CN214041539U - 一种智能雷电录波仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种智能雷电录波仪，包括主机外壳，所述主机外壳的内部设有主机电路板，所述主机电路板上装有微处理器模块、模数转换电路一、积分器电路、雷电流接收器与接收器接口，所述微处理器模块与模数转换电路一电性连接，所述模数转换电路一与积分器电路电性连接，所述积分器电路与雷电流接收器电性连接，所述雷电流传感器与接收器接口电性连接，所述接收器接口设置在雷电流接收器上；主机基于罗氏线圈构成的雷电流传感器，设计有源积分电路，有源积分罗氏线圈采用高性能运算放大器组成模拟积分器，工作在低频时，由于线圈输出的信号很微弱，无源积分器无法采集到如此微弱的信号，而有源积分器运放阻抗近似无穷大，适用于低频信号采集。
Description
技术领域
本实用新型属于雷电防护检测技术领域，具体涉及一种智能雷电录波仪。
背景技术
当雷电流经过安装有波形记录仪的泄放通道时，罗氏线圈会通过积分电路将电流信号转换成电压信号传送至内部电路，此时内部电路会生成一个触发信号唤醒中央处理单元(微处理器模块)，此时中央处理单元便会由A/D转换模块(模数转换模块)读取最新一次变为数字信号的波形信息,该信息暂存DMA寄存器中后通过对外通信模块发送信息，而现有的录波仪的电路均为积分电路，积分电路分为有源积分电路和无源积分电路，无源积分罗氏线圈采用RC无源积分，电路结构简单，不能同时获得较高的灵敏度和较低的下限，在灵敏度一定的条件下，无法将积分下限频率做得很低，只有当积分时间常数RC>>T(信号周期)时才能获得近似的积分效果，输出精度较差，且在此时输出幅度较小，对提高信噪比不利，且无源积分柔性罗氏线圈测量带宽不够，不能有效地传输暂态电流的信号，低频段时波形易发生畸变。
现有的录波仪还存在采样频率过低、波形还原不完整的问题由于雷电流波头的冲击时间极短、速度极快，跟以往的ADC采样相比，对雷电流波形的采样要求采样速度更快、精度更高、点数更多。这就需要设计高速数据采集方案来应对雷电流冲击速度快、时间短的特点。通过对雷电流波形的分析，标准的8/20雷电波的波头时间仅为8微秒，根据广泛应用的奈奎斯特采样定理，为了达到不失真采样的目的，采样频率应该在2.5kHz以上，而根据工程上的经验应该至少保证波头的8微秒内采样50个点，这样就要求采样频率在6.25MHz以上，且信号有效率低，针对干扰信号没有专门的处理方法，装置效率低下和响应速度较慢。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种智能雷电录波仪，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种智能雷电录波仪，包括主机外壳，所述主机外壳的内部设有主机电路板，所述主机外壳的外部上方设有雷电流传感器，所述雷电流传感器的外部连接有传感器引线，所述传感器引线的底端设有传感器接头，所述传感器接头b与接收器接口固定连接，所述主机电路板上还装有微处理器模块、模数转换电路一、积分器电路、雷电流接收器与接收器接口，所述微处理器模块与模数转换电路一电性连接，所述模数转换电路一与积分器电路电性连接，所述积分器电路与雷电流接收器电性连接，所述雷电流传感器与接收器接口电性连接，所述接收器接口设置在雷电流接收器上，所述主机电路板的下方还设有电源端子、接点一端子、接点二端子与通讯端子，所述电源端子与电路转换模块电性连接，所述电路转换模块与微处理器模块电性连接，所述电路转换模块与触摸显示屏电性连接，所述微处理器模块与触摸显示屏电性连接，所述接点一端子与接点二端子b均与接点控制器电性连接，所述接点控制器与微处理器模块电性连接，所述通讯端子与通讯模块电性连接，所述通讯模块与微处理器模块电性连接。
优选的，所述主机电路板的表面还设有DMA寄存器，所述DMA寄存器与微处理器模块电性连接。
优选的，所述微处理器模块与通讯模块电性连接，所述模数转换电路一与通讯模块电性连接。
优选的，所述积分器电路与峰值检测电路电性连接，所述峰值检测电路与模数转换电路二电性连接，所述模数转换电路二与微处理器模块电性连接。
优选的，所述主机电路板的表面还设有SD卡，所述SD卡与微处理器模块电性连接。
优选的，所述主机电路板的表面还设有电源灯与通讯灯，所述电源灯与通讯灯均与指示灯驱动器电性连接，所述指示灯驱动器与微处理器模块电性连接，所述电源灯与通讯灯穿透主机外壳的内壁延伸到主机外壳的前表面外侧。
优选的，所述主机外壳的上下两端分别固定安装有外壳上盖与外壳下盖，所述外壳上盖与外壳下盖的前表面分别开设有上盖安装孔与下盖安装孔。
