CN107436389B - 无线通信有源避雷器物联网装置 - Google Patents

无线通信有源避雷器物联网装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线通信有源避雷器物联网装置，包括：磁屏蔽腔电路模块、雷电火花放电模块和接闪针；所述磁屏蔽腔电路模块包括磁屏蔽外罩、内腔绝缘套、电池、内磁屏蔽套、磁屏蔽底板、内腔电路板、内绝缘套环、大绝缘套环和天线窗；所述雷电火花放电模块包括绝缘体、第一火花电极、第二火花电极、触发电压导电垫片、静电外罩、绝缘连接体、接地连接体和放电气体泄压小孔；所述接闪针包括接闪针连接体。本发明提供的无线通信有源避雷器物联网装置，可以实现无线通信远程控制自主放电引雷及雷击数自动监测。

Description

无线通信有源避雷器物联网装置
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种无线通信有源避雷器物联网装置。
背景技术
现有的避雷器装置是通过架设在高空的引闪针或避雷针与接地导线相连的避雷器装置，而且都是非信息化物联网结构的避雷器装置。当前我国高铁动车接触网、移动信息化作战通信、森林雷击防火等领域，急需一种雷电防护信息化系统。
因此有必要提供一种无线通信有源避雷器物联网装置，可以实现无线通信远程控制自主放电引雷及雷击数自动监测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无线通信有源避雷器物联网装置，可以实现无线通信远程控制自主放电引雷及雷击数自动监测。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种无线通信有源避雷器物联网装置，包括：磁屏蔽腔电路模块、雷电火花放电模块和接闪针；
所述磁屏蔽腔电路模块包括磁屏蔽不锈钢外罩、内腔绝缘套、电池、内磁屏蔽铁套、磁屏蔽铁底板、内腔电路板、内绝缘套环、大绝缘套环和防水嵌入式天线窗；
所述雷电火花放电模块包括绝缘体、第一火花电极、第二火花电极、触发电压导电垫片、静电不锈钢外罩、绝缘连接体、接地连接体和放电气体泄压小孔；
所述接闪针包括接闪针连接体。
优选地，所述磁屏蔽不锈钢外罩由锥筒形的不锈钢板制成，所述不锈钢板的厚度为0.25毫米～1毫米；
所述内腔绝缘套压制在所述磁屏蔽不锈钢外罩内，所述内腔绝缘套由工程塑料制成，所述工程塑料的厚度为10毫米～15毫米，所述磁屏蔽不锈钢外罩与所述内腔绝缘套的锥形部分对应有4等分均部的光伏电池窗；
所述电池是防水嵌入式的，其密封安装在所述4等分均部的光伏电池窗内；
所述内磁屏蔽铁套与所述磁屏蔽铁底板和所述磁屏蔽不锈钢外罩电气连接，所述内磁屏蔽铁套、所述磁屏蔽铁底板和所述磁屏蔽外罩的内部安装有所述内腔电路板及电路，并形成电磁场隔离；
所述内绝缘套环和所述大绝缘套环用于固定所述内腔电路板；
所述防水嵌入式天线窗在所述磁屏蔽不锈钢外罩筒径部位设置有无线通信的天线窗，所述天线窗内设置有防水的印刷电路板天线。
优选地，所述绝缘体设置在所述第一火花电极和所述第二火花电极的本体，所述绝缘体由工程塑料制成，其本体的一侧设置一长孔，所述长孔安装有相应的绝缘高压导线，所述绝缘高压导线一头连接高压电容C0，另一头连接触发所述电压导电垫片，所述触发电压导电垫片与所述第二火花电极电气连接；
所述静电不锈钢罩内安装有所述绝缘连接体并螺纹连接所述绝缘体一端；
所述接地连接体右端螺纹连接所述第一火花电极，并与所述磁屏蔽铁底板紧密电气连接，所述接地连接体左端螺纹接地；
所述放电气体泄压小孔是所述第一火花电极和所述第二火花电极之间雷电放电时产生的离子态高压气泄压的小孔；
所述接闪针是直径为15毫米～30毫米，长度为0.8米～2.0米的不锈钢棒；
所述接闪针连接体的右端螺纹连接所述接闪针，所述接闪针连接体的右端的左端螺纹连接所述第二火花电极，并与所述静电不锈钢罩电气连接。
优选地，所述内腔绝缘套、绝缘体、绝缘连接体由聚四氟乙烯材料或环氧树脂材料制成；
所述第一火花电极、第二火花电极由钨铜合金材料或钨铜材料焊接体制成；
