CN206431198U - 一种雷电监测预警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种雷电监测预警装置，属于雷电探测技术领域，解决了现有技术中雷电监测预警装置的结构复杂、功耗高、价格昂贵的问题。该雷电监测预警装置包括：设在监测环境中能够进行尖端放电的导电尖端、用于测量所述导电尖端在尖端放电时产生的电晕电流的电晕电流测量单元、用于根据电晕电流采集电晕电流数据的数据采集单元、用于根据电晕电流数据计算环境电场数据的数据处理单元；其中，所述导电尖端通过所述电晕电流测量单元与地面连接，所述电晕电流测量单元的数据输出端通过所述数据采集单元与所述数据处理单元的数据输入端连接。本实用新型的雷电监测预警装置应用于雷电监测预警技术中。

Description

一种雷电监测预警装置

技术领域

本实用新型属于雷电探测技术领域，具体涉及一种雷电监测预警装置。

背景技术

雷电作为自然界中影响人类活动的严重灾害之一，不仅会造成人员伤亡，也会给航空航天、国防、通讯、电子工业、化工石油、邮电、交通、森林等行业造成严重的经济损失。对雷电进行监测和预警，提前做好雷电防护措施是防御雷电灾害的重要途径之一。

通过测量环境电场能够实现对雷电的监测和预警。现有技术中，通常采用大气平均电场测量仪直接测量环境电场的方式来监测和预警雷电，但是，大气平均电场测量仪的结构复杂、功耗高、价格昂贵，大大制约了雷电监测预警技术的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种雷电监测预警装置，解决现有技术中雷电监测预警装置的结构复杂、功耗高、价格昂贵的问题。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型提供了一种雷电监测预警装置，包括：设在监测环境中能够进行尖端放电的导电尖端、用于测量所述导电尖端在尖端放电时产生的电晕电流的电晕电流测量单元、用于根据电晕电流采集电晕电流数据的数据采集单元、用于根据电晕电流数据计算环境电场数据的数据处理单元；其中，所述导电尖端通过所述电晕电流测量单元与地面连接，所述电晕电流测量单元的数据输出端通过所述数据采集单元与所述数据处理单元数据输入端连接。

与现有技术相比，本实施例提供的雷电监测预警装置利用尖端放电原理，将该雷电监测预警装置布置于需要进行雷电监测预警的测试点后，导电尖端与地面通过电晕电流测量单元电连接，使得金属尖端、电晕电流测量单元、地面以及大气之间形成回路，当该测试点附近环境电场的电压超过导电尖端的电晕放电阈值电压时，导电尖端附近的空气被电离而放电，在导电尖端的内部产生电晕电流，通过电晕电流测量单元测量导电尖端中的电晕电流，数据采集单元采集电晕电流测量单元测得的电晕电流数据，并传送到数据处理单元中，根据电晕电流数据与环境电场数据的关系，由数据处理单元计算得到环境电场数据，当环境电场达到或超过预设报警值时，数据处理单元发出报警信号，从而实现雷电的监测预警。相比于现有技术中直接测量环境电场的大气电场测量仪，本实用新型提供的雷电监测预警装置，只需要通过测量导电尖端内部产生的电晕电流数据就可以间接计算得到环境电场数据，而无需其他特殊的精密仪器来直接测量环境电场数据，具有结构简单、重量轻、稳定性高、功耗低、成本少的特点，不仅在单点观测某一测试点的雷电时能够替代大气平均电场测量仪，在组网观测大范围区域的雷电时，多组雷电监测预警装置组成的组网相比于多个大气平均电场测量仪组成的组网，在结构、重量、功耗和成本方面，具有更加明显优势。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的雷电监测预警装置的结构示意图。

附图标记：

1-导电尖端； 2-电晕电流测量单元；

201-电阻； 202-电压测量仪；

3-数据采集单元； 4-气象数据测量单元；

5-储能供电单元； 501-风力发电机；

502-光伏发电机； 503-储能模块；

5031-蓄电池； 5032-电量测量模块；

504-防爆蓄电池箱； 6-防水电柜；

7-基座。

具体实施方式

为使本实用新型所提出的技术方案的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图，对本实用新型所提出的技术方案的实施例进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是所提出的技术方案的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本实用新型保护的范围。

