CN210005598U - 一种高增益的雷电探测装置 - Google Patents
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Abstract
一种高增益的雷电探测装置，包括底座、水平仪、支柱、承接盘、装载盘、外盖、旋转把手、第一磁天线、信号处理放大模块、安装盘、安装片、第二磁天线，所述第一磁天线包括安装座、铁磁棒、牛皮纸、铜线，本实用新型结构简单，通过承接盘和外盖螺纹连接密封，可以对装载盘内的结构起到一个比较好的保护和防水作用，而且本实用新型结构简单，安装和拆卸都十分方便，可以在户外建立多个来增加检测雷电的精确性。
Description
技术领域
本实用新型属于雷电探测设备技术领域，具体涉及一种高增益的雷电探测装置。
背景技术
雷电作为联合国公布的十大自然灾害之一，被称为“电子时代的一大公害”，它是雷暴天气中发生的一种长距离瞬时放电现象。据估计，全世界每秒钟大约有100多次闪电击中地球表面。雷电主要以地闪为主，其放电过程中产生的大峰值电流、强电磁辐射以及热效应会对地面建筑物、电子设备和电力系统、航空航天等方面产生极强的破坏作用。
雷电磁脉冲信号传感器通常基于环形磁天线来进行磁场强度的测量。对自然闪电的磁场测量研究，国外最早采用环形天线后接积分电路的方法来实现，随后又利用宽带磁场测量系统制作了磁定向仪（MDF，Magnetic Direction Finding）,即目前仍广泛使用的地闪定位系统的磁天线。磁力线通过天线绕环时，会在环上感应出电压，天线的谐振频率主要由环路的电感和电容决定的。而磁芯磁性材料的磁导率、长度及粗细，绕制线圈的线型、匝数和绕制方式等是决定磁天线接收特性及性能的主要因素。设计中要保证磁天线的阻抗匹配，才能使得磁天线感应到的电信号在传输过程中最大程度地被保留。但目前国内现有的磁天线往往存在着精度不高，远距离误差较大以及低频失真等缺陷。
发明内容
（一）解决的技术问题
本实用新型的目的在于提供一种超声波钢轨无损探伤装置，为了更好的探测雷电磁信号，准确地对雷电进行定位，减少雷电带来的人身以及经济财产损失，它可以接收一定带宽的雷电磁信号，且探测距离远，精度高，也有利于对闪电微物理过程和雷电成灾机理的认识，以解决上述背景技术中提出的实际问题。
（二）技术方案
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种高增益的雷电探测装置，包括底座、水平仪、支柱、承接盘、装载盘、外盖、旋转把手、第一磁天线、信号处理放大模块、安装盘、安装片、第二磁天线，所述第一磁天线包括安装座、铁磁棒、牛皮纸、铜线，所述水平仪设置于所述底座的上方，所述支柱竖直设置于所述底座的正上方，所述承接盘设置于所述支柱顶端，所述装载盘设置于所述承接盘的上方且与所述承接盘可拆卸连接，所述外盖设置于所述装载盘的正上方，所述旋转把手设置于所述外盖的两侧，所述第一磁天线、所述信号处理放大模块、所述安装片和所述第二磁天线都设置于安装盘的上方且所述与所述安装盘可拆卸连接，所述第一磁天线与所述第二磁天线相互垂直设置，所述安装盘设置于所述装载盘的内并与所述装载盘可拆卸连接，所述安装片设置于所述装载盘的底部外侧，所述铁磁棒的两端与所述安装座连接，所述牛皮纸包裹在所述铁磁棒的外侧，所述牛皮纸的外侧绕有所述铜线。
优选的，所述信号处理放大模块包括差分放大电路、二级放大电路、高通滤波器和跟随器，所述铜线的一端与所述差分放大电路输入端连接。
优选的，所述铁磁棒为锰锌铁氧体。
优选的，所述外盖与所述承接盘螺纹连接。
优选的，所述承接盘内侧设有与所述安装片配合使用的安装槽。
（三）有益效果
本实用新型提供一种高增益的雷电探测装置，本实用新型结构简单，通过承接盘和外盖螺纹连接密封，可以对装载盘内的结构起到一个比较好的保护和防水作用，而且本实用新型结构简单，安装和拆卸都十分方便，可以在户外建立多个来增加检测雷电的精确性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型装载盘内部结构俯视图；
图3为本实用新型第一磁天线结构示意图；
图4为本实用新型信号处理放大模块内部电路结构示意图；
