的一端装设在所述半球形试验槽（13）中的各个电流待测点处，并且所述引流针（22）与所述模拟接地极（14）轴向垂直，6~12个所述电流传感器（21）的输出端分别通过同轴屏蔽电缆（16）与所述高速数据采集卡（18）的输入端连接，所述高速数据采集卡（18）的输出端与所述控制处理模块（19）的输入端连接，所述控制处理模块（19）的输出端与所述显示模块（20）的输入端连接。

2.按照权利要求1所述的一种接地极冲击散流特性测量装置，其特征在于所述电流传感器（21）的测量带宽为200Hz～100 MHz；所述高速数据采集卡（18）为内触发和外触发两种触发方式，能通过12个通道同时采集幅度为±10V、频率为0～100MHz的信号，采样频率为0～1GS/s，精度为0.05%FSR；所述控制处理模块（19）为32位高性能ARM处理器和μC/OS-II操作系统；所述显示模块（20）为17寸触摸显示器，为单屏幕多窗口的显示方式。

3.一种接地极冲击散流特性测量方法，利用权利要求1所述的装置，对接地极冲击散流特性进行测量，其特征在于所述方法的具体步骤如下：

（1）确定模拟试验比例尺和调节模拟试验条件

先确定模拟试验比例尺n，即真型试验参数与模拟试验参数的比值n=10~50；后调节权利要求1所述装置的冲击电流发生器（1）的调波电阻（6）和调波电感（7）致所述冲击电流发生器（1）产生的冲击电流的波头、波尾时间为实际冲击电流的1/n；再调节所述冲击电流发生器（1）的充电电压为预设值，并使所述冲击电流发生器（1）产生的冲击电流的幅值为实际冲击电流的1/n²；然后调节半球形试验槽（13）中的砂石比例及含水量，使其电阻率与实际土壤的电阻率相同；最后调节模拟接地极（14）的长度和截面积分别为实际接地极的的长度和截面积的1/n，并调节所述模拟接地极（14）的埋设深度为实际接地极的埋设深度的1/n；

（2）连接模拟试验回路

第(1)步完成后，按照权利要求1所述的装置对试验回路进行接线，即：用编织铜带作连接线将所述冲击电流发生器（1）的冲击电流输出端与所述模拟接地极（14）的电流注入点相连；将6~12个所述电流传感器（21）装设在所述半球形试验槽（13）中的各个电流待测点处，所述引流针（22）与所述模拟接地极（14）轴向垂直；用同轴屏蔽电缆（16）将所述电流传感器（21）的信号输出端与所述高速数据采集卡（18）的输入端连接；最后检查接线的正确性和连接点的可靠性，当全部接线连接正确、可靠后，再进行下一步操作；

 (3) 设置控制处理参数

第(2)步完成后，按下所述冲击电流发生器（1）的智能控制系统（2）的“启动”按钮，设置自动充电或手动充电方式、充电电压、充电时间、手动触发或自动触发方式；在所述高速数据采集卡（18）上，通过人机交互界面完成所述高速数据采集卡（18）的采样通道、采样频率、触发电平、存储位置的设置；在所述控制处理模块（19）上，完成数据处理的设置，以及信号的显示模式、通道选择的设置；

(4) 试验数据采集与处理

第(3)步完成后，先按下所述冲击电流发生器（1）的智能控制系统（2）的“开始充电”键，待所述脉冲电容器组（8）充电达到预设电压值时，按下“触发”键，将所述冲击电流发生器（1）产生的冲击电流作用在所述半球形试验槽（13）内的所述模拟接地极（14）上，从而完成一次冲击放电过程；然后按下所述冲击电流发生器（1）的智能控制系统（2）的“接地”键，再从所述显示模块（20）上读取所述电流传感器（21）的冲击电流值，获得所述半球形试验槽（13）中的各个电流待测点的冲击散流值，从而获得冲击电流在所述模拟接地极（14）四周土壤中的冲击散流特性；在不改变冲击电流和所述电流传感器（21）装设位置的前提下，重复第（4）步操作3-5次并取平均值。