CN105554405A - 一种自然雷电放电通道静态图片获取装置的触发装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自然雷电放电通道静态图片获取装置的触发装置，包括对雷暴电场强度探测的大气平均电场探测单元，探测观测位置的亮度的背景光传感单元，大气平均电场探测单元和背景光探测模块连接信号调理单元，由信号调理单元将电场强度和光强信号进行调整后输入到电压比较单元，经电压比较单元与设定的拍摄条件阈值进行比较后输送到逻辑判断单元，判断电场和光强两种参量的逻辑关系，逻辑关系满足启动拍摄条件时，逻辑判断单元输出信号至触发器，由触发器输出控制循环拍摄周期所对应宽度的TTL电平给继电器，控制继电器通断，由继电器控制相机的开启和闭合。本发明提高了回击的捕获效率，提高了回击照片的拍摄质量。

Description

一种自然雷电放电通道静态图片获取装置的触发装置

技术领域

本发明涉及雷电探测领域，特别是基于摄像照相技术的雷电放电通道静态图片的获取技术，其适用于雷电定位网路的评估。

背景技术

雷电是发生在大气中的一种强放电现象，能够产生高电流、强电磁辐射，是自然界十大电子公害。按照发生按其在空气中发生的部位，大概可分为云中、云间或云地之间三大种类放电。云中放电占闪电的绝大多数，云地之间放电者则是对人类的生产和生活产生影响的主要形式。我们感受到的雷电画面主要是云地间放电，我们常常称作云地闪。云地闪的峰值电流平均值几十千安，最高能达到几百千安，常常引起森林火灾，油库爆炸等灾难，是雷电防护的主要目标。为了有效对云地闪进行方法，需要一定的监测手段。

一般而言，每次云地闪中会包含几次剧烈的云地间放电，即为通常所说的回击放电。怎样有效获得回击放电通道的位置以及形态是科研工作者关注的内容。自然雷击放电通道的静态照片常常能刻画出雷电放电通道发展的瞬息变化，可以形象的展示雷电发展的路径特征，同时，也能够清楚展示雷击点的位置，可以为验证雷电定位系统的性能提供反映雷电放电真实情况的佐证。

专利“一种自然雷击放电通道静态图片的获取装置”（ZL2012200993260）提出了一种雷电放电通道静态图片获取装置，但是，该装置存在对回击的捕捉效率不高的问题。该专利提到，由数码相机的快门滞后时间与雷击的发生、发展时间的尺度对比可知，一次自然雷击事件的平均持续时间在几百毫秒左右，而相对于几百毫秒范围来说，几十毫秒的快门滞后时间能使得大部分（采用市场上销售的数码相机）的静态相机1有充足的时间来记录下自然闪电的雷击放电的通道的静态照片。事实上，我们通常所说的地闪雷电放电通道多指回击通道，而回击的持续时间一般为几十微秒，少数具有连续电流的回击不在我们的考虑范围内。相对于相机的快门滞后时间几十毫秒来说，回击时间非常短暂，很难准确捕获掌控回击的拍摄动作，需要设计新的方案去解决这个问题。

发明内容

针对雷电回击通道难以高效拍摄记录的问题，发明了一种提前于回击发生时刻的触发装置，能够实现回击拍照的自动化，并且大大提高回击的捕获效率，提高回击照片的拍摄质量。

为解决上述技术问题，本发明提供一种自然雷电放电通道静态图片获取装置的触发装置，其特征是，包括对雷暴电场强度探测的大气平均电场探测单元，探测观测位置的亮度的背景光传感单元，

大气平均电场探测单元和背景光探测模块连接信号调理单元，由信号调理单元将电场强度和光强信号进行调整后输入到电压比较单元，经电压比较单元与设定的拍摄条件阈值进行比较后输送到逻辑判断单元，判断电场和光强两种参量的逻辑关系，逻辑关系满足启动拍摄条件时，逻辑判断单元输出信号至触发器，由触发器输出控制循环拍摄周期所对应宽度的TTL电平给继电器，控制继电器通断，由继电器控制相机的开启和闭合。

