CN101216983A - 一种雷电流测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种雷电流测量方法及装置，采用双向无线通讯方式，采用多通道的前端测量记录仪和一个后端手持接收仪，前端测量记录仪安装在输电线路杆塔或各种高塔上，用来测量和记录雷击杆塔时的雷电流的幅值、陡度、极性、以及雷击杆塔时间；后端手持接收仪由人工操作，用来读取存贮在前端测量记录仪的记录，并校准前端测量记录仪的时钟。前端测量记录仪由多路模拟开关电路、信号调理电路、正负峰值保持电路、测量触发电路、处理器单元、数据存储单元、无线数据传输模块及多个电流传感器组成；后端手持接收仪为一个便携式手持设备，由矩阵键盘、字符型点阵液晶显示模块、处理器单元、以及无线数据传输模块组成。成本低、测量结果准确、时间精度高、测量数据便于读取。
Description
技术领域
本发明属于雷电流测量领域，具体地说涉及一种雷电流测量方法及装置，适用于输电线路杆塔或各种高塔的雷电流参数测量。
背景技术
雷电流参数的测量对探讨防雷对策，提高防雷设施性能，评价防雷设施对各种设备及建筑物的保护范围以及分析雷害事故，区分事故责任，具有十分重要的意义。同时，雷电流参数的测量也是进行雷电特性研究的基础工作。
雷电流参数的测量有遥测和直接测量两种方式。遥测是利用雷电探测天线探测从远处传播过来的雷电电磁波并以此反推雷电流幅值和波形的雷电流参数测量方式。由于雷电探测天线远离雷电发生点，雷电电磁波在传播过程中，受地形、建筑物等影响，存在不同程度的衰减和色散，因此，通过遥测测量得到的雷电流参数准确度不高。雷电流参数直接测量是在雷击发生点对雷电流进行直接测量的方式。由于雷击某一物体或物体的某一处是一个小概率事件，因此，雷电流直接测量只能是“广种薄收”，这就需要一种不但测量准确度高而且成本也较低的测量装置。过去，一般是采用在输电线路杆塔上安装磁钢棒的方法，这种方法优点是成本低便于大量安装，但缺点是测量结果误差大，不能记录雷击时间、而且获取数据不方便，劳动量非常大。
中国发明专利200410028110.5“记录雷击电流强度和发生时间的方法及设备”解决了测量精度的问题，但只能记录某一时间段内雷击发生的强度、时间和次数，而且该设备内时钟累计误差不能被修正，所以记录的雷击时间准确性不高。
中国实用新型专利200520105910.2“高压输电线路雷击遥测设备”的主要用途是雷击故障点的快速查找，通过雷击信息管理装置查询杆塔是否有雷击记录，从而快速查找雷击故障点，虽然也测量了雷电流的强度和时间，但并未记录完整的雷电流信息，比如极性和陡度。“高压输电线路雷击遥测设备”采用了移动通讯网络的通讯方式，由于通讯网络数据传输存在网络延时，而且延时具有不确定性，所以该设备内累计的时钟误差也不能被准确的修正，所记录的雷击时间准确性也不高，该装置后端采用计算机信息管理系统，从技术角度分析，整体成本应该比较高。
发明内容
本发明是考虑上述技术中的不足而设计的，提供一种雷电流测量方法及装置，该方法及装置成本低、测量结果准确、时间精度高、测量数据便于读取。该套装置可以随时对内部时钟进行校准、用于实测并收集雷击输电线路杆塔及其它高塔的雷电流参数。
本发明的技术方案是：一种雷电流测量方法，其特征在于：采用双向无线通讯方式，采用多通道的前端测量记录仪和一个后端手持接收仪，前端测量记录仪安装在输电线路杆塔或各种高塔上，用来测量和记录雷击杆塔时的雷电流的幅值、陡度、极性、以及雷击杆塔时间；后端手持接收仪由人工操作，用来读取存贮在前端测量记录仪的记录，并校准前端测量记录仪的时钟。
实现上述方法的雷电流测量装置，其特征在于：由多通道的前端测量记录仪和一个后端手持接收仪组成，前端测量记录仪由多路模拟开关电路、信号调理电路、正负峰值保持电路、测量触发电路、处理器单元、数据存储单元、无线数据传输模块及多个电流传感器组成；多个电流传感器的输出接多路模拟开关电路的输入端，多路模拟开关电路的输出信号接调理电路的输入端，信号调理电路的输出接正负峰值保持电路及测量触发电路的输入端；正负峰值保持电路的输出端与处理器单元的A/D输入通道连接，测量触发电路的输出端与处理器单元的中断输入端连接；数据存储单元与处理器单元的I2C接口连接；无线数据传输模块与处理器单元的串口连接；