所述内腔电路板的电路板上焊接有无线通信有源避雷器电路；
所述的防水嵌入式光伏电池用于向无线通信有源避雷器电路提供电能；
所述防水嵌入式天线窗用于作为无线电波传输窗口；
所述触发电压导电垫片通过绝缘高压线与高压电容器C0一端电极相连；
所述接地连接体通过连接体上的螺纹与地线导电体连接；
所述放电气体泄压小孔用于所述第一火花电极、第二火花电极之间在雷击导电产生高压离子气体时进行泄压；
所述接闪针连接体由不锈钢制成，并通过螺纹连接所述第二火花电极和所述接闪针。
优选地，所述内腔电路板包括高电压脉冲产生电路、无线通信微处理控制电路和光伏电源稳压电路。
优选地，所述高压脉冲产生电路包括大于25KV升压电路，其由高压电容C0、电阻R0、高压硅堆二极管D0和高压变压器T1次级组成；
所述高压脉冲产生电路还包括次高压大于250V升压和触发电路，其由高压变压器T1初级、电容C1-C3、电阻R1-R4、二极管D1、可控硅D2、整流器D3和升压变压器T2次级组成；
所述高压脉冲产生电路还包括低压5V通断可控隔离驱动谐振电路，其由升压变压器T2初级、二极管D4、三极管U1-U2、电阻R5-R7、电容C4、场效应管M1-M2和光耦合器OP1-OP2组成。
优选地，所述无线通信微处理控制电路包括微处理器，所述微处理器的接口P2.0、P2.1连接光耦合器OP1-OP2的二极管负端，当微处理器的接口P2.0为高电平、P2.1为低电平时，场效应管M1-M2导通，低压5V供电可控隔离驱动谐振电路开始工作，此时第一火花电极、第二火花电极之间产生25KV高压电放电引雷。
优选地，所述无线通信微处理控制电路包括GSM-R或GPRS无线通信有源避雷器电路图中的导光光纤，其用于将第一火花电极、第二火花电极之间雷击离子火花光通过导光光纤传输到光敏管TA1，触发三极管TA2发射极为高电平，当雷击离子火花结束时,高电平下降触发微处理器INT1端，由微处理器进行计数并存储雷击信息。
优选地，所述高压电容器C0电极并联在所述第一火花电极和所述第二火花电极之间，并通过电阻R0、高压硅堆二极管和变压器T1的高压脉冲输出端串联。
优选地，所述高压电容器C0电极与变压器T1的高压脉冲输出端串联，并与所述第一火花电极和所述第二火花电极并联。
本发明提供的无线通信有源避雷器物联网装置，可以实现无线通信远程控制自主放电引雷及雷击数自动监测。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种无线通信有源避雷器物联网装置的结构图；
图2是本发明实施例中的一种无线通信有源避雷器物联网装置的电路图；
图3是本发明又一实施例中的一种无线通信有源避雷器物联网装置的电路图；
图4是本发明实施例中的一种无线通信有源避雷器物联网装置在动车接触网应用的示意图；
图5是本发明实施例中的一种无线通信有源避雷器物联网装置在移动信息化作战应用的示意图。
具体实施方式
本发明实施例中的无线通信有源避雷器物联网装置，可以实现无线通信远程控制自主放电引雷及雷击数自动监测。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1是本发明实施例中的一种无线通信有源避雷器物联网装置的结构图。如图1所示，本发明提供的一种无线通信有源避雷器物联网装置，包括：磁屏蔽腔电路模块10、雷电火花放电模块20和接闪针30；所述磁屏蔽腔电路模块10包括磁屏蔽外罩10-1、内腔绝缘套10-2、电池10-3、内磁屏蔽套10-4、磁屏蔽底板10-5、内腔电路板10-6、内绝缘套环10-7、大绝缘套环10-8和天线窗10-9；所述雷电火花放电模块20包括绝缘体20-1、第一火花电极20-2、第二火花电极20-3、触发电压导电垫片20-4、静电外罩20-5、绝缘连接体20-6、接地连接体20-7和放电气体泄压小孔20-8；所述接闪针30包括接闪针连接体30-1。