优选的，所述主机外壳的下方设有端子翻盖，所述端子翻盖活动连接在主机外壳的底面下方，所述端子翻盖完全覆盖电源端子、通讯端子、接点一端子、接点二端子。
优选的，所述主机外壳的前表面固定安装有外壳面板，所述外壳面板的前表面开设有矩形槽，所述触摸显示屏穿过矩形槽延伸到主机外壳的前表面外部。
优选的，所述雷电流传感器为圆环状。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、基于柔性罗氏线圈设计有源积分电路，有源积分罗氏线圈采用高性能运算放大器组成模拟积分器，工作在低频时，由于线圈输出的信号很微弱(可达mV以下)，无源积分器无法采集到如此微弱的信号，而有源积分器运放阻抗近似无穷大，可适用于低频信号采集，由于运放的输入阻抗高，开环增益大，具有“虚短”，“虚断”性质，能有效的保证较高的积分精度，采用有源积分的方式能获得较高的带宽和精度，能有效的还原被测电流波形。
2、利用STM32F407单片机内置的三路12位ADC分时复用的采样方法对雷电流波形进行采样，这种三重ADC采样的方法能够达到7.2MHz采样速度，采样间隔0.14微秒。在单片机采样的同时将采集到的数据利用DMA存储到单片机的寄存器中，这样就避免了由于来不及处理采样数据而造成数据的遗失，而且，这种方法有效地规避了ADC采样输出和数据接收存储之间速度匹配的问题，在一定程度上，将原本复杂的高速ADC采样和高速数据存储问题变得简单和便于实现。
3、对雷击波形的判定采用预设值比较的采样方法，通过与预设值的比较判断采集到的信号是否是有用的雷电信号，仅保留采集到的有效雷电冲击信号，提高装置效率和响应速度。
4、装置采集雷电的主要参数齐全：测量雷电流的能量、雷电流波形的峰值、雷电流波头时间和半波时间，记录雷电流波形、雷击次数和雷击时间点。
附图说明
图1为本实用新型的套件外形结构示意图；
图2为本实用新型的主机分解结构示意图；
图3为本实用新型的整机点原理结构示意图。
图中：1、主机外壳；1a、外壳面板；2、外壳上盖；2a、上盖安装孔；3、外壳下盖；3a、下盖安装孔；4、端子翻盖；5、雷电流传感器；5a、传感器引线；5b、传感器接头；6、主机电路板；7、微处理器模块；8、电源转换模块；8a、电源端子；9、触摸显示屏；10、模数转换电路一；11、积分器电路；12、雷电流接收器；12a、接收器接口；13、模数转换电路二；14、峰值检测电路；15、通讯模块；15a、通讯端子；16、接点控制器；16a、接点一端子；16b、接点二端子；17、SD卡；18、指示灯驱动器；18a、电源灯；18b、通讯灯；19、DMA寄存器。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种智能雷电录波仪，包括主机外壳1，主机外壳1的内部设有主机电路板6，主机外壳1的外部上方设有雷电流传感器5，雷电流传感器5的外部连接有传感器引线5a，传感器引线5a的底端设有传感器接头5b，传感器接头5b与接收器接口12a固定连接，主机电路板6上还装有微处理器模块7、模数转换电路一10、积分器电路11、雷电流接收器12与接收器接口12a，微处理器模块7与模数转换电路一10电性连接，模数转换电路一10与积分器电路11电性连接，积分器电路11与雷电流接收器12电性连接，雷电流传感器5与接收器接口12a电性连接，接收器接口12a设置在雷电流接收器12上，主机电路板6的下方还设有电源端子8a、接点一端子16a、接点二端子16b与通讯端子15a，电源端子8a与电路转换模块8电性连接，电路转换模块8与微处理器模块7电性连接，电路转换模块8与触摸显示屏9电性连接，微处理器模块7与触摸显示屏9电性连接，接点一端子16a与接点二端子16b均与接点控制器16电性连接，接点控制器16与微处理器模块7电性连接，通讯端子15a与通讯模块15电性连接，通讯模块15与微处理器模块7电性连接。
本实施方案中，雷电击中雷电流传感器5，产生的电流通过传感器引线5a与接收器接口12a传输到雷电流接收器12的内部，再传输到积分器电路11的内部，最后通过模数转换电路一10传输到微处理器模块7的内部进行同一的分析与分散处理，主机外接的雷电流传感器基于柔性罗氏线圈设计，与有源积分电路配合，有源积分罗氏线圈采用高性能运算放大器组成模拟积分器，工作在低频时，由于线圈输出的信号很微弱可达mV以下，无源积分器无法采集到如此微弱的信号，而有源积分器运放阻抗近似无穷大，可适用于低频信号采集。由于运放的输入阻抗高，开环增益大，具有“虚短”，“虚断”性质，能有效的保证较高的积分精度，采用有源积分的方式能获得较高的带宽和精度，能有效的还原被测电流波形。
