基于FFT算法的泄漏電流測(cè)試儀器研究

摘要：隨著現(xiàn)代電子電工產(chǎn)品的迅速發(fā)展，系統(tǒng)泄漏電流的檢測(cè)與監(jiān)測(cè)愈發(fā)顯得重要。為了提高漏電流的檢測(cè)精度與實(shí)時(shí)性，本研究提出了一種基于快速傅立葉變換（FFT）算法的泄漏電流測(cè)試儀器。傳統(tǒng)的泄漏電流檢測(cè)儀器不能滿足多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)存在局限性，搭建測(cè)試電路復(fù)雜，且存在器件影響較大等缺陷。針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的短板，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一款新型的泄漏電流測(cè)試儀器，該儀器運(yùn)用FFT算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，有效提取泄漏電流中的有用信號(hào)，且可以實(shí)現(xiàn)多標(biāo)準(zhǔn)不同的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試。為了驗(yàn)證測(cè)試儀器的性能，團(tuán)隊(duì)根據(jù)JJG 843-2022《泄漏電流測(cè)試儀檢定規(guī)程》，搭建了泄漏電流校準(zhǔn)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)表明，該測(cè)試儀器能夠在不同的頻率工況實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏電流的高精度測(cè)量，檢測(cè)量程達(dá)到50mA，檢測(cè)精度達(dá)到 3% ，滿足了大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景的需求。通過(guò)對(duì)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，該儀器不僅具有出色的抗干擾能力，而且在動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面表現(xiàn)優(yōu)異，與傳統(tǒng)方法相比，其檢測(cè)速度提高了 20% ，精度提高了 10% 。本研究所提出的基于FFT算法的泄漏電流測(cè)試儀器，可以廣泛應(yīng)用于最新IEC、UL等多種標(biāo)準(zhǔn)的泄漏電流測(cè)試，實(shí)驗(yàn)證明，該測(cè)試系統(tǒng)具備以下特點(diǎn)：測(cè)試方法符合多種標(biāo)準(zhǔn)的要求，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，測(cè)試精度高，且測(cè)試過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

Research on Leakage Current Test Instrument Based on FFT Algorithm

GUAN Hui1 DING Yi² （20 LIU Jiming3 ZHANG Chao3* （1. Sichuan Institute for Drug Control/Sichuan Testing Centerof Medical Devices;2.ProSteri Testing Shanghai Co.， Ltd.; 3.KingPo Testing Equipment Co.，Ltd.，Dongguan）

Abstract：Withtherapiddevelopmentof modernelectronicandelectricalproducts，thedetectionandmonitoringofsystem leakagecurrenthasbecome increasinglyimportant.Inordertoimprove thedetectionaccuracyandreal-timeperformanceof leakagecurrent，this study proposes aleakage currenttest instrument basedonthefastFourier transform （FFT）algorithm. Traditionalleakagecurrent detection instruments cannot meet the testof multiple standards，with limited testnetwork， complex test circuits，and defects such as a significant impact on devices.In view of the shortcomings of traditional technology，theresearch team designedanew leakagecurrent testinstrument，which usestheFFTalgorithm toperform spectrumanalysisonsignals，effectivelyextractstheusefulsignalintheleakage current，andcanrealizethetestofmultiple networksindifferentstandards.Inordertoverifytheperformanceofthetestinstrument，theteambuiltaleakagecurrent calibrationenvironmentaccording to JJG843-2022，Leakagecurrent testers.Experiments showedthatthetestinstrument couldachieve high-precisionmeasurementofleakagecurrntunder different frequencyconditions，withadetectionrangeof 50mA and a detection accuracy of 3% ，which met the needs of most application scenarios.Through the analysis of a large amountofexperimentaldata，theinstrumentnotonlyasexcellentanti-interferenceabilitybutalsoperforms wellindyamic monitoring.Compared with traditional methods，its detection speed is increased by 20% anditsaccuracyisincreased by 10% .The leakage current test instrument based onFFTalgorithm proposed in this studycan be widelyused for leakage curent tests inthe latest standards ofIEC，ULSEandother institutions.Experiments have proved thatthe testsystemhas the followingcharacteristics：the testmethod meets therequirementsofmultiplestandards;thecircuitdesignissimple;thetest accuracyis high;and the test process is automated.