在具体实施中，磁屏蔽外罩10-1采用小于1毫米厚度(优选0.25毫米～1毫米)的不锈钢板制成锥筒形状；内腔绝缘套10-2，采用大于10毫米厚度(优选10毫米～15毫米)的工程塑料压制在磁屏蔽外罩10-1内，并且磁屏蔽外罩10-1与内腔绝缘套10-2锥形部分对应有4等分均部的光伏电池窗；电池10-3是防水嵌入式的，其密封安装在4等分均部的光伏电池窗内；内磁屏蔽铁套10-4与磁屏蔽铁底板10-5和磁屏蔽不锈钢外罩10-1电气连接，其三者的内部安装有内腔电路板10-6及电路，并形成电磁场隔离；内绝缘套环10-7和大绝缘套环10-8是固定内腔电路板支撑物10-6；防水嵌入式天线窗10-9是在磁屏蔽不锈钢外罩10-1筒径部位开有无线通信的天线窗，其天线窗内安装有防水的印刷电路板天线。
在具体实施中，绝缘体20-1采用工程塑料是安装第一火花电极20-2和第二火花电极20-3的本体，其本体的一侧钻有一长孔对应安装有绝缘高压导线，绝缘高压导线一头连接高压电容C0，另一头连接触发电压导电垫片20-4，触发电压导电垫片20-4与第二火花电极20-3电气连接；静电不锈钢罩20-5内安装有绝缘连接体20-6并螺纹连接绝缘体20-1一端；接地连接体20-7右端螺纹连接第一火花电极20-2，并与磁屏蔽铁底板10-5紧密电气连接，接地连接体20-7左端螺纹连接大地导线或导管；放电气体泄压小孔20-8，是第一火花电极20-2和第二火花电极20-3之间雷电放电时产生的离子态高压气泄压的小孔；接闪针30是直径大于15mm(优选15毫米～30毫米)，长度大于0.8米(优选0.8米～2.0米)的不锈钢棒；接闪针连接体30-1的右端螺纹连接接闪针30，左端螺纹连接第二火花电极20-3，并与静电不锈钢罩20-5电气连接。
在具体实施中，图1中所述的内腔绝缘套10-2、绝缘体20-1、绝缘连接体20-6，采用聚四氟乙烯材料或环氧树脂材料；所述的第一火花电极20-2、第二火花电极20-3，采用钨铜合金材料或钨铜材料焊接体；所述的内腔电路板10-6，其电路板上焊接有无线通信有源避雷器电路；所述的防水嵌入式光伏电池10-3是为无线通信有源避雷器电路提供电能；所述的防水嵌入式天线窗10-9，是作为无线电波传输窗口；所述的触发电压导电垫片20-4，是通过绝缘高压线与高压电容器C0一端电极相连；所述的接地连接体20-7是通过连接体上的螺纹与地线导电体连接；所述的放电气体泄压小孔20-8，是第一火花电极20-2、第二火花电极20-3之间在雷击导电产生高压离子气体时进行泄压；所述的接闪针连接体30-1采用不锈钢材料，并通过螺纹连接第二火花电极20-3和接闪针30。
图2是本发明实施例中的一种无线通信有源避雷器物联网装置的电路图。如图2所示，所述的GSM-R或GPRS无线通信有源避雷器电路图，是由高压产生电路10-f1、GSM-R/GPRS无线通信微处理控制电路10-f2、光伏电池稳压电路10-f3组成。
在具体实施中，所述的高压产生电路10-f1，是由高压电容C0、电阻R0、高压硅堆二极管D0、高压变压器T1次级组成大于25KV升压电路，优选25KV～250KV；高压变压器T1初级、电容C1-C3、电阻R1-R4、二极管D1、可控硅D2、整流器D3、升压变压器T2次级组成次高压大于250V升压和触发电路，优选250V～2500V；升压变压器T2初级、二极管D4、三极管U1-U2、电阻R5-R7、电容C4、场效应管M1-M2、光耦合器OP1-OP2组成低压5V通断可控隔离驱动谐振电路。
在具体实施中，所述的GSM-R/GPRS无线通信微处理控制电路10-f2，是由微处理器IA1、存储器IA2、复位器IA3、RS232接口芯片IA4、光耦合器IA5、GSM-R/GPRS无线收发器IA6、天线AN、电阻RA1-RA8、电容CA1-CA9、晶振ZA1、光敏管TA1、三极管TA2组成，其中复位器IA3的2脚连接微处理器IA1的6脚；微处理器IA1的脚11、脚12组成的I2C总线对应连接存储器IA2的脚6、脚1；微处理器IA1的通信串口脚17、脚18对应连接RS232接口芯片IA4的通信串口脚12、脚11；RS232接口芯片IA4的输出通信串口脚14、脚13通过光耦合器IA5与GSM-R/GPRS无线收发器IA6通信串口相连，并通过GSM-R/GPRS无线收发器IA6和天线AN与GSM-R/GPRS通信基站进行无线通信；微处理器IA1的接口P2.0、P2.1连接光耦合器OP1-OP2的二极管负端，当微处理器IA1的接口P2.0为高电平、P2.1为低电平时，场效应管M1-M2导通，低压5V供电可控隔离驱动谐振电路开始工作，此时第一火花电极20-2、第二火花电极20-3之间产生25KV高压电放电引雷；其中GSM-R或GPRS无线通信有源避雷器电路图中的导光光纤，是将第一火花电极20-2、第二火花电极20-3之间雷击离子火花光通过导光光纤传输到光敏管TA1，触发三极管TA2发射极为高电平，当雷击离子火花结束时高电平下降触发微处理器INT1端，由微处理器进行计数并存储雷击信息。
在具体实施中，所述的光伏电池稳压电路10-f3，是由光伏电池、二极管D1-1、二极管D1-2、电阻R1-1、电阻R1-2、稳压器W1、DC\DC转换器W2、稳压器W3、电容C1-1、电容C1-2、电容C1-3、充电电池BTA1、充电电池BTA2组成；其中，稳压器W1采用5V的稳压器芯片，稳压器W3采用3.6V的稳压器芯片，DC\DC转换器W2是隔离型DC\DC转换器，充电电池BTA1采用9V或12V的可充电电池，充电电池BTA2采用3.6V的可充电电池；所述的10-f3光伏电池稳压电路中V+是5V电压，为高压产生电路10-f1与GSM-R/GPRS无线收发器IA6提供电源；所述的GSM-R/GPRS无线收发器IA6，可以是GSM-R高铁移动通信的无线收发器，也可以是GPRS移动通信的无线收发器；所述的10-f3光伏电池稳压电路中VDD是3.2V电压，为GSM-R/GPRS无线通信微处理控制电路提供电源；所述的DC\DC转换器W2，是一种隔离可控的直流\直流转换器，当充电电池BTA2充满时，在电阻R1-1、电阻R1-2中取得分压电压，此时DC\DC转换器W2的KZ端同时有分压电压，控制DC\DC转换器W2停止工作，当充电电池BTA2的端电压降至2.4V时，DC\DC转换器W2开始工作，给电池BTA2充电。
图3是本发明又一实施例中的一种无线通信有源避雷器物联网装置的电路图。如图3所示，所述的RF无线通信有源避雷器电路图，是由高压产生电路10-f1、RF无线通信微处理控制电路10-f2、光伏电池稳压电路10-f3组成；所述的高压产生电路10-f1与图2中的高压产生电路10-f1基本相同，所不同的是高压电容C0串联在高压变压器输出端，在与第一火花电极20-2、第二火花电极20-3并联；所述的RF无线通信微处理控制电路10-f2，是由微处理器IA1、存储器IA2、复位器IA3、RF无线通信芯片IA4、天线AN、电阻RA1-RA8、电容CA1-CA14、电感LA1-LA2、晶振ZA1、晶振ZA2、光敏管TA1、三极管TA2组成。
所示的RF无线通信芯片IA4是一种工作在800MHz-960MHz频段的无线通信芯片，其中RF无线通信芯片IA4脚10、脚11、脚12、脚13为通信接口，并相对应的连接微处理器IA1的脚14、脚13、脚16、脚15通信接口；RF无线通信芯片IA4的脚20、脚21，连接CA6-CA10、电感LA1-LA2和天线AN，形成微处理器IA1控制的800MHz-960MHz频段的无线通信；所述的光伏电池稳压电路10-f3与图2中的光伏电池稳压电路10-f3完全相同。
图4是本发明实施例中的一种无线通信有源避雷器物联网装置在动车接触网应用的示意图。图5是本发明实施例中的一种无线通信有源避雷器物联网装置在移动信息化作战应用的示意图。如图5所示，图中40是良导体接地的升降杆机构，50是车载计算机并通过800MHz-960MHz频段无线通信链路与无线通信有源避雷器通信及控制。
本发明提供的无线通信有源避雷器物联网装置，可以实现无线通信远程控制自主放电引雷及雷击数自动监测。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (2)

1.一种无线通信有源避雷器物联网装置，其特征在于，包括：