大气平均电场探测单元采用场磨式大气平均电场传感器。

背景光传感单元采用光电二极管作为传感单元。

信号调理单元包括放大积分和滤波电路，对电场强度信号和光强信号进行调理。

电压比较单元为电压比较器。

逻辑判断单元判断电场和光强两种参量的逻辑关系，两种参量均满足设定阈值时，满足启动拍摄条件。

触发器输出经过复合整形后的周期为1s的TTL电平。

本发明所达到的有益效果：

本发明解决了自然雷电放电通道静态图片获取装置存在的回击通道获取效率不高的问题，大大提高了回击的捕获效率，提高了回击照片的拍摄质量。

附图说明

图1是本发明的触发装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的触发装置包括大气平均电场探测单元、背景光传感单元、信号调理单元、电压比较单元、逻辑判断单元、触发器和继电器控制模块。其中大气平均电场探测单元用于雷暴电场强度探测，可以采用场磨式大气平均电场传感器，从而自动判定近距离雷暴以及是否处于地闪阶段；背景光传感单元是为了探测雷暴接近观测位置时是否具有拍摄所需的亮度条件，一般而言，当环境光过亮时，很难获得高质量的闪电通道图片，该模块可以采用光电二极管作为传感单元。信号调理单元，主要为放大积分和滤波电路，主要目的为了对原始光信号和平均电场信号进行适度调理，以适合后续的电路应用。电压比较单元，是专用的电压比较器，用于设定用户需要的拍摄启动条件，只有电场强度大于一定阈值（也反映了雷暴的远近，通常而言电场强度越大，雷暴距离观测者或者观测设备越近），背景光低于一定亮度时（此时说明了雷暴当顶以及雷暴云较厚）才能启动拍摄。逻辑判断单元是为了混合大气平均电场和背景光强两种参量的综合作用，根据两者的逻辑判断输出是否开始启动相机开始拍摄动作的判断。根据我们的设计，大气平均电场和背景光强均满足设定阈值时，视为开始启动拍摄的条件。当雷暴当顶时，输出逻辑真值，当雷暴远离时，输出逻辑假值。触发器主要是为了在满足判断条件时，输出经过复合整形后的TTL电平，并且该TTL电平能够改变宽度，从而控制本次相机拍摄的开启时间。考虑到大多数地闪不超过1s，因此设计输出1s为周期的TTL电平，用以控制相机B门的开启。继电器模块用以驱动相机电子快门的打开和释放。电子快门的释放利用专利“一种自然雷击放电通道静态图片的获取装置”（ZL2012200993260）在监测到回击后释放电子快门，从而完成一个拍摄动作。为了确保是回击通道，可以对该专利中的触发模块的参量进行设定。采用上述方案的设备，能够确保在一个拍摄周期内闪电回击通道的真实获得。

大气平均电场探测单元以及背景光探测模块连接信号调理单元，使原始波形信号反应雷暴的特征并符合电压比较单元的输入要求，然后输出信号到电压比较单元。电压比较单元根据输入的用户启动拍摄阈值输出比较信号；然后比较信号输出到逻辑判断单元，判断电场和光强两种参量的逻辑关系，同时满足时，认为满足启动拍摄条件，输出信号到触发器，触发器能够输出控制输出TTL电平的宽度，从而控制循环拍摄周期。触发器输出信号给继电器，控制继电器通断，从而控制相机B门的开启和闭合。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种自然雷电放电通道静态图片获取装置的触发装置，其特征是，包括对雷暴电场强度探测的大气平均电场探测单元，探测观测位置的亮度的背景光传感单元，

大气平均电场探测单元和背景光探测模块连接信号调理单元，由信号调理单元将电场强度和光强信号进行调整后输入到电压比较单元，经电压比较单元与设定的拍摄条件阈值进行比较后输送到逻辑判断单元，判断电场和光强两种参量的逻辑关系，逻辑关系满足启动拍摄条件时，逻辑判断单元输出信号至触发器，由触发器输出控制循环拍摄周期所对应宽度的TTL电平给继电器，控制继电器通断，由继电器控制相机的开启和闭合。

2.根据权利要求1所述的一种自然雷电放电通道静态图片获取装置的触发装置，其特征是，大气平均电场探测单元采用场磨式大气平均电场传感器。

3.根据权利要求1所述的一种自然雷电放电通道静态图片获取装置的触发装置，其特征是，背景光传感单元采用光电二极管作为传感单元。

4.根据权利要求1所述的一种自然雷电放电通道静态图片获取装置的触发装置，其特征是，信号调理单元包括放大积分和滤波电路，对电场强度信号和光强信号进行调理。

5.根据权利要求1所述的一种自然雷电放电通道静态图片获取装置的触发装置，其特征是，电压比较单元为电压比较器。

6.根据权利要求1所述的一种自然雷电放电通道静态图片获取装置的触发装置，其特征是，逻辑判断单元判断电场和光强两种参量的逻辑关系，两种参量均满足设定阈值时，满足启动拍摄条件。

7.根据权利要求1所述的一种自然雷电放电通道静态图片获取装置的触发装置，其特征是，触发器输出经过复合整形后的周期为1s的TTL电平。