图5为本实用新型磁天线频响曲线图；
图6为本实用新型探测雷电演示图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-底座、2-水平仪、3-支柱、4-承接盘、5-装载盘、6-外盖、7-旋转把手、8-第一磁天线、9-信号处理放大模块、10-安装盘、11-安装片、12-第二磁天线，801-安装座、802-铁磁棒、803-牛皮纸、804-铜线。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-6，本实用新型提供一种技术方案：一种高增益的雷电探测装置，包括底座1、水平仪2、支柱3、承接盘4、装载盘5、外盖6、旋转把手7、第一磁天线8、信号处理放大模块9、安装盘10、安装片11、第二磁天线12，第一磁天线8包括安装座801、铁磁棒802、牛皮纸803、铜线804，水平仪2设置于底座1的上方，支柱3竖直设置于底座1的正上方，承接盘4设置于支柱3顶端，装载盘5设置于承接盘4的上方且与承接盘4可拆卸连接，外盖6设置于装载盘5的正上方，旋转把手7设置于外盖6的两侧，第一磁天线8、信号处理放大模块9、安装片11和第二磁天线12都设置于安装盘10的上方且与安装盘10可拆卸连接，第一磁天线8与第二磁天线12相互垂直设置，安装盘10设置于装载盘5的内并与装载盘5可拆卸连接，安装片11设置于装载盘5的底部外侧，铁磁棒802的两端与安装座801连接，牛皮纸803包裹在铁磁棒802的外侧，牛皮纸803的外侧绕有铜线804；信号处理放大模块9包括差分放大电路、二级放大电路、高通滤波器和跟随器，铜线804的一端与差分放大电路输入端连接；铁磁棒802为锰锌铁氧体；外盖6与承接盘4螺纹连接；承接盘4内侧设有与安装片11配合使用的安装槽。
根据法拉第电磁感应定律，磁场线通过闭合天线时，会在环上感应出电压。由于空心线圈对空间电磁场变化的敏感度非常低，其产生的感应电压通常也非常小，难以进行有效地对信号进行检测和分析。因此，对于空心线圈，如果想要对磁场变化的敏感度高，就必须将线圈做得足够大来获得足够大的磁通量，但这给雷电磁脉冲传感器的设计和实际应用带来了很大的限制，为了克服空心线圈低敏感度和小型化的问题，本实用新型在空心线圈中插入一根铁磁材料，这种铁磁材料通常有很高的导磁率，可以大幅度增加通过线圈的磁通量，从而大大提高线圈对磁场变化的感应敏感度，即提高了信号增益，磁感应线圈的小型化问题也迎刃而解。
另外磁天线最基本的部分就是绕在磁芯上的环形天线，当磁场线通过环形天线时，必然会在环上产生感应电动势。磁天线将接收到的信号传输到处理电路上，信号被处理后最终会传输到采集系统中进行进一步的处理和分析；本发明采用的环形天线是细铜线单层绕制，且其线径与磁芯大小匹配，能更好地接收磁信号。
磁天线信号处理电路的设计主要分为四个部分，分别依次为差分放大电路、二级放大电路、高通滤波器和跟随器，其中磁天线上的铜线与IC1所在的差分放大部分的输入端连接，两个输入电压各自通过电阻分别加在集成运放的反相输入端和同相输入端。另外，从输出电阻通过反馈电阻接回到反相输入端。为了保证运放的两个输入端对地的电阻平衡，同时为了避免降低共模抑制比，通常要求反馈电阻与接地电阻值都较小。IC2为二级放大部分，前后两级采用直接耦合的方式，这样既能放大交流信号，又能放大缓慢变化信号，更重要的是直接耦合方式便于实现集成化。由于二级放大电路的总增益等于两部分电路增益的乘积，所以要分配好两级的增益，不能出现一部分过大或过小的情况。前级电路要选用小功率低噪声管，静态工作点尽量调小，便于提高噪声特性。一般来说，前面的噪声就决定了整个二级放大电路的噪声。高通滤波器主要利用集成运放和RC电路结合，形成电压放大倍数高和带负载能力强的有源高通滤波器，用于控制输入电磁波信号的频带。IC3为电压跟随器，主要起到缓冲和提高带负载能力。因为前级要跟随的电压放大器的输出电阻较高，如果后级的输入电阻比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中，而电压跟随器正好具备输入电阻高、输出电阻低的特点，这个时候就需要电压跟随器进行缓冲，起到承上启下的作用。经过这四个部分后，经天线采集到的磁信号就转化成了电压信号，从而被准确地记录下来；采用磁定向法处理数据。