磁屏蔽腔电路模块（10）、雷电火花放电模块（20）和接闪针（30）；
所述磁屏蔽腔电路模块（10）包括磁屏蔽不锈钢外罩（10-1）、内腔绝缘套（10-2）、电池（10-3）、内磁屏蔽铁套（10-4）、磁屏蔽铁底板（10-5）、内腔电路板（10-6）、内绝缘套环（10-7）、大绝缘套环（10-8）和防水嵌入式天线窗（10-9）；
所述雷电火花放电模块（20）包括绝缘体（20-1）、第一火花电极（20-2）、第二火花电极（20-3）、触发电压导电垫片（20-4）、静电不锈钢外罩（20-5）、绝缘连接体（20-6）、接地连接体（20-7）和放电气体泄压小孔（20-8）；
所述接闪针（30）包括接闪针连接体（30-1）；
所述磁屏蔽不锈钢外罩（10-1）由锥筒形的不锈钢板制成，所述不锈钢板的厚度为0.25毫米～1毫米；
所述内腔绝缘套（10-2）压制在所述磁屏蔽不锈钢外罩（10-1）内，所述内腔绝缘套（10-2）由工程塑料制成，所述工程塑料的厚度为10毫米～15毫米，所述磁屏蔽不锈钢外罩（10-1）与所述内腔绝缘套（10-2）的锥形部分对应有4等分均部的光伏电池窗；
所述电池（10-3）是防水嵌入式的，其密封安装在所述4等分均部的光伏电池窗内；
所述内磁屏蔽铁套（10-4）与所述磁屏蔽铁底板(10-5)和所述磁屏蔽不锈钢外罩(10-1)电气连接，所述内磁屏蔽铁套（10-4）、所述磁屏蔽铁底板(10-5)和所述磁屏蔽不锈钢外罩的内部安装有所述内腔电路板(10-6)及电路，并形成电磁场隔离；
所述内绝缘套环(10-7)和所述大绝缘套环(10-8)用于固定所述内腔电路板 (10-6)；
所述防水嵌入式天线窗(10-9)在所述磁屏蔽不锈钢外罩(10-1)筒径部位设置有无线通信的天线窗，所述天线窗内设置有防水的印刷电路板天线；
所述绝缘体（20-1）设置在所述第一火花电极（20-2）和所述第二火花电极（20-3）的本体，所述绝缘体（20-1）由工程塑料制成，其本体的一侧设置一长孔，所述长孔安装有相应的绝缘高压导线，所述绝缘高压导线一头连接高压电容器C0，另一头连接触发所述触发电压导电垫片（20-4），所述触发电压导电垫片（20-4）与所述第二火花电极（20-3）电气连接；
所述静电不锈钢外罩（20-5）内安装有所述绝缘连接体（20-6）并螺纹连接所述绝缘体（20-1）一端；
所述接地连接体（20-7）右端螺纹连接所述第一火花电极（20-2），并与所述磁屏蔽铁底板（10-5）紧密电气连接，所述接地连接体（20-7）左端螺纹接地；
所述放电气体泄压小孔（20-8）是所述第一火花电极（20-2）和所述第二火花电极（20-3）之间雷电放电时产生的离子态高压气泄压的小孔；
所述接闪针（30）是直径为15毫米～30毫米，长度为0.8米～2.0米的不锈钢棒；
所述接闪针连接体（30-1）的右端螺纹连接所述接闪针（30），所述接闪针连接体（30-1）的右端的左端螺纹连接所述第二火花电极（20-3），并与所述静电不锈钢外罩（20-5）电气连接。
2.根据权利要求1所述的无线通信有源避雷器物联网装置，其特征在于，
所述内腔绝缘套（10-2）、绝缘体（20-1）、绝缘连接体（20-6）由聚四氟乙烯材料或环氧树脂材料制成；
所述第一火花电极（20-2）、第二火花电极（20-3）由钨铜合金材料或钨铜材料焊接体制成；
所述内腔电路板（10-6）的电路板上焊接有无线通信有源避雷器电路；
所述的电池（10-3）用于向无线通信有源避雷器电路提供电能；
所述防水嵌入式天线窗（10-9）用于作为无线电波传输窗口；
所述触发电压导电垫片（20-4）通过绝缘高压线与高压电容器C0一端电极相连；
所述接地连接体（20-7）通过连接体上的螺纹与地线导电体连接；
所述放电气体泄压小孔（20-8）用于所述第一火花电极（20-2）、第二火花电极（20-3）之间在雷击导电产生高压离子气体时进行泄压；
所述接闪针连接体（30-1）由不锈钢制成，并通过螺纹连接所述第二火花电极（20-3）和所述接闪针（30）。
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