Keywords：leakagecurenttesting;FFTalgorithm;high-precisionmeasurement; multi-standardtest;automation

0 引言

泄漏電流是評(píng)價(jià)電氣設(shè)備絕緣性能的重要指標(biāo)，對(duì)保障設(shè)備安全運(yùn)行和人身安全具有重要意義。傳統(tǒng)的泄漏電流測(cè)試方法存在測(cè)量精度低、易受噪聲干擾等問(wèn)題，難以滿足現(xiàn)代電子電工系統(tǒng)的要求[-2]。近年來(lái)隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，基于快速傅里葉變換（FFT）的諧波分析方法在泄漏電流測(cè)試中得到了廣泛應(yīng)用。

FFT是一種高效的離散傅里葉變換算法，通過(guò)遞歸分解的方式將DFT運(yùn)算的復(fù)雜度從O （N²） 降低到O（NlogN），大大提高了頻譜分析的速度和效率。在泄漏電流測(cè)試中，F(xiàn)FT算法可以將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域，實(shí)現(xiàn)泄漏電流的諧波分量提取和幅值計(jì)算[。通過(guò)分析泄漏電流的頻譜特性，可以準(zhǔn)確判斷設(shè)備絕緣狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)潛在的絕緣故障。

本文針對(duì)傳統(tǒng)泄漏電流測(cè)試方法的不足，提出了一種基于FFT的泄漏電流測(cè)試儀器。該儀器采用高精度的電流傳感器和數(shù)據(jù)采集電路實(shí)現(xiàn)泄漏電流信號(hào)的精確測(cè)量，然后通過(guò)DSP芯片進(jìn)行FFT運(yùn)算，提取泄漏電流的基波和各次諧波分量。在此基礎(chǔ)上，上位機(jī)軟件對(duì)各次諧波的幅值進(jìn)行分析計(jì)算，并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備絕緣性能做出綜合評(píng)估。

與傳統(tǒng)方法相比，該測(cè)試儀具有測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)、檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該儀器能夠測(cè)量 10uA 以下的微小泄漏電流，頻譜分析結(jié)果與理論值高度吻合，絕緣故障檢出率達(dá)到 95% 以上。因此，基于FFT的泄漏電流測(cè)試儀器為電子電力系統(tǒng)的泄漏電流檢測(cè)提供了一種可靠、高效的新方法。

1 FFT算法概述

1.1快速傅里葉變換基礎(chǔ)

在泄漏電流的測(cè)量中，信號(hào)的精確變換是診斷器械性能的關(guān)鍵步驟。FFT算法，即快速傅里葉變換，為我們提供了一種高效的手段，將時(shí)域中的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻域，以便準(zhǔn)確分析其頻譜成分。具體實(shí)施過(guò)程中，首先對(duì)泄漏電流信號(hào)進(jìn)行采集，確保所得數(shù)據(jù)反映設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。隨后，數(shù)字化處理是必要的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)FFT算法的應(yīng)用前提。

窗函數(shù)處理則是FFT前的關(guān)鍵一步，用以減少邊界效應(yīng)，增強(qiáng)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。該步驟通過(guò)衰減信號(hào)的兩端，使得信號(hào)的起止點(diǎn)幅值趨近于零，從而緩和非周期信號(hào)帶來(lái)的頻譜泄漏。

FFT變換的核心在于FFT時(shí)域到頻域轉(zhuǎn)換公式，該公式能夠?qū)r(shí)域信號(hào)分解為多個(gè)正弦波的疊加，每個(gè)正弦波對(duì)應(yīng)于特定瀕率，幅度和相位。通過(guò)這樣的方式，F(xiàn)FT算法能夠快速計(jì)算得出頻域中的信號(hào)分布，即X（k），其中k表示頻率成分。

該步驟的實(shí)施細(xì)節(jié)涉及復(fù)數(shù)和指數(shù)函數(shù)的運(yùn)用，例如信號(hào) x（n） 與轉(zhuǎn)換因子 的積累求和。

FFT結(jié)果的分析則是將計(jì)算得到的頻域信息，進(jìn)行歸納和解釋，揭示泄漏電流的頻譜信息，甄別出可能的異常及其原因。分析過(guò)程中可能涉及到的指標(biāo)包括諧波含量、信噪比和相位差異等。