采用磁定向法确定雷电位置。即使用一对南北方向和东西方向垂直放置的正交环磁场天线测定闪电发生的方位角，因为在两个磁天线上产生的电压与两个天线内的磁通量变化是成正比的，两个磁天线垂直放置相当于将磁场强度正交分解，比较两个磁天线的铜线上感应信号的幅度和极性即可求出磁场的大致水平传播方向，单站可提供雷电方位信息，强度信号可计算出雷电距离磁天线的大致距离，两个或两个以上探测子站测量的方位角进行交汇，可确定闪电击地点。
本实用新型结构简单，通过承接盘和外盖螺纹连接密封，可以对装载盘内的结构起到一个比较好的保护和防水作用，而且本实用新型结构简单，安装和拆卸都十分方便，可以在户外建立多个来增加检测雷电的精确性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (5)
1.一种高增益的雷电探测装置，其特征在于：包括底座（1）、水平仪（2）、支柱（3）、承接盘（4）、装载盘（5）、外盖（6）、旋转把手（7）、第一磁天线（8）、信号处理放大模块（9）、安装盘（10）、安装片（11）、第二磁天线（12），所述第一磁天线（8）包括安装座（801）、铁磁棒（802）、牛皮纸（803）、铜线（804），所述水平仪（2）设置于所述底座（1）的上方，所述支柱（3）竖直设置于所述底座（1）的正上方，所述承接盘（4）设置于所述支柱（3）顶端，所述装载盘（5）设置于所述承接盘（4）的上方且与所述承接盘（4）可拆卸连接，所述外盖（6）设置于所述装载盘（5）的正上方，所述旋转把手（7）设置于所述外盖（6）的两侧，所述第一磁天线（8）、所述信号处理放大模块（9）、所述安装片（11）和所述第二磁天线（12）都设置于安装盘（10）的上方且所述与所述安装盘（10）可拆卸连接，所述第一磁天线（8）与所述第二磁天线（12）相互垂直设置，所述安装盘（10）设置于所述装载盘（5）的内并与所述装载盘（5）可拆卸连接，所述安装片（11）设置于所述装载盘（5）的底部外侧，所述铁磁棒（802）的两端与所述安装座（801）连接，所述牛皮纸（803）包裹在所述铁磁棒（802）的外侧，所述牛皮纸（803）的外侧绕有所述铜线（804）。
2.根据权利要求1所述的一种高增益的雷电探测装置，其特征在于：所述信号处理放大模块（9）包括差分放大电路、二级放大电路、高通滤波器和跟随器，所述铜线（804）的一端与所述差分放大电路输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种高增益的雷电探测装置，其特征在于：所述铁磁棒（802）为锰锌铁氧体。
4.根据权利要求1所述的一种高增益的雷电探测装置，其特征在于：所述外盖（6）与所述承接盘（4）螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的一种高增益的雷电探测装置，其特征在于：所述承接盘（4）内侧设有与所述安装片（11）配合使用的安装槽。
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Assignee: Nanjing Huagao Ecological Environment Remote Sensing Technology Research Institute Co.,Ltd. Assignor: Nanjing University of Information Science and Technology Contract record no.: X2022980021474 Denomination of utility model: A high gain lightning detection device Granted publication date: 20200131 License type: Common License Record date: 20221111 |
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