CN202794323U - 一种雷电监测系统及雷电监测终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于雷电监测技术领域，提供了一种雷电监测系统及雷电监测终端。其中的雷电监测终端包括：获取相应监测点的雷电流能量模拟信号的雷击电流检测电路；连接雷击电流检测电路，将雷击电流检测电路获取到的雷电流能量模拟信号进行模/数转换处理的微处理器；连接雷击电流检测电路和所述微处理器的供电单元。本实用新型提供的雷电监测终端由于增加了可检测雷电流能量的雷击电流检测电路，相对于现有的雷电监测终端，可真实的反映监测点雷电流对相应电子设备的威胁，优化了监测效果。

Description

一种雷电监测系统及雷电监测终端

技术领域

本实用新型属于雷电监测技术领域，尤其涉及一种雷电监测系统及雷电监测终端。

背景技术

雷电监测一种利用闪电辐射的声、光、电磁场等特性来遥测闪电放电参数的技术。

现有技术提供的雷电监测系统包括分布在各监测点的雷电监测终端、以及一雷电监测中心。雷电监测终端利用电流传感器采集雷电流并对采集的雷电流进行波形滤波，之后转换成数字信号后，发送到雷电监测中心。典型的雷电监测终端主要有：雷击计数器、雷电幅值记录仪、雷电波形记录仪等。

然而在现有技术中，雷电监测终端是将电流传感器采集到的雷电流作为反映雷击状况的雷电监测数据，该雷电监测数据只能反映雷电流波形的幅值大小，而直接影响电气设备运行安全性的雷电流能量不但与雷电流波形的幅值相关，还与雷电流作用时间相关，即便是幅值很小的雷电流持续作用时间很长，仍可对电气设备造成损坏，但该雷电监测数据却无法反映雷电流能量的大小，因而无法真实的反映监测点雷电流对相应电气设备的威胁，监测效果不理想。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种雷电监测终端，旨在解决现有的雷电监测终端只能监测雷电流波形的幅值大小，无法监测雷电流能量大小，因而无法真实的反映监测点雷电流对相应电气设备的威胁，监测效果不理想的问题。

本实用新型是这样实现的，一种雷电监测终端，所述雷电监测终端包括：

获取相应监测点的雷电流能量模拟信号的雷击电流检测电路；

连接所述雷击电流检测电路，将所述雷击电流检测电路获取到的所述雷电流能量模拟信号进行模/数转换处理的微处理器；

连接所述雷击电流检测电路和所述微处理器的供电单元。

进一步地，所述雷电监测终端还可以包括：连接所述微处理器，将所述微处理经器处理得到的雷电流能量数字信号发送给雷电监测中心的第一通信单元，所述第一通信单元由通信网络连接所述雷电监测中心；所述雷击电流检测电路可以包括：

采集相应监测点的雷电流的电流传感器；

连接所述电流传感器，对所述电流传感器采集到的所述雷电流进行整流后输出的整流电路；

连接所述整流电路，对所述整流电路输出的所述雷电流的能量进行存储、并根据所述微处理器的控制泄放存储的能量的雷电流储能电路；

连接所述雷电流储能电路和所述微处理器，采集所述雷电流储能电路的端电压并将所述端电压输出给所述微处理器的采样电路；

连接所述采样电路，当所述采样电路采集的所述端电压达到预设值时向所述微处理器发出唤醒信号的唤醒电路。

其中，所述雷电流储能电路可以包括：电容C1、电阻R3、电阻R4、NPN型三极管Q1；

所述电容C1并联在所述整流电路的输出端与地之间；所述NPN型三极管Q1的基极通过所述电阻R4连接所述微处理器，所述NPN型三极管Q1的发射极接地，所述NPN型三极管Q1的集电极通过所述电阻R3连接所述整流电路的输出端和所述采样电路。

其中，所述采样电路可以包括：电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、瞬态抑制二极管TVS2、稳压管D5；