具体的，主机电路板6的表面还设有DMA寄存器19，DMA寄存器19与微处理器模块7电性连接。
本实施方案中，利用STM32F407单片机内置的三路12位ADC分时复用的采样方法对雷电流波形进行采样，这种三重ADC采样的方法能够达到7.2MHz采样速度，采样间隔0.14微秒。在单片机采样的同时将采集到的数据利用DMA存储到单片机的寄存器中，这样就避免了由于来不及处理采样数据而造成数据的遗失，而且，这种方法有效地规避了ADC采样输出和数据接收存储之间速度匹配的问题，在一定程度上，将原本复杂的高速ADC采样和高速数据存储问题变得简单和便于实现。
具体的，微处理器模块7与通讯模块15电性连接，模数转换电路一10与通讯模块15电性连接。
本实施方案中，可将收集到的数据进行向外的传输。
具体的，积分器电路11与峰值检测电路14电性连接，峰值检测电路14与模数转换电路二13电性连接，模数转换电路二13与微处理器模块7电性连接。
本实施方案中，对雷击波形的判定采用预设值比较的采样方法，通过与预设值的比较判断采集到的信号是否是有用的雷电信号，仅保留采集到的有效雷电冲击信号，提高装置效率和响应速度。
具体的，主机电路板6的表面还设有SD卡17，SD卡17与微处理器模块7电性连接。
本实施方案中，进一步的对数据进行储存。
具体的，主机电路板6的表面还设有电源灯18a与通讯灯18b，电源灯18a与通讯灯18b均与指示灯驱动器18电性连接，指示灯驱动器18与微处理器模块7电性连接，电源灯18a与通讯灯18b穿透主机外壳1的内壁延伸到主机外壳1的前表面外侧。
本实施方案中，当峰值达到一定程度之后，电源灯18a与通讯灯18b就会发出警报，起到很好的警示作用。
具体的，主机外壳1的上下两端分别固定安装有外壳上盖2与外壳下盖3，外壳上盖2与外壳下盖3的前表面分别开设有上盖安装孔2a与下盖安装孔3a。
本实施方案中，便于装置整体的安装。
具体的，主机外壳1的下方设有端子翻盖4，端子翻盖4活动连接在主机外壳1的底面下方，端子翻盖4完全覆盖电源端子8a、通讯端子15a、接点一端子16a、接点二端子16b。
本实施方案中，对各个端口进行有效的保护。
具体的，主机外壳1的前表面固定安装有外壳面板1a，外壳面板1a的前表面开设有矩形槽，触摸显示屏9穿过矩形槽延伸到主机外壳1的前表面外部。
本实施方案中，方便通过触摸显示屏9对参数进行调节。
具体的，雷电流传感器5为圆环状，安装时将外部防雷装置的接地线穿入环形圈中，当雷电流流过接地线时雷电流传感器就能采集到雷电流信号。
本实施方案中，具有更好的导电性，使得导电的效果更好。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种智能雷电录波仪，包括主机外壳(1)，其特征在于：所述主机外壳(1)的内部设有主机电路板(6)，所述主机外壳(1)的外部上方设有雷电流传感器(5)，所述雷电流传感器(5)的外部连接有传感器引线(5a)，所述传感器引线(5a)的底端设有传感器接头(5b)，所述传感器接头(5b)与接收器接口(12a)固定连接，所述主机电路板(6)上还装有微处理器模块(7)、模数转换电路一(10)、积分器电路(11)、雷电流接收器(12)与接收器接口(12a)，所述微处理器模块(7)与模数转换电路一(10)电性连接，所述模数转换电路一(10)与积分器电路(11)电性连接，所述积分器电路(11)与雷电流接收器(12)电性连接，所述雷电流传感器(5)与接收器接口(12a)电性连接，所述接收器接口(12a)设置在雷电流接收器(12)上，所述主机电路板(6)的下方还设有电源端子(8a)、接点一端子(16a)、接点二端子(16b)与通讯端子(15a)，所述电源端子(8a)与电路转换模块(8)电性连接，所述电路转换模块(8)与微处理器模块(7)电性连接，所述电路转换模块(8)与触摸显示屏(9)电性连接，所述微处理器模块(7)与触摸显示屏(9)电性连接，所述接点一端子(16a)与接点二端子(16b)均与接点控制器(16)电性连接，所述接点控制器(16)与微处理器模块(7)电性连接，所述通讯端子(15a)与通讯模块(15)电性连接，所述通讯模块(15)与微处理器模块(7)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能雷电录波仪，其特征在于：所述主机电路板(6)的表面还设有DMA寄存器(19)，所述DMA寄存器(19)与微处理器模块(7)电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种智能雷电录波仪，其特征在于：所述微处理器模块(7)与通讯模块(15)电性连接，所述模数转换电路一(10)与通讯模块(15)电性连接。
