CN104635030A - 一种雷电流波形在线监测系统 - Google Patents

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何建国
何江
李仁强
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Abstract

本发明提供一种雷电流波形在线监测系统，包括：雷电流传感器、过压/过流保护电路、前端衰减放大电路、触发控制电路、高速采样数据缓存、高速时钟、高速处理器、数据存储器、自动量程转换及参数测量单元、波形显示、键盘系统、浪涌保护器SPD带遥信口、遥信采集电路、远程PC机、PC通信电路、电源适配器、供电电路以及备电电池。所述雷电流传感器的信号输出依次经过过压/过流保护电路、前端衰减放大电路、高速采样数据缓存、高速处理器，所述高速处理器还与数据存储器、自动量程转换及参数测量单元、图形显示系统连接。本发明具有雷电流特性参数如波形、峰值、能量等参数的检测功能，数据观察方便，可通过本地波形显示装置和远程终端直观呈现。

Description

一种雷电流波形在线监测系统
技术领域
   本发明涉及防雷监测领域，特别涉及一种雷电流波形在线监测系统。
背景技术
雷电是自然界中一种激烈的放电现象，由此引起的雷击灾害被联合国列为十大自然灾害之一，雷电灾害已成为危害程度仅次于暴雨、洪涝滑坡塌方的第三大气象灾害。随着人类对电子信息技术的依赖性日益增强,大量的通讯、计算机、交 换机等电子设备广泛应用于人们的生活，这些电子设备耐受电压低，很容易受到雷电流的侵害。随着人们对浪涌保护要求的提高，因此分析雷击在线路上产生的电涌电压的特点和规律是做好防雷的一项基础性工作 , 记录雷击发生时在线路上产生电涌电压的具体情况更是基础之本。而目前，市场上的雷电记录装置只能很单一的记录下直接雷击感应的浪涌过电压的幅值、次数和时间，不能有效的还原并显示出直接雷击感应的浪涌过电压的波形图，而且只能监测到一个区域的情况，无法满足人们对雷电特性进行很好的研究和分析工作。鉴于此 , 人们迫切需要一种具有雷电流特性参数检测功能的装置，能真实有效地反应雷电流信息，如雷电流的波形、峰值、能量参数，为防雷设施提供可靠、有效的雷电流数据，帮助其改进防雷设备和被保护的电子、建筑电气设施，从而减少雷电流对设备或人身的伤害。
发明内容
 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种具有雷电流特性参数的检测功能，能真实有效地反应雷电流信息的雷电流波形在线监测系统。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案 ：
   雷电流波形在线监测系统，包括雷电流传感器、过压/过流保护电路、前端衰减放大电路、触发控制电路、高速采样数据缓存、高速时钟、高速处理器、数据存储器、自动量程转换及参数测量单元、波形显示、键盘系统、浪涌保护器SPD带遥信口、遥信采集电路、远程PC机、PC通信电路、电源适配器、供电电路电池管理以及备电电池，所述雷电流传感器的信号输出依次经过过压/过流保护电路、前端衰减放大电路、高速采样数据缓存、高速处理器，所述高速处理器还与数据存储器、自动量程转换及参数测量单元连接、图形显示系统连接。
    所述雷电流波形在线监测系统中，还包括遥信采集电路和带遥信口的浪涌保护器SPD，带遥信口的浪涌保护器SPD通过遥信采集电路与高速处理器连接。
     所述雷电流波形在线监测系统中，图形显示系统包括波形显示装置及远程PC机，所述波形显示装置通过自动量程转换及参数测量与高速处理器连接，远程PC机通过PC通信电路与高速处理器连接。
     所述雷电流波形在线监测系统中，还包括电源适配器。
   前端衰减放大电路的作用主要是对信号进行调理，以产生较理想的幅值让模数转换器ADC进行模数转换。
高速处理器是系统核心模块，作用是检测到缓存器FIFO满状态并通过总线接口读取缓存器FIFO的数据并对该数据进行分析计算，得到包括最大值，最小值，数据波形持续时间，波头上升时间和下降时间，能量等雷电流参数；接受、处理浪涌保护器SPD遥信告警信号。
触发控制电路作用就是保证每次时基扫描或采集的时候，都从输入信号上与定义的相同的触发条件开始，这样每一次扫描或采集的波形就同步，可以每次捕获的波形相重叠，从而显示稳定的波形。
    高速时钟电路，用于与所述高速采样数据缓存模块相连，发送时钟信号给该模块的高速采样电路。