所述电阻R5、所述电阻R6、所述电阻R7、所述电阻R8和所述电阻R9顺次串联在所述雷电流储能电路的输出端与地之间；所述电阻R7与所述电阻R8连接的一端通过所述瞬态抑制二极管TVS2接地；所述稳压管D5并联在所述电阻R9两端；所述电阻R8与所述电阻R9连接的一端作为所述采样电路的输出端连接所述唤醒电路和所述微处理器。

其中，所述唤醒电路可以包括：电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、比较器U1；

所述比较器U1的比较信号输入引脚通过所述电阻R10连接所述采样电路的输出端，所述比较器U1的参考信号输入引脚通过所述电阻R11接地；所述电阻R13、所述电阻R12和所述电阻R11顺次串联在一直流电和地之间；所述比较器U1的输出端连接所述微处理器。

上述雷电监测终端中，所述第一通信单元可以是CAN模块，所述微处理器可以是单片机。

本实用新型的另一目的在于，还提供了一种雷电监测系统，包括雷电监测终端和雷电监测中心，所述雷电监测终端包括：

获取相应监测点的雷电流能量模拟信号的雷击电流检测电路；

连接所述雷击电流检测电路，将所述雷击电流检测电路获取到的所述雷电流能量模拟信号进行模/数转换处理的微处理器；

连接所述雷击电流检测电路和所述微处理器的供电单元。

进一步地，所述雷电监测终端还可以包括：连接所述微处理器，将所述微处理经器处理得到的雷电流能量数字信号发送给雷电监测中心的第一通信单元，所述第一通信单元由通信网络连接所述雷电监测中心；所述雷击电流检测电路可以包括：

采集相应监测点的雷电流的电流传感器；

连接所述电流传感器，对所述电流传感器采集到的所述雷电流进行整流后输出的整流电路；

连接所述整流电路，对所述整流电路输出的所述雷电流的能量进行存储、并根据所述微处理器的控制泄放存储的能量的雷电流储能电路；

连接所述雷电流储能电路和所述微处理器，采集所述雷电流储能电路的端电压并将所述端电压输出给所述微处理器的采样电路；

连接所述采样电路，当所述采样电路采集的所述端电压达到预设值时向所述微处理器发出唤醒信号的唤醒电路。

其中，所述雷电流储能电路可以包括：电容C1、电阻R3、电阻R4、NPN型三极管Q1；

所述电容C1并联在所述整流电路的输出端与地之间；所述NPN型三极管Q1的基极通过所述电阻R4连接所述微处理器，所述NPN型三极管Q1的发射极接地，所述NPN型三极管Q1的集电极通过所述电阻R3连接所述整流电路的输出端和所述采样电路。

其中，所述第一通信单元可以是CAN模块，所述微处理器可以是单片机；所述采样电路可以包括：电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、瞬态抑制二极管TVS2、稳压管D5；所述电阻R5、所述电阻R6、所述电阻R7、所述电阻R8和所述电阻R9顺次串联在所述雷电流储能电路的输出端与地之间；所述电阻R7与所述电阻R8连接的一端通过所述瞬态抑制二极管TVS2接地；所述稳压管D5并联在所述电阻R9两端；所述电阻R8与所述电阻R9连接的一端作为所述采样电路的输出端连接所述唤醒电路和所述微处理器；

所述唤醒电路可以包括：电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、比较器U1；所述比较器U1的比较信号输入引脚通过所述电阻R10连接所述采样电路的输出端，所述比较器U1的参考信号输入引脚通过所述电阻R11接地；所述电阻R13、所述电阻R12和所述电阻R11顺次串联在一直流电和地之间；所述比较器U1的输出端连接所述微处理器。

本实用新型提供的雷电监测终端由于增加了可检测雷电流能量的雷击电流检测电路，相对于现有的雷电监测终端，可真实的反映监测点雷电流对相应电子设备的威胁，优化了监测效果。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的雷电监测终端的原理图；