实施例一

本实施例提供了一种雷电监测预警装置，如图1所示，其包括设在监测环境中能够进行尖端放电的导电尖端1、用于测量导电尖端1在尖端放电时产生的电晕电流的电晕电流测量单元2、用于根据电晕电流采集电晕电流数据的数据采集单元3、用于根据电晕电流数据计算环境电场数据的数据处理单元(图中未示出)，其中，导电尖端1通过电晕电流测量单元2与地面连接，电晕电流测量单元2的数据输出端通过数据采集单元3与数据处理单元的数据输入端连接。

本实施例提供的雷电监测预警装置利用尖端放电原理，将该雷电监测预警装置布置于需要进行雷电监测预警的测试点后，导电尖端1与地面通过电晕电流测量单元2电连接，使得金属尖端1、电晕电流测量单元2、地面以及大气之间形成回路，当该测试点附近环境电场的电压超过导电尖端1的电晕放电阈值电压时，导电尖端1附近的空气被电离而放电，在导电尖端1的内部产生电晕电流，通过电晕电流测量单元2测量导电尖端1中的电晕电流，数据采集单元3采集电晕电流测量单元2测得的电晕电流数据，并传送到数据处理单元中，根据电晕电流数据与环境电场数据的关系，由数据处理单元计算得到环境电场数据，当环境电场达到或超过预设报警值时，数据处理单元发出报警信号，从而实现雷电的监测预警。相比于现有技术中直接测量环境电场的大气电场测量仪，本实施例提供的雷电监测预警装置，只需要通过测量导电尖端1内部产生的电晕电流数据间接计算得到环境电场数据，而无需其他特殊的精密仪器来直接测量环境电场数据，具有结构简单、重量轻、稳定性高、功耗低、成本少的特点，不仅在单点观测某一测试点的雷电时能够替代大气平均电场测量仪，在组网观测大范围区域的雷电时，多组雷电监测预警装置组成的组网相比于多个大气平均电场测量仪组成的组网，在结构、重量、功耗和成本方面，具有更加明显优势。

而为了能够对雷电活动区域中雷电的移动趋势进行监测，本实施例提供的雷电监测预警装置中，数据采集单元3的数量优选为多个，多个数据采集单元3的数据输出端与数据处理单元的数据输入端连接，即组网观测。在雷电监测预警过程中，通过在雷电活动区域中设置多组导电尖端1、电晕电流测量单元2和数据采集单元3，多个数据采集单元3采集的电晕电流数据汇总到一个数据处理单元，数据处理单元通过对这个区域内多个电晕电流数据进行计算和分析，实现对雷电活动区域中雷电的移动趋势的监测。

具体来说，电晕电流测量单元2包括电阻201以及与电阻201并联的电压测量仪202，电阻201的一端与导电尖端1连接，电阻201的另一端与地面连接。当测试点附近环境电场的电压超过导电尖端1的电晕放电阈值电压时，在导电尖端1内部产生电晕电流，电晕电流流经电阻201，通过电压测量仪202测量电阻201两端的电压，在已知电阻201的电阻值的情况下，根据电流等于电压除以电阻值，得到电晕电流。本实施例提供的雷电监测预警装置将导电尖端1、电阻201和地面连接起来，并与大气形成回路，仅需采用电压测量仪202测量电阻201两端的电压，就能够计算得到电晕电流数据，结构简单，测量准确。

通过测量电晕电流得到环境电场来对雷电进行监测预警的同时，雷电产生的环境电场的大小、雷电的移动趋势还会受到气象因素的影响，例如测试点所处的经纬度、高度、温度、大气压、湿度、风速和风向，因此，本实施例提供的雷电监测预警装置还包括气象数据测量单元4，气象数据测试单元4的数据输出端与数据采集单元3的数据输入端连接，气象数据测量单元4包括GPS时间传感器、经纬度传感器、高度传感器、温度传感器、大气压传感器、湿度传感器、风速传感器和风向传感器中的一个或多个，数据处理单元在获取电晕电流数据的基础上，结合气象数据，对雷电产生的环境电场的大小、雷电的移动趋势进行综合判断，能够提高对雷电检测预警的准确性，减少雷电监测预警装置对雷电发生误判的情况。