 数据存储器FLASH的作用是：当触发控制电路通过触发而采集完一次雷电流后，根据系统设置，自动或手动保存数据到储存器FLASH中以及记录带遥信口的浪涌保护器SPD的工作状态。
    图形显示系统，用于接受所述高速处理器发送的包括最大值，最小值，数据波形持续时间，波头上升时间和下降时间，能量等雷电流参数，并根据当前的最大值、最小值和波形持续的时间自动放大和缩小垂直分度和时基，将波形显示到屏。
遥信采集电路的作用是把带遥信口的浪涌保护器SPD的工作状态传送给高速处理器。
与现有技术相比，本发明的有益效果 ：本发明能够在线测量雷电流的波形、峰值、能量参数，从而得到具体的雷电流信息数据，同时还能实时地监测远端带遥信功能的浪涌保护器SPD的工作状态。 相关数据信息既可通过本地波形显示装置实时显示，还可通过PC通信电路把数据传输给远程电脑，并支持MODBUS RTU通用的工业总线协议，可组网监控。
附图说明
图1为本发明雷电流波形在线监测系统的原理框图。
图2为本发明自动量程转换及参数测量单元的雷电流参数检测框图。
具体实施方式
    如附图 1所示，本实施例的雷电流波形在线监测系统，包括雷电流传感器101、过压/过流保护电路102、前端衰减放大电路103、触发控制电路104、高速采样数据缓存105、高速时钟106、高速处理器107、数据存储器108、自动量程转换及参数测量单元109、波形显示110、键盘系统111、浪涌保护器SPD带遥信口112、遥信采集电路113、远程PC机114、PC通信电路115、电源适配器116、供电电路电池管理117以及备电电池118，所述雷电流传感器101的信号输出依次经过过压/过流保护电路102、前端衰减放大电路103、高速采样数据缓存105、高速处理器107，所述高速处理器107还与数据存储器108、自动量程转换及参数测量单元109连接。所述图形显示系统包括波形显示110、远程PC机114，所述高速处理器107与图形显示系统的具体连接关系为：高速处理器107通过PC通信电路115与远程PC机114连接，高速处理器107通过自动量程转换及参数测量单元109与波形显示110连接。
 雷电流波形在线监测系统的工作原理为：
 雷电流传感器将感应检测到的感应雷电流经过过压/过流保护电路、前端衰减放大电路、经高速采样后，将数据缓存到缓存器FIFO，缓存器FIFO的数据存满后，通知高速处理器进行数据处理。
 该感应雷电流进入过压/过流保护电路时，如果感应雷电流幅度大于限制电压时，则过压/过流保护电路对其进行过压/过流保护；正常范围内的感应雷电流信号进入前端衰减放大电路，对信号进行调理，以产生较理想的幅值让模数转换器ADC进行模数转换。经模数转换器ADC转换的数字信号进入高速采样数据缓存模块，通过模数转换器ADC进行采集信号，采集后的信号成为输出数据写入缓存器FIFO。
 缓存器FIFO的读写时钟受触发控制电路的控制。这里分两种情况：当数据写满预触发深度时，电路控制读操作与写操作同步，这样保持缓存器FIFO的数据始终为最新的数据；当外部雷电流信号高于预设定的触发值时，电路停止从缓存器FIFO读取操作，此时只允许将模数转换器ADC的数据写入缓存器FIFO，当缓存器FIFO写满后，电路此时停止向缓存器FIFO写数据，高速处理器检测到缓存器FIFO满状态并通过总线接口读取缓存器FIFO的数据并对该数据进行分析计算，得到包括最大值，最小值，数据波形持续时间，波头上升时间和下降时间，能量等雷电流参数，并根据当前的最大值、最小值和波形持续的时间自动放大和缩小垂直分度和时基，将波形显示到屏，并将测量的关键参数最大值、最小值、能量、持续时间、雷电发生时间保存到数据存储器FLASH中。同时高速处理器响应远程PC机的通讯，将PC或主机请求的数据上传至监控中心。
其中数据存储器FLASH的作用是：当触发控制电路通过触发而采集完一次雷电流后，根据系统设置，自动或手动保存数据到储存器FLASH中。另外，当电力网中的浪涌保护器SPD发生故障时，故障信号通过浪涌保护器SPD的遥信口即故障输出接口输出，经遥信采集电路进入高速处理器后保存在数据存储器FLASH中并通过图形界面显示。
如附图2所示，本实施例的自动量程转换及参数测量单元109包括数据缓存区模块201、最大值、最小值、峰峰值测量模块202、 直方图算法顶值和底值统计模块203、10％、50％和90％关键点计算模块 204、电流波形的幅值计算模块205、电流波形的时间计算模块206、依据电流波形幅度与时间计算的雷电流能量计算模块207、波形上升时间和下降时间计算模块208；