4.根据权利要求1所述的一种智能雷电录波仪，其特征在于：所述积分器电路(11)与峰值检测电路(14)电性连接，所述峰值检测电路(14)与模数转换电路二(13)电性连接，所述模数转换电路二(13)与微处理器模块(7)电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种智能雷电录波仪，其特征在于：所述主机电路板(6)的表面还设有SD卡(17)，所述SD卡(17)与微处理器模块(7)电性连接。
6.根据权利要求1所述的一种智能雷电录波仪，其特征在于：所述主机电路板(6)的表面还设有电源灯(18a)与通讯灯(18b)，所述电源灯(18a)与通讯灯(18b)均与指示灯驱动器(18)电性连接，所述指示灯驱动器(18)与微处理器模块(7)电性连接，所述电源灯(18a)与通讯灯(18b)穿透主机外壳(1)的内壁延伸到主机外壳(1)的前表面外侧。
7.根据权利要求1所述的一种智能雷电录波仪，其特征在于：所述主机外壳(1)的上下两端分别固定安装有外壳上盖(2)与外壳下盖(3)，所述外壳上盖(2)与外壳下盖(3)的前表面分别开设有上盖安装孔(2a)与下盖安装孔(3a)。
8.根据权利要求1所述的一种智能雷电录波仪，其特征在于：所述主机外壳(1)的下方设有端子翻盖(4)，所述端子翻盖(4)活动连接在主机外壳(1)的底面下方，所述端子翻盖(4)完全覆盖电源端子(8a)、通讯端子(15a)、接点一端子(16a)、接点二端子(16b)。
9.根据权利要求1所述的一种智能雷电录波仪，其特征在于：所述主机外壳(1)的前表面固定安装有外壳面板(1a)，所述外壳面板(1a)的前表面开设有矩形槽，所述触摸显示屏(9)穿过矩形槽延伸到主机外壳(1)的前表面外部。
10.根据权利要求1所述的一种智能雷电录波仪，其特征在于：所述雷电流传感器(5)为圆环状。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202023287066.3U CN214041539U (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 一种智能雷电录波仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202023287066.3U CN214041539U (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 一种智能雷电录波仪 |
Publications (1)
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| CN214041539U true CN214041539U (zh) | 2021-08-24 |
Family
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Family Applications (1)
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| CN202023287066.3U Active CN214041539U (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 一种智能雷电录波仪 |
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| CN (1) | CN214041539U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112730966A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-30 | 苏州工业园区科佳自动化有限公司 | 一种智能雷电录波仪 |
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2020
- 2020-12-30 CN CN202023287066.3U patent/CN214041539U/zh active Active
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