在测定电晕电流的过程中，为了避免电晕电流受到其他外界电场(例如，电晕电流测量单元2、数据采集单元3和气象数据测量单元4的供电单元中存在的电场)的影响，优选地，电阻201通过同轴屏蔽电缆分别与导电尖端1和地面连接，气象数据测试单元4通过同轴屏蔽电缆与数据采集单元3连接，采用同轴屏蔽电缆能够防止其他外界电场干扰电晕电流，提高电晕电流的测量精度。

本实施例提供的雷电监测预警装置通常还包括储能供电单元5，储能供电单元5分别与电晕电流测量单元2、数据采集单元3、数据处理单元和气象数据测量单元4连接，储能供电单元5用于为电晕电流测量单元2、数据采集单元3、数据处理单元和气象数据测量单元4供电。

具体地，为了节约能源，有效地利用风能和光能，储能供电单元5包括风力发电机501、光伏发电机502和储能模块503，储能模块503的能量输入端通过风光电转换控制器(图中未示出)分别与风力发电机501、光伏发电机502连接，储能模块503的能量输出端分别与电晕电流测量单元2、数据采集单元3、数据处理单元和气象数据测量单元4连接，风力发电机501、光伏发电机502将风能、光能转化为电能，电能通过风光电转换控制器整流稳压后，存储在储能模块503中。当白天光照充足时，可以采用光伏发电机502进行发电以及雷电监测预警装置的供电；当夜晚风能充足时，可以采用风力发电机501进行发电以及雷电监测预警装置的供电，采用光能发电/风力发电互补的供电模式，能够实现雷电监测预警装置的全天候24小时不间断供电。

风力发电机501、光伏发电机502通过三芯全铜电缆与风光电转换控制器连接，风光电转换控制器通过三芯全铜电缆与储能模块503连接但因有护套保护，三芯全铜电缆的外层具有保护套，可以经受轻微物理碰压，不容易破皮，能够保证风力发电机501、光伏发电机502长时间安全稳定地为电晕电流测量单元2、数据采集单元3、数据处理单元和气象数据测量单元4供电。

优选地，风力发电机501为磁悬浮直立轴风力发电机，采用磁悬浮技术理论、将磁悬浮直立轴风力发电机的电机线圈悬浮于一定的空间中，在没有任何机械摩擦阻力的情况下，磁悬浮直立轴风力发电机六面受风，风力驱动电机转动并切割磁力线发出交流电，启动风速低、发电效率高、重量轻，且磁悬浮直立轴风力发电机发电过程中的震动小，对电晕电流测量单元2、数据采集单元3、数据处理单元、气象数据测量单元4的影响小。

对于储能模块503，其包括蓄电池5031以及用于测量蓄电池电量的电量测量模块5032，电量测量模块5032的数据输出端与数据处理单元的数据输入端连接。具体实施时，电量测量模块5032实时监测蓄电池5031的电量，当蓄电池5031的电量低于电量预设值时，电量测量模块5032向数据处理单元发送警告信息，这样能够避免由于供电不足而导致雷电监测预警装置无法对雷电进行监测预警的问题。

考虑到，本实施例提供的雷电监测预警装置长期暴露在外界环境中，且会遭受雷电灾害，而储能模块503中存储有大量的电能，易发生爆炸，数据采集单元3中设有大量的电子元件，易造成损坏，因此，储能模块503可以设于防爆蓄电池箱504中，数据采集单元3可以设于防水电柜6中，防爆蓄电池箱504和防水电柜6通过基座7与地面固接，这样既可以避免储能模块503、数据采集单元3长期暴露在外界环境中，遭受雷电灾害，也可以防水防盗，保证雷电监测预警装置能够长时间安全稳定地运行。