图2是图1中雷击电流检测电路的电路原理图；

图3是图2的电路图；

图4是图2中，电流传感器与相应电子设备的一种连接电路图；

图5是图1中第一通信单元与微处理器的连接电路图；

图6是本实用新型实施例提供的雷电监测系统的一种结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

针对现有雷电监测终端存在的问题，本实用新型实施例提供的雷电监测终端增加一连接微处理器12，检测雷电流能量的雷击电流检测电路11。

图1是本实用新型实施例提供的雷电监测终端的原理，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。

本实用新型实施例提供的雷电监测终端设置在相应监测点，包括：获取相应监测点的雷电流能量模拟信号的雷击电流检测电路11；连接雷击电流检测电路11，将雷击电流检测电路11获取到的雷电流能量模拟信号进行模/数转换处理的微处理器12；连接雷击电流检测电路11、微处理器12，向雷击电流检测电路11、微处理器12供电的供电单元14。

本实用新型实施例提供的雷电监测终端由于增加了可检测雷电流能量的雷击电流检测电路11，相对于现有的雷电监测终端，可真实的反映监测点雷电流对相应电子设备的威胁，优化了监测效果。

为了实现雷电监测终端与雷电监测中心的通信，本实用新型实施例提供的雷电监测终端还可以包括：连接微处理器12，将微处理器12处理得到的雷电流能量数字信号发送给雷电监测中心的第一通信单元13，第一通信单元13经由通信网络连接雷电监测中心。进一步地，在微处理器12在通过第一通信单元13发送雷电流能量数字信号前，还可以对该雷电流能量数字信号进行软件修正，以得到更准确的测试值，当然，该软件修正的过程也可以由雷电监测中心实现。

由于现有的雷电监测终端在工作时，一直处于正常的工作模式，而雷电发生几率有很强的地域性和季节性，长时间大范围的使用功耗较大的雷电监测终端会造成电能的极大浪费。针对此问题，本实用新型实施例中，微处理器12可以带有待机模式，雷击电流检测电路11还用于在获取相应监测点的雷电流能量模拟信号的同时，向微处理器12发出唤醒信号，微处理器12在待机模式下，根据该唤醒信号进入正常工作模式，开始接收雷击电流检测电路11发送的雷电流能量模拟信号，并当接收完毕后，重新进入待机模式，从而在准确监测雷电流能量的同时，还极大的降低了系统的功耗，尤其适合应用在雷电发生概率较低而监测点较多的地区。

另外，由于现有的雷电监测终端一般是采用GPS通信模块或其它无线通信模块实现与雷电监测中心的信息交互，而GPS通信模块的成本较高，同时无线通信网络容易受到干扰，且GPS通信模块和其它无线通信模块在收发数据时的功率较大，需整个雷电监测系统中各监测点的雷电监测终端均带电实时工作。针对此问题，本实用新型实施例中，第一通信单元13优选是控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）模块，CAN模块基于CAN总线通信协议实现与雷电监测中心的连接，利用CAN总线实现数据的高速传输；同时，CAN总线电磁辐射低，各CAN模块中的差动信号收发器具有较宽的共模范围，可抗电磁干扰，因此CAN总线可实现数据的稳定传输，而不容易受到外部的干扰。为了降低雷电监测终端的功耗，各监测点的CAN模块可以是具有远程唤醒功能的CAN模块，则在雷电监测系统无数据传输时，各监测点的CAN模块均处于能耗极低的待机模式，在该待机模式下，每一监测点CAN模块的功耗一般在10μA以下，而当任一监测点需要传输数据时，均可唤醒对应的接收点的CAN模块，使得对应接收点的CAN模块的功耗在10mA以上，从而降低了雷电监测系统的整体功耗。

为了方便监测点的现场人员及时了解雷击情况，本实用新型实施例中，雷电监测终端还可以包括：连接微处理器12的显示器15。

为了拓展雷电监测终端的存储能力，本实用新型实施例中，雷电监测终端还可以包括：连接微处理器12的存储器16。

为了方便监测点的现场人员对微处理器12的设置和/或编程，本实用新型实施例中，雷电监测终端还可以包括：连接微处理器12的人机交互单元18，人机交互单元18可以是物理键盘、触摸屏等。