后端手持接收仪为一个便携式手持设备，由矩阵键盘、字符型点阵液晶显示模块、处理器单元、以及无线数据传输模块组成。手持接收仪被设计成按键和液晶显示菜单相结合的人机界面方式，不需要特殊培训，就能非常简便的使用。
如上所述的雷电流测量装置，其特征在于：前端测量记录仪中，处理器单元其内部带有多通道的A/D转换器和硬件实时钟。
如上所述的雷电流测量装置，其特征在于：所述的前端测量记录仪和后端手持接收仪中，无线数据传输模块为微功率、低成本ISM频段无线通信模块，串口接口，可靠传输离距500m。
如上所述的雷电流测量装置，其特征在于：前端测量记录仪采用处理器芯片LPC2103，后端手持接收仪采用处理器芯片C8051F310。
如上所述的雷电流测量装置，其特征在于：前端测量记录仪为雷电流测量环节，前端测量记录仪中的电流传感器用来检测流过相关联部位的电流，电流传感器为空心的罗柯夫斯基线圈+积分单元，垂直于线路杆塔安装；或是光纤电流传感器。
如上所述的雷电流测量装置，其特征在于：前端测量记录仪中，数据存储单元为串行I2C接口、可掉电存储的E2PROM。
如上所述的雷电流测量装置，其特征在于：前端测量记录仪中，供电电源采用的是太阳能电池板和充电电池连接构成。
如上所述的雷电流测量装置，其特征在于：所述的后端手持接收仪中，字符型点阵液晶显示模块为串行数据接口，总共128×64点阵，可以显示不同点阵大小的英文字符和汉字字符。
按照上述构成，该雷电测量装置的前端测量记录仪能够准确的测量和记录输电线路杆塔的雷电流参数，通过后端手持接收仪，可以方便的获取测量数据，并显示在后端手持接收仪液晶显示屏上，并能随时对前端测量记录仪的时钟进行校准。
除了采用微功率、低成本的无线数据传输模块外，前端测量记录仪采用处理器芯片LPC2103，后端手持接收仪采用处理器芯片C8051F310，它们的集成度高、功耗低、性价比高，一个前端测量记录仪就可以同时测量记录多路雷电流信号。
整个装置本发明具有如下特点：测量值精度高、低功耗、无延迟校准对时技术(保证时间误差控制在1秒)、使用简便、可靠性高、整体成本低，可大量安装。
附图说明
图1为本发明实施例的使用示意图。
图2为本发明实施例的前端测量记录仪的原理结构框图。
图3为本发明实施例的后端手持接收仪的原理结构框图。
图4为图2中前端测量记录仪的电路原理图。
图5为图3中后端手持接收仪的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体的实施方式对本发明的内容作进一步详细的描述。
图中标记的说明：1-前端测量记录仪，2-后端手持接受仪。
图1为本发明的使用示意图，前端测量记录仪可以安装在输电线路杆塔避雷线、塔顶和塔脚。在雷击杆塔时，安装有前端测量记录仪的部位如果有雷电流流过，前端测量记录仪就会测量并记录流过的电流的幅值和极性，同时记录下雷击时间。
巡线工人在巡线的时候，用后端手持接收仪来读取前端测量记录仪中的信息，如果有雷电流数据记录在其中，通过简单的人工操作，将雷电流数据信息通过无线的方式接收到后端手持接收仪上，并在后端手持接收仪的液晶显示屏幕上按时间先后顺序显示雷电流数据信息。巡线工人还可以通过后端手持接收仪读取前端测量记录仪中的时钟，如果发现读取的时间和实际时间的相差比较大，可以通过后端手持接收仪对前端测量记录仪进行时间校准。
在需要测量同一输电线路杆塔不同部位的雷电流时，前端测量记录仪同时接入安装在这些部位的电流传感器，对每个电流传感器进行编号处理即可，前端测量记录仪最多可以同时测量8路信号。
在高压线路沿线的每个塔上都可以装上前端测量记录仪，巡线工人在巡线的时候，走到每个塔后就用后端手持接收仪来读取该塔上前端测量记录仪中的信息。由于塔间的半距离比后端手持接收仪与前端测量记录仪的通讯距离远，所以不会读错。