在這項(xiàng)研究中，每一步驟都明確記錄在FFT算法流程圖中（如圖1所示），便于研究者嚴(yán)格遵循規(guī)定流程執(zhí)行，以此確保測(cè)試儀器的準(zhǔn)確性和實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性。對(duì)于泄漏電流測(cè)試的精確性，本文所討論的FFT變換法提供了一個(gè)高信噪比，高效率的解決方案，是對(duì)現(xiàn)有電器測(cè)試方法的重要補(bǔ)充，其應(yīng)用價(jià)值得到了實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)支持。

1.2FFT算法在電測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用

在FFT算法的應(yīng)用于電測(cè)領(lǐng)域中，本研究擬利用其高效的計(jì)算能力對(duì)泄漏電流的檢測(cè)進(jìn)行優(yōu)化?？紤]到電氣系統(tǒng)中泄漏電流的復(fù)雜性，本研究引入窗函數(shù)處理以減少頻譜泄漏，確保了測(cè)試結(jié)果的精準(zhǔn)。在實(shí)際操作中，采樣頻率設(shè)置為1 kHz ，一方面確保能夠覆蓋感興趣的頻段，另一方面又可以避免不必要的數(shù)據(jù)冗余。本研究采用Hanning窗函數(shù)，其對(duì)泄漏電流信號(hào)的選擇性優(yōu)于其他類型，如矩形窗，提升了諧波分析的分辨率。

為了深人探討FFT算法在電測(cè)領(lǐng)域的實(shí)際效能，本研究設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證其在處理突變電流信號(hào)方面的能力。實(shí)驗(yàn)中特別關(guān)注算法的響應(yīng)時(shí)間和頻率分辨率，這關(guān)乎到最終測(cè)試儀器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)FFT算法在進(jìn)行快速傅里葉變換時(shí)，相對(duì)于傳統(tǒng)的DFT方法在時(shí)間上節(jié)省了超過(guò) 95% 的運(yùn)算資源，頻率分辨力達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后兩位的精度。此外，本研究應(yīng)用了重疊保存法進(jìn)行數(shù)據(jù)塊處理，以避免因?yàn)閴K處理而造成的數(shù)據(jù)丟失，從而提高了檢測(cè)的連續(xù)性和可靠性。對(duì)于突變信號(hào)的檢測(cè)，本研究開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)利用FFT算法能在極短的時(shí)間內(nèi)（不超過(guò) 1ms 完成頻譜更新，極大地提高了泄漏電流測(cè)試儀器的時(shí)效性和靈敏度。

為了驗(yàn)證泄漏電流測(cè)試儀器的精確度，本研究開(kāi)展了大量的實(shí)際電流數(shù)據(jù)測(cè)試，并進(jìn)行了深入的數(shù)據(jù)分析。采用8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)精度能夠滿足絕大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用的需要。對(duì)采集到的電流信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換，并與真實(shí)值進(jìn)行比較，結(jié)果表明算法的檢測(cè)誤差均在合理的誤差范圍內(nèi)（小于 5% ），滿足了電流測(cè)試的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。此外，還考察了測(cè)試儀器在不同溫度和濕度條件下的穩(wěn)定性，以確保其在惡劣環(huán)境下仍能保持高精度的性能表現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，測(cè)試儀器能在 -20～70°C 的溫度范圍內(nèi)及高達(dá) 95% 的相對(duì)濕度條件下，維持其性能指標(biāo)，表明了其強(qiáng)大的環(huán)境適應(yīng)性。

總的來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)詳盡的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，F(xiàn)FT算法在泄漏電流測(cè)試儀器中的應(yīng)用表現(xiàn)出了高度的效率和精確性，同時(shí)也展示了測(cè)試儀器優(yōu)良的實(shí)時(shí)性與環(huán)境適應(yīng)性，從算法層面為電測(cè)領(lǐng)域提供了一種高效且可靠的解決方案。

2 泄漏電流測(cè)試儀的測(cè)試原理

2.1泄漏電流測(cè)試的原理和測(cè)試儀類型

泄漏電流的測(cè)試條件是被測(cè)電器接工作電源，工作電源的電壓調(diào)到等于額定電壓1.06倍（醫(yī)用電氣設(shè)備為1.1倍），在零電位的大地與易接觸的金屬部件或緊貼在絕緣材料表面的金屬之間進(jìn)行測(cè)試，外殼為絕緣材料的，需在外殼上附加一不大于 20cm×10cm 的金屬箔，以模擬手掌接觸。測(cè)試接觸泄漏電流除考慮設(shè)備正常工作狀態(tài)（包括電源正常接入和反接）外，還需考慮單故障條件一電源斷開(kāi)一根相線情況，只接通單極電源情況和斷開(kāi)保護(hù)接地的情況。上述各種工作狀態(tài)下測(cè)試的泄漏電流均不超過(guò)規(guī)定限值，則設(shè)備的該項(xiàng)指標(biāo)合格。目前市面上主要的泄漏電流測(cè)試儀分為以下兩種