为了提高雷电监测终端的拓展能力，本实用新型实施例中，雷电监测终端还可以包括：连接微处理器12的第二通信单元17，用于实现本地通信功能，例如，第二通信单元17可以是USB接口电路等。

图2示出了图1中雷击电流检测电路11的电路原理。

本实用新型实施例中，雷击电流检测电路11可以包括：采集相应监测点的雷电流的电流传感器111；连接电流传感器111，对电流传感器111采集到的雷电流进行整流后输出的整流电路112；连接整流电路112，对整流电路112输出的雷电流的能量进行存储、并根据微处理器12的控制泄放存储的能量的雷电流储能电路113；连接雷电流储能电路113和微处理器12，采集雷电流储能电路113的端电压并将该端电压输出给微处理器12的采样电路114；连接采样电路114，当采样电路114采集的端电压达到预设值时向微处理器12发出唤醒信号的唤醒电路115。

图3示出了图2的电路。

具体地，整流电路112可以包括：瞬态抑制二极管TVS1、电阻R1、电阻R2以及由二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4构成的整流桥。其中，瞬态抑制二极管TVS1并联在电流传感器111的两输出端之间；电阻R1与电阻R2并联后，串联在电流传感器111的一输出端与整流桥的一输入端之间；整流桥的另一输入端连接电流传感器111的另一输出端，整流桥的负输出端接地，整流桥的正输出端作为整流电路112的输出端连接雷电流储能电路113。

具体地，雷电流储能电路113可以包括：电容C1、电阻R3、电阻R4、NPN型三极管Q1。其中，电容C1并联在整流电路112的输出端与地之间；NPN型三极管Q1的基极通过电阻R4连接微处理器12，NPN型三极管Q1的发射极接地，NPN型三极管Q1的集电极通过电阻R3连接整流电路112的输出端和采样电路114。

具体地，采样电路114可以包括：电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、瞬态抑制二极管TVS2、稳压管D5。其中，电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8和电阻R9顺次串联在雷电流储能电路113的输出端与地之间；电阻R7与电阻R8连接的一端通过瞬态抑制二极管TVS2接地；稳压管D5并联在电阻R9两端；电阻R8与电阻R9连接的一端作为采样电路114的输出端连接唤醒电路115和微处理器12。

具体地，唤醒电路115可以包括：电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、比较器U1。其中，比较器U1的比较信号输入引脚通过电阻R10连接采样电路114的输出端，比较器U1的参考信号输入引脚通过电阻R11接地；电阻R13、电阻R12和电阻R11顺次串联在+3.3V直流电和地之间；比较器U1的输出端连接微处理器12。

如上图3所示的电路在工作时，电流传感器111对监测点的雷电流进行采样，整流桥对采样得到的雷电流进行整流，经整流后的雷电流对电容C1充电。公知地，电容C1基板的电荷量Q与充电电流i和充电时间t满足：

即是说，电荷量Q的大小同时取决于雷电流的大小以及雷电流的作用时间，因此，电容C1的端电压即可反映雷电流能量的大小。采样电路114利用起分压作用的电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8和电阻R9对电容C1的端电压进行采样。当采样电路14得到的采样值达到参考电压时，比较器U1输出由0跳变到1，从而唤醒微处理器12开始进入正常工作模式。微处理器12在正常工作模式下，接收采样电路114采样得到的电压值，并对电压值进行模/数转换、分析计算、执行通信等功能，之后重新进入待机模式，以节省电能。同时，在本次采样结束后，微处理器12还向电阻R4与其连接的一端输出高电平信号，以使得NPN型三极管Q1导通，电容C1两端的电荷通过电阻R3和NPN型三极管Q1组成的泄放通路泄放入地。