图2为前端测量记录仪的工作原理框图，电流传感器的输出信号经过多路模拟开关电路和信号调理电路后，滤掉工频信号和其它干扰信号；高速正峰值保持通道和高速负峰值保持通道，分别完成正负信号的峰值保持功能；测量触发电路的作用是在检测到有雷电流信号时通知处理器LPC2103启动测量，测量触发电路中的电压比较器LM311的输出接LPC2103的中断输入，只有在电压比较器的输出由低电平变为高电平的时候，才表示检测到有雷电流信号，通过改变电压比较器的负比较输入端的电压值，设置合适的阀值，这样不会因阀值设置过小将其它信号误认为是雷电流信号，也不会因阀值设置过大而漏测小雷电流信号；LPC2103是一个ARM7TDMI内核的32位处理器，其内部带有一个八通道输入的十位A/D转换器和硬件实时钟，不需要扩展外围电路就可以完成峰值测量还有时间记录；数据存储单元用来记录雷电流参数，每次检测到新的雷电流后，就将新的雷电流参数数据写入其中，一个雷电流参数记录包括峰值大小、陡度、极性、雷击时间，数据存储器采用可以掉电存储的串行E2PROM器件，在前端测量记录仪掉电后，仍然能保存以前的雷电流参数信息；无线数据传输模块采用上海桑博电子科技有限公司的STR-36型微功率ISM频段无线通信模块，最大10mW的发射功率，串口接口，可靠传输离距为500m。前端测量记录仪在收到后端手持接收仪的指令要求后，将雷电流参数信息还有时间信息发送到后端手持接收仪上。
前端测量记录仪除了无线数据传输模块的天线外，全部放置在一个金属壳体内，以增强电磁屏蔽效果。
图3为后端手持接收仪的原理结构框图，手持接收仪由矩阵键盘、字符型点阵液晶模块、无线数据传输模块、C8051F310高速8位单片机构成。按键和液晶显示相结合的方式组成人机界面，以便于操作和使用，液晶显示设计成多级菜单的形式，不同的菜单代表不同的指令功能，通过后端手持接收仪向前端测量记录仪发送不同的指令要求。
前端测量记录仪和后端手持接收仪之间的通讯，采用软件容错处理方式，保证最小的误码率，同时不会出现因通讯中断而出现死机的情况，使用可靠。
图4和图5分别为前端测量记录仪和后端手持接收仪的电路原理图。
Claims (9)
1.一种雷电流测量方法，其特征在于：采用双向无线通讯方式，采用多通道的前端测量记录仪和一个后端手持接收仪，前端测量记录仪安装在输电线路杆塔或各种高塔上，用来测量和记录雷击杆塔时的雷电流的幅值、陡度、极性、以及雷击杆塔时间；后端手持接收仪由人工操作，用来读取存贮在前端测量记录仪的记录，并校准前端测量记录仪的时钟。
2.实现上述方法的雷电流测量装置，其特征在于：由多通道的前端测量记录仪和一个后端手持接收仪组成，前端测量记录仪由多路模拟开关电路、信号调理电路、正负峰值保持电路、测量触发电路、处理器单元、数据存储单元、无线数据传输模块及多个电流传感器组成；多个电流传感器的输出接多路模拟开关电路的输入端，多路模拟开关电路的输出信号接调理电路的输入端，信号调理电路的输出接正负峰值保持电路及测量触发电路的输入端；正负峰值保持电路的输出端与处理器单元的A/D输入通道连接，测量触发电路的输出端与处理器单元的中断输入端连接；数据存储单元与处理器单元的I2C接口连接；无线数据传输模块与处理器单元的串口连接；
后端手持接收仪为一个便携式手持设备，由矩阵键盘、字符型点阵液晶显示模块、处理器单元、以及无线数据传输模块组成。
3.如权利要求2所述的雷电流测量装置，其特征在于：前端测量记录仪中，处理器单元其内部带有多通道的A/D转换器和硬件实时钟。
4.如权利要求3所述的雷电流测量装置，其特征在于：所述的前端测量记录仪和后端手持接收仪中，无线数据传输模块为微功率、低成本ISM频段无线通信模块，串口接口，可靠传输离距500m。
5.如权利要求4所述的雷电流测量装置，其特征在于：前端测量记录仪采用处理器芯片LPC2103，后端手持接收仪采用处理器芯片C8051F310。
6.如权利要求2所述的雷电流测量装置，其特征在于：前端测量记录仪为雷电流测量环节，前端测量记录仪中的电流传感器用来检测流过相关联部位的电流，电流传感器为空心的罗柯夫斯基线圈+积分单元，垂直于线路杆塔安装；或是光纤电流传感器。
7.如权利要求2所述的雷电流测量装置，其特征在于：前端测量记录仪中，数据存储单元为串行I2C接口、可掉电存储的E2PROM。
8.如权利要求2所述的雷电流测量装置，其特征在于：前端测量记录仪中，供电电源采用的是太阳能电池板和充电电池连接构成。
9.如权利要求2所述的雷电流测量装置，其特征在于：所述的后端手持接收仪中，字符型点阵液晶显示模块为串行数据接口，总共128×64点阵，可以显示不同点阵大小的英文字符和汉字字符。
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