（1）多用途測(cè)試儀表：這類儀表通常包含了多種測(cè)試功能，其中包括漏電流測(cè)試功能。常見(jiàn)的多用途測(cè)試儀表包括萬(wàn)用表、鉗形電流表等。這些儀表價(jià)格較為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，使用方便靈活，是電工日常維護(hù)電氣安全的重要工具。然而，在測(cè)量泄漏電流時(shí)，其精度和分辨力不如專用測(cè)試儀。

（2）專用泄漏電流測(cè)試儀：這是一種專門用于測(cè)量泄漏電流的測(cè)試儀器，具有更高的測(cè)試精度和更全面的警告功能。在測(cè)試時(shí)，只需將測(cè)試儀的電極頭和被測(cè)試的電路連接起來(lái)，測(cè)試儀就會(huì)自動(dòng)測(cè)量電路中的泄漏電流，若超標(biāo)會(huì)給出警告信號(hào)。專用泄漏電流測(cè)試儀通常具有過(guò)流保護(hù)、聲光報(bào)警電路和試驗(yàn)電壓調(diào)節(jié)裝置等附加功能，以提高測(cè)試的準(zhǔn)確性和安全性。

其中專用泄漏電流測(cè)試儀普遍采用的是模擬電路測(cè)試法，這種儀表需要將滿足不同標(biāo)準(zhǔn)的人體阻抗網(wǎng)絡(luò)電路設(shè)計(jì)到測(cè)試儀中，這造成了硬件電路的復(fù)雜以及測(cè)試過(guò)程的不便。因此，設(shè)計(jì)一款使用數(shù)字仿真測(cè)試法的儀器可以針對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)，不同產(chǎn)品的要求和特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)符合多標(biāo)準(zhǔn)的泄漏電流測(cè)試系統(tǒng)的任務(wù)具有重要的意義。

2.2數(shù)字仿真測(cè)試原理及信號(hào)分析

數(shù)字仿真法測(cè)試泄漏電流是一種利用數(shù)字技術(shù)模擬實(shí)際電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下的泄漏電流情況的方法。我們需要提前將不同的人體阻抗網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)字仿真模擬分析，計(jì)算得出不同頻率下，人體阻抗網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線，以電灼傷電流人體阻抗網(wǎng)絡(luò)（如圖2所示）為例，首先我們先建立人體的基本等效模型：接觸電阻Rs、人體電阻Rb和接觸電容Cs的數(shù)字模型，如圖3所示，然后在程序中生成一個(gè)頻率f的連續(xù)變化數(shù)組，繪制以頻率f為橫坐標(biāo)，建立以500歐電阻的頻率特性曲線，如圖4所示。

3 測(cè)試儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1測(cè)試儀器硬件設(shè)計(jì)

在測(cè)試儀器的硬件設(shè)計(jì)階段，首先需要確定測(cè)試功能和指標(biāo)。通過(guò)分析目前市場(chǎng)上已有的泄漏電流測(cè)試儀產(chǎn)品，然后整理出以下的技術(shù)指標(biāo)（見(jiàn)表1）。

在硬件設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行仔細(xì)的硬件檢驗(yàn)測(cè)試，以驗(yàn)證設(shè)備的性能是否符合預(yù)期的測(cè)試指標(biāo)。經(jīng)過(guò)多輪的精密校正，確保每項(xiàng)性能指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。此時(shí)，測(cè)試儀器硬件設(shè)計(jì)流程圖提供了實(shí)現(xiàn)各個(gè)步驟的視覺(jué)藍(lán)圖，有效指導(dǎo)測(cè)試儀器從概念到現(xiàn)實(shí)的轉(zhuǎn)化。通過(guò)幾輪的設(shè)計(jì)稿篩選，最終的儀表外觀設(shè)計(jì)效果圖如圖6所示，整體簡(jiǎn)潔美觀大氣。

總結(jié)而言，設(shè)計(jì)過(guò)程遵循了高度組織化的流程，每一步都精心策劃，并以精確的操作和嚴(yán)格的品控標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮了測(cè)試儀器的性能需求和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，確保最終產(chǎn)品可以準(zhǔn)確地測(cè)量并分析泄漏電流，為后續(xù)研究和應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的工具。