本实用新型实施例中，电流传感器111可以设置在电子设备的防雷保护电路的接地线上。如图4所示，其中的防雷保护电路可以包括压敏电阻RV1、压敏电阻RV2、压敏电阻RV3和放电管G1。压敏电阻RV1的一端连接A相输电线，压敏电阻RV2的一端连接B相输电线、压敏电阻RV3的一端连接C相输电线，压敏电阻RV1的另一端、压敏电阻RV2的另一端、压敏电阻RV3的另一端共同连接到零线N上；放电管G1连接在零线N和地之间。此时，电流传感器111的中心孔套在放电管G1与地之间的连接线上，用以感应放电管G1与地之间的连接线上流过的电流。

本实用新型实施例中，当第一通信单元13是CAN模块，微处理器12是单片机时，图5示出了此时第一通信单元13与微处理器12的一种连接电路。其中芯片U2为单片机芯片，芯片U3、电阻R14、电阻R15、电容C2构成了CAN模块。

本实用新型实施例还提供了一种雷电监测系统，包括设置在监测点的雷电监测终端，以及雷电监测中心，该雷电监测终端是如上所述的雷电监测终端。当雷电监测终端与雷电监测中心通过CAN总线连接时，如图6示出了此时雷电监测系统的一种结构。

本实用新型实施例提供的雷电监测终端由于增加了可检测雷电流能量的雷击电流检测电路11，相对于现有的雷电监测终端，可真实的反映监测点雷电流对相应电子设备的威胁，优化了监测效果。再有，第一通信单元13可以选用CAN模块，利用CAN总线实现数据的高速传输，且CAN总线抗电磁干扰能力强，使得数据传输稳定；进一步地，CAN模块可以是具有远程唤醒功能的CAN模块，可以降低系统的功耗。另外，微处理器12可以带有待机模式，则在微处理器12在待机模式下，可根据唤醒信号进入正常工作模式，而在雷电流能量模拟信号接收完毕后，重新进入待机模式，从而在准确监测雷电流能量的同时，还极大的降低了系统的功耗，尤其适合应用在雷电发生概率较低而监测点较多的地区。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种雷电监测终端，其特征在于，所述雷电监测终端包括：

获取相应监测点的雷电流能量模拟信号的雷击电流检测电路；

连接所述雷击电流检测电路，将所述雷击电流检测电路获取到的所述雷电流能量模拟信号进行模/数转换处理的微处理器；

连接所述雷击电流检测电路和所述微处理器的供电单元。

2.如权利要求1所述的雷电监测终端，其特征在于，所述雷电监测终端还包括：连接所述微处理器，将所述微处理经器处理得到的雷电流能量数字信号发送给雷电监测中心的第一通信单元，所述第一通信单元由通信网络连接所述雷电监测中心；所述雷击电流检测电路包括：

采集相应监测点的雷电流的电流传感器；

连接所述电流传感器，对所述电流传感器采集到的所述雷电流进行整流后输出的整流电路；

连接所述整流电路，对所述整流电路输出的所述雷电流的能量进行存储、并根据所述微处理器的控制泄放存储的能量的雷电流储能电路；

连接所述雷电流储能电路和所述微处理器，采集所述雷电流储能电路的端电压并将所述端电压输出给所述微处理器的采样电路；

连接所述采样电路，当所述采样电路采集的所述端电压达到预设值时向所述微处理器发出唤醒信号的唤醒电路。

3.如权利要求2所述的雷电监测终端，其特征在于，所述雷电流储能电路包括：电容C1、电阻R3、电阻R4、NPN型三极管Q1；

所述电容C1并联在所述整流电路的输出端与地之间；所述NPN型三极管Q1的基极通过所述电阻R4连接所述微处理器，所述NPN型三极管Q1的发射极接地，所述NPN型三极管Q1的集电极通过所述电阻R3连接所述整流电路的输出端和所述采样电路。

4.如权利要求2所述的雷电监测终端，其特征在于，所述采样电路包括：电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、瞬态抑制二极管TVS2、稳压管D5；