 所述数据缓存区模块201依次与最大值、最小值、峰峰值测量模块202、直方图算法顶值和底值统计模块203、10％、50％和90％关键点计算模块204、电流波形的幅值计算模块205、依据电流波形幅度与时间计算雷电流能量计算模块207相连；同时所述数据缓存区模块(201)通过电流波形的时间计算模块206与依据电流波形幅度与时间计算雷电流能量计算模块207连接；所述10％、50％和90％关键点计算模块204还与波形上升时间和下降时间计算模块208连接。
 数据缓存区模块201在逻辑上属于自动量程转换及参数测量单元109，在物理上属于高速处理器107，最大值、最小值、峰峰值测量模块202、波形上升时间和下降时间计算模块208、电流波形的幅值计算模块205、电流波形的时间计算模块206、依据电流波形幅度与时间计算的雷电流能量计算模块207将检测结果输出到波形显示110。
采用以上结合附图描述的本发明实施例的雷电流波形在线监测系统的结构，实现了对雷电流特性参数如波形、峰值、能量等参数检测的目的，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的监测系统并不需要创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下这些对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种雷电流波形在线监测系统，包括雷电流传感器(101)、过压/过流保护电路(102)、前端衰减放大电路(103)、高速时钟(106)、 高速处理器(107)、数据存储器(108)、供电电路电池管理(117)；
其特征在于：还包括触发控制电路(104)、高速采样数据缓存(105)、自动量程转换及参数测量单元(109)、波形显示(110)；所述雷电流传感器(101)依次与过压/过流保护电路(102)、前端衰减放大电路(103)、高速采样数据缓存(105)、高速处理器(107)连接；所述高速处理器(107)还与数据存储器(108)连接；所述高速处理器(107)通过自动量程转换及参数测量单元(109)与波形显示(110)连接；
    所述自动量程转换及参数测量单元(109)用于检测雷电流的最大值，最小值，数据波形持续时间，波头上升时间和下降时间以及能量；所述触发控制电路(104)用于同步每一次采集的波形。
2.一种雷电流波形在线监测系统，其特征在于：所述自动量程转换及参数测量单元(109)包括数据缓存区模块(201)、最大值、最小值、峰峰值测量模块(202)、 直方图算法顶值和底值统计模块(203)、10％、50％和90％关键点计算模块 (204) 、电流波形的幅值计算模块(205)、电流波形的时间计算模块(206)、依据电流波形幅度与时间计算的雷电流能量计算模块(207)、波形上升时间和下降时间计算模块(208)；
所述数据缓存区模块(201)依次与最大值、最小值、峰峰值测量模块(202)、直方图算法顶值和底值统计模块(203)、10％、50％和90％关键点计算模块(204)、电流波形的幅值计算模块(205)、依据电流波形幅度与时间计算雷电流能量计算模块(207)相连；同时所述数据缓存区模块(201)通过电流波形的时间计算模块(206)与依据电流波形幅度与时间计算雷电流能量计算模块(207)连接；所述10％、50％和90％关键点计算模块(204)还与波形上升时间和下降时间计算模块(208)连接。
3.根据权利要求1所述的雷电流波形在线监测系统，其特征在于：还包括浪涌保护器SPD带遥信口(112)和遥信采集电路(113)，浪涌保护器SPD带遥信口(112)通过遥信采集电路(113)与高速处理器(107)连接。
4.根据权利要求1、3所述的雷电流波形在线监测系统，其特征在于：还包括图形显示系统，所述图形显示系统包括波形显示(110)及远程PC机(114)，所述波形显示(110)通过自动量程转换及参数测量单元(109)与高速处理器(107)连接，所述远程PC机(114)通过PC通信电路(115)与高速处理器(107)连接。
5.根据权利要求1、3所述的雷电流波形在线监测系统，其特征在于：还包括键盘系统(111),所述键盘系统(111)直接与高速处理器(107)连接。
6.根据权利要求1、3、4所述的雷电流波形在线监测系统，其特征在于：还包括电源适配器(116)，所述电源适配器(116)与供电电路电池管理(117)相连。
7.根据权利要求1、3、4所述的雷电流波形在线监测系统，其特征在于：还包括备用电池(118),所述备用电池(118)与供电电路电池管理(117)相连。
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