3.2測(cè)試儀器軟件實(shí)現(xiàn)

在設(shè)計(jì)基于FFT算法的泄漏電流測(cè)試儀器軟件時(shí)，構(gòu)建了一套高效精準(zhǔn)的處理流程。為了對(duì)采集的電流信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確快速的頻域分析，采用了快速傅里葉變換（FFT）。軟件的核心功能是執(zhí)行

FFT，并捕捉泄漏電流中可能存在的異常頻率成分。首先定義FFT處理所需的輸入?yún)?shù)，包括來(lái)自檢測(cè)電路的時(shí)間域信號(hào)，以及為獲取更細(xì)膩頻譜分析所設(shè)的FFT點(diǎn)數(shù)。最終呈現(xiàn)出來(lái)的是以原始電壓信號(hào)的波形圖以及經(jīng)過(guò)快速傅里葉變換（FFT）后的頻域圖，得出最終的頻率值及相關(guān)的諧波點(diǎn)。

測(cè)試儀的軟件界面，如圖7所示，左部分上下分別是測(cè)試信號(hào)的時(shí)域曲線和頻域曲線，右側(cè)上部分分別為：探頭切換選型、極性切換選型、異常狀態(tài)選型、測(cè)試網(wǎng)絡(luò)選擇以及奈奎斯特頻率參數(shù)設(shè)置，右側(cè)下部分為測(cè)試數(shù)據(jù)的展示，包含：PK1值（最大值）、PK2（一段時(shí)間內(nèi)的RMS最大值）、RMS值（均方根值）、待測(cè)樣品的電壓、實(shí)時(shí)電流、實(shí)時(shí)功率以及頻率數(shù)據(jù)。

3.3泄漏電流測(cè)試儀的檢定

采用JJG843-2022《泄漏電流測(cè)試儀檢定規(guī)程》來(lái)對(duì)儀器進(jìn)行驗(yàn)證，主要分為5個(gè)部分。

3.3.1準(zhǔn)確度等級(jí)和最大允許誤差檢定

測(cè)試儀的準(zhǔn)確度等級(jí)按照直流/工頻 50Hz 下的 泄漏電流最大充許誤差進(jìn)行定級(jí)其準(zhǔn)確度等級(jí)與各 等級(jí)測(cè)試儀的泄漏電流最大允許誤差見(jiàn)表2所示。

檢定環(huán)境搭建如圖8所示，泄漏電流測(cè)試儀的電流示值誤差由標(biāo)準(zhǔn)電流源法進(jìn)行檢定。

檢定結(jié)果數(shù)據(jù)見(jiàn)表3所示：

3.3.2測(cè)量網(wǎng)絡(luò)檢定

測(cè)量網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的特性采用輸入阻抗和傳輸特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。測(cè)試儀的泄漏電流測(cè)量回路應(yīng)能夠模擬人體阻抗，測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的A、B測(cè)量端能夠外部接人。

3.3.3輸入阻抗檢定

輸人阻抗可以采用交流阻抗測(cè)試儀法進(jìn)行測(cè)量，環(huán)境搭建如圖9所示。

本臺(tái)儀表中只有一個(gè)電灼傷電流人體阻抗網(wǎng)絡(luò)所以只對(duì)這一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢定，結(jié)果如表4所示。

3.3.4傳輸特性檢定

測(cè)試儀傳輸特性可采用高頻標(biāo)準(zhǔn)電壓源法進(jìn)行測(cè)量。

將高頻標(biāo)準(zhǔn)電壓源的輸出端與被檢測(cè)試儀測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量端子對(duì)接，將高頻標(biāo)準(zhǔn)電壓源的電壓輸出設(shè)定為10V，環(huán)境搭建如下圖10所示。

本儀表具有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試功能，分別對(duì)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸特性檢定，檢定結(jié)果可以直接在測(cè)試儀的軟件界面讀取，校準(zhǔn)結(jié)果截圖如圖11、圖12、圖13所示。

3.3.5試驗(yàn)電壓示值誤差檢定

對(duì)于具有試驗(yàn)電壓顯示的被檢測(cè)試儀，應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)電壓檢定試驗(yàn)電壓至少檢定兩個(gè)點(diǎn)，其中包括1.06倍額定電壓值。對(duì)自身提供試驗(yàn)電壓的測(cè)試儀，采用標(biāo)準(zhǔn)表法檢定，環(huán)境搭建如圖14所示。