需要说明的是，本实施例提供的雷电监测预警装置中，各单元之间的数据传输均通过ZigBee无线传输模块。具体来说，数据采集单元3、电量测量模块5032分别通过ZigBee无线传输模块与数据处理单元连接，数据采集单元3定时向数据处理单元发送电晕电流数据和气象数据，电量测量模块5032定时向数据处理单元发送蓄电池5031的电量数据。本实施例提供的雷电监测预警装置的通信方式采用ZigBee无线传输模块，在进行组网观测时，多个测试点的雷电监测预警装置之间的连接均通过无线信号传输，无需管线连接，结构简单、功耗低。

具体实施时，ZigBee无线传输模块包括自动搜索模块和自动中继模块，支持自动搜索和自动中继功能，这样，在进行组网观测时，可以很方便地进行雷电监测预警装置个数的扩充，并且即使个别雷电监测预警装置与数据处理单元的距离超过了ZigBee无线传输模块的无线传输距离要求，或由于ZigBee无线传输模块的数据传输线路中的障碍物造成信号屏蔽，使个别雷电监测预警装置无法与数据处理单元进行正常的数据传输，只要中间有其他的雷电监测预警装置可以中继，那么数据处理单元同样可以接收到这些雷电预警装置发送的数据，有利于实现大规模的组网观测。

在此，需要说明的是，本实施例的数据采集单元3、数据处理单元、气象数据测量单元4、电量测量单元5032中所涉及的软件方法均为现有技术常见的方法，本实施例仅需要将各个具有相应功能的模块通过本实施例所给出的连接关系进行连接，即可得到本实施例的技术方案，其中并不涉及任何软件方面的改进。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种雷电监测预警装置，其特征在于，包括：设在监测环境中能够进行尖端放电的导电尖端、用于测量所述导电尖端在尖端放电时产生的电晕电流的电晕电流测量单元、用于根据电晕电流采集电晕电流数据的数据采集单元、用于根据电晕电流数据计算环境电场数据的数据处理单元；

其中，所述导电尖端通过所述电晕电流测量单元与地面连接，所述电晕电流测量单元的数据输出端通过所述数据采集单元与所述数据处理单元的数据输入端连接。

2.根据权利要求1所述的雷电监测预警装置，其特征在于，所述数据采集单元的数量为多个，多个所述数据采集单元的数据输出端与所述数据处理单元的数据输入端连接。

3.根据权利要求1所述的雷电监测预警装置，其特征在于，所述电晕电流测量单元包括电阻以及与所述电阻并联的电压测量仪，所述电阻的一端与所述导电尖端连接，所述电阻的另一端与地面连接。

4.根据权利要求1所述的雷电监测预警装置，其特征在于，所述雷电监测预警装置还包括气象数据测量单元，所述气象数据测试单元的数据输出端与所述数据采集单元的数据输入端连接。

5.根据权利要求4所述的雷电监测预警装置，其特征在于，所述气象数据测量单元包括GPS时间传感器、经纬度传感器、高度传感器、温度传感器、大气压传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器中的一个或多个。

6.根据权利要求4所述的雷电监测预警装置，其特征在于，所述雷电监测预警装置还包括储能供电单元，所述储能供电单元分别与所述电晕电流测量单元、所述数据采集单元、所述数据处理单元和所述气象数据测量单元连接。

7.根据权利要求6所述的雷电监测预警装置，其特征在于，所述储能供电单元包括风力发电机、光伏发电机和储能模块，所述储能模块的能量输入端分别与所述风力发电机和光伏发电机连接，所述储能模块的能量输出端分别与所述电晕电流测量单元、所述数据采集单元、所述数据处理单元和所述气象数据测量单元连接。

8.根据权利要求7所述的雷电监测预警装置，其特征在于，所述储能模块包括：蓄电池以及用于测量所述蓄电池电量的电量测量模块，所述电量测量模块的数据输出端与所述数据处理单元的数据输入端连接。

9.根据权利要求8所述的雷电监测预警装置，其特征在于，所述储能模块设于防爆蓄电池箱中，所述数据采集单元设于防水电柜中；

所述防爆蓄电池箱和所述防水电柜通过基座与地面固接。

10.根据权利要求8所述的雷电监测预警装置，其特征在于，所述数据采集单元、所述电量测量模块分别通过ZigBee无线传输模块与所述数据处理单元连接；

所述ZigBee无线传输模块包括自动搜索模块和自动中继模块。