所述电阻R5、所述电阻R6、所述电阻R7、所述电阻R8和所述电阻R9顺次串联在所述雷电流储能电路的输出端与地之间；所述电阻R7与所述电阻R8连接的一端通过所述瞬态抑制二极管TVS2接地；所述稳压管D5并联在所述电阻R9两端；所述电阻R8与所述电阻R9连接的一端作为所述采样电路的输出端连接所述唤醒电路和所述微处理器。

5.如权利要求2所述的雷电监测终端，其特征在于，所述唤醒电路包括：电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、比较器U1；

所述比较器U1的比较信号输入引脚通过所述电阻R10连接所述采样电路的输出端，所述比较器U1的参考信号输入引脚通过所述电阻R11接地；所述电阻R13、所述电阻R12和所述电阻R11顺次串联在一直流电和地之间；所述比较器U1的输出端连接所述微处理器。

6.如权利要求2至5任一项所述的雷电监测终端，其特征在于，所述第一通信单元是CAN模块，所述微处理器是单片机。

7.一种雷电监测系统，包括雷电监测终端和雷电监测中心，其特征在于，所述雷电监测终端包括：

获取相应监测点的雷电流能量模拟信号的雷击电流检测电路；

连接所述雷击电流检测电路，将所述雷击电流检测电路获取到的所述雷电流能量模拟信号进行模/数转换处理的微处理器；

连接所述雷击电流检测电路和所述微处理器的供电单元。

8.如权利要求7所述的雷电监测系统，其特征在于，所述雷电监测终端还包括：连接所述微处理器，将所述微处理经器处理得到的雷电流能量数字信号发送给雷电监测中心的第一通信单元，所述第一通信单元由通信网络连接所述雷电监测中心；所述雷击电流检测电路包括：

采集相应监测点的雷电流的电流传感器；

连接所述电流传感器，对所述电流传感器采集到的所述雷电流进行整流后输出的整流电路；

连接所述整流电路，对所述整流电路输出的所述雷电流的能量进行存储、并根据所述微处理器的控制泄放存储的能量的雷电流储能电路；

连接所述雷电流储能电路和所述微处理器，采集所述雷电流储能电路的端电压并将所述端电压输出给所述微处理器的采样电路；

连接所述采样电路，当所述采样电路采集的所述端电压达到预设值时向所述微处理器发出唤醒信号的唤醒电路。

9.如权利要求8所述的雷电监测系统，其特征在于，所述雷电流储能电路包括：电容C1、电阻R3、电阻R4、NPN型三极管Q1；

所述电容C1并联在所述整流电路的输出端与地之间；所述NPN型三极管Q1的基极通过所述电阻R4连接所述微处理器，所述NPN型三极管Q1的发射极接地，所述NPN型三极管Q1的集电极通过所述电阻R3连接所述整流电路的输出端和所述采样电路。

10.如权利要求8所述的雷电监测系统，其特征在于，所述第一通信单元是CAN模块，所述微处理器是单片机；所述采样电路包括：电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、瞬态抑制二极管TVS2、稳压管D5；所述电阻R5、所述电阻R6、所述电阻R7、所述电阻R8和所述电阻R9顺次串联在所述雷电流储能电路的输出端与地之间；所述电阻R7与所述电阻R8连接的一端通过所述瞬态抑制二极管TVS2接地；所述稳压管D5并联在所述电阻R9两端；所述电阻R8与所述电阻R9连接的一端作为所述采样电路的输出端连接所述唤醒电路和所述微处理器；

所述唤醒电路包括：电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、比较器U1；所述比较器U1的比较信号输入引脚通过所述电阻R10连接所述采样电路的输出端，所述比较器U1的参考信号输入引脚通过所述电阻R11接地；所述电阻R13、所述电阻R12和所述电阻R11顺次串联在一直流电和地之间；所述比较器U1的输出端连接所述微处理器。

Images