檢定結(jié)果如表5所示。

3.4泄漏電流測(cè)試儀實(shí)際測(cè)試

在實(shí)際測(cè)試中，本研究挑選了幾種不同的家用電器或電氣產(chǎn)品，使用設(shè)計(jì)的泄漏電流測(cè)試儀來(lái)進(jìn)行測(cè)試。為驗(yàn)證本儀器的實(shí)際使用性能，測(cè)試了4組不同的產(chǎn)品（同一個(gè)測(cè)試條件，L-外殼泄漏電流，電灼傷電流人體阻抗網(wǎng)絡(luò)，取RMS數(shù)據(jù)），然后再使用某市場(chǎng)的泄漏電流測(cè)試儀進(jìn)行同等測(cè)試，記錄測(cè)試時(shí)間及測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較。以測(cè)試某品牌的微波爐為例，讓微波爐處于開(kāi)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，測(cè)試外殼的泄漏電流，如圖15所示。將儀表的A端接到微波爐外殼金屬上，界面的探頭選擇為Encamp;Liv，開(kāi)始測(cè)試后，軟件將測(cè)試信號(hào)時(shí)域曲線和頻域曲線分別顯示及更新，且在測(cè)試數(shù)據(jù)一欄中，將最大值更新并保持最大值顯示，如圖16所示。

根據(jù)與其他泄漏電流測(cè)試儀比較，本儀器界面清晰直觀，全部設(shè)置和數(shù)據(jù)及曲線全部在一個(gè)界面完整顯示，不需要來(lái)回切換界面設(shè)置，大大提供測(cè)試效率，比對(duì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5所示，實(shí)驗(yàn)證明，與傳統(tǒng)方法相比，其檢測(cè)速度提高了約 20% ，精度提高了約 10% 。且可以直接顯示信號(hào)曲線及頻域曲線，便于分析定位問(wèn)題，在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)階段，對(duì)產(chǎn)品的整改及定位具有非常重要的意義。

4結(jié)語(yǔ)

本文研究了基于FFT算法的泄漏電流測(cè)試儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)快速傅里葉變換原理的分析，結(jié)合泄漏電流測(cè)試的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了測(cè)試儀器的硬件電路和軟件算法。測(cè)試儀器采用高精度的電流互感器和電壓傳感器，電流測(cè)量范圍為 0～50mA ，電壓測(cè)量范圍為0＼～277V。軟件基于建立不同的人體阻抗網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字仿真模型，然后通過(guò)優(yōu)化FFT運(yùn)算步驟和參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了泄漏電流的精確測(cè)量和諧波分析。

為驗(yàn)證測(cè)試儀器的性能，根據(jù)JJG843-2022《泄漏電流測(cè)試儀檢定規(guī)程》來(lái)對(duì)儀器進(jìn)行驗(yàn)證，分別對(duì)儀表的示值誤差、模擬網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗、不同網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性以及試驗(yàn)電壓的檢測(cè)精度進(jìn)行檢定，達(dá)到5級(jí)儀表精度要求。

在實(shí)際產(chǎn)品試驗(yàn)中，測(cè)試了4組不同產(chǎn)品的泄漏電流值，通過(guò)數(shù)據(jù)分析可知，其檢測(cè)速度提高了約 20% ，精度提高了約 10% 。且可以直接顯示信號(hào)曲線及頻域曲線，便于分析定位問(wèn)題，在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)階段，對(duì)產(chǎn)品的整改及定位具有非常重要的意義。

總之，基于FFT算法的泄漏電流測(cè)試儀器能夠?qū)崿F(xiàn)泄漏電流的精確測(cè)量和諧波分析，為電力設(shè)備的絕緣狀態(tài)評(píng)估提供了有力工具。測(cè)試儀器具有測(cè)量精度高、滿足多標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試、可擴(kuò)展性強(qiáng)、軟件界面直觀使用方便、功能豐富等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于家電、醫(yī)療、實(shí)驗(yàn)室等不同領(lǐng)域的泄漏電流檢測(cè)。下一步研究重點(diǎn)為進(jìn)一步提高測(cè)試儀器的集成度，開(kāi)發(fā)面向物聯(lián)網(wǎng)的在線監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)泄漏電流的遠(yuǎn)程診斷與預(yù)警。

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