CN214174440U - 一种防雷超声波风速风向仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防雷超声波风速风向仪。防雷超声波风速风向仪包括：电源防雷电路、通讯信号防雷电路和电流输出防雷电路；其中，所述电源防雷电路连接于所述超声波风速风向仪的电源线路上；所述通讯信号防雷电路与所述通讯模块电连接；所述电流输出防雷电路与所述电流输出电路电连接；所述包括第一电流输出线路和第二电流输出线路。本实用新型提供一种防雷超声波风速风向仪通过防雷保护泄放感应雷过电压，避免了感应雷对使仪器的破坏，减少风机维修的停机时间，使机组的风能利用率最大化，减少机组发电量的损失。

Description

一种防雷超声波风速风向仪

技术领域

本实用新型实施例涉及防雷技术，尤其涉及一种防雷超声波风速风向仪。

背景技术

风速风向直接影响着风力发电机的切入和切出，同时还决定着风机的变桨和偏航。因此风速风向的准确测量对风机有着重要意义。

一般风速风向仪器需安装于机舱顶部较高位置，兆瓦级风力发电机组，机舱的高度很高，在打雷天气风机容易被雷击。虽然在避雷器的保护下，测试仪器不会直接遭遇雷击，但是感应雷击还是会使仪器损坏，影响风机的运行导致发电设备工作效率低下。

实用新型内容

本实用新型提供一种防雷超声波风速风向仪，避免了感应雷对使仪器的破坏，减少风机维修的停机时间，使机组的风能利用率最大化，减少机组发电量的损失。

本实用新型实施例提供了一种防雷超声波风速风向仪，包括：电源防雷电路、通讯信号防雷电路和电流输出防雷电路；

其中，所述电源防雷电路连接于所述超声波风速风向仪的电源线路上；所述电源防雷电路包括电感电路、第一级电路和第二级电路；所述第一级电路连接于所述电感电路的输入端，所述第二级电路连接于所述电感电路的输出端；

所述通讯信号防雷电路与通讯模块电连接；所述通讯模块包括第一通讯线路、第二通讯线路和第三通讯线路；所述通讯信号防雷电路包括第一级防雷模块、第一限流保护电路和第二级防雷模块；所述第一级防雷模块的三个接线端分别与所述第一通讯线路、所述第二通讯线路和所述第三通讯线路电连接；所述第一限流保护电路串联于所述第一通讯线路和所述第二通讯线路上；所述第二级防雷模块的三个接线端分别与所述第一通讯线路、所述第二通讯线路和所述第三通讯线路电连接；

所述电流输出防雷电路与电流输出电路电连接；所述电流输出电路包括第一电流输出线路和第二电流输出线路；所述电流输出防雷电路包括第一保护接地、第一级防护电路、第二限流保护电路和第二级防护电路；所述第一级防护电路的三个接线端分别于所述第一电流输出线路、所述第二电流输出线路和所述第一保护接地电连接；所述第二限流保护电路串联于所述第一电流输出线路和所述第二电流输出线路；所述第二级防护电路的三个接线端分别与所述第一电流输出线路、所述第二电流输出线路和所述第一保护接地电连接。

可选的，所述电源线路包括第一电源电压输入端、第一电源电压输出端和第二电源电压输入端、第二电源电压输出端；所述电感电路包括第一电感和第二电感；

所述第一电感的第一端与所述第一电源电压输入端电连接，所述第一电感的第二端与所述第一电源电压输出端电连接；所述第二电感的第一端与所述第二电源电压输入端电连接；所述第二电感的第二端与所述第二电源电压输出端电连接；

所述第一级电路的第一端与所述第一电感的第一端电连接，所述第一级电路的第二端与所述第二电感的第一端电连接；

所述第二级电路的第一端与所述第一电感的第二端电连接，所述第二级电路的第二端与所述第二电感的第二端电连接。

可选的，所述第一级电路包括串联连接的第一压敏电阻和第一温度保险丝；所述第一压敏电阻的第一端与所述第一电感的第一端电连接；第一压敏电阻的第二端与第一温度保险丝的第一端电连接，所述第一温度保险丝的第二端与所述第二电感的第一端电连接；

所述第二级电路包括串联连接的第二压敏电阻、第二温度保险丝；所述第二压敏电阻的第一端与所述第一电感的第二端电连接；第二压敏电阻的第二端与第二温度保险丝的第一端电连接，所述第二温度保险丝的第二端与所述第二电感的第二端电连接。

可选的，所述电源防雷电路还包括：第一气体放电管、第二气体放电管和第二保护接地；

所述第一气体放电管的第一端与所述第二电源电压输入端电连接；所述第二气体放电管的第二端与所述第二电源电压输出端电连接；所述第一气体放电管的第二端和所述第二气体放电管的第二端均与第二保护接地电连接。

可选的，所述第一级电路包括m个所述第一压敏电阻串联；所述第二级电路包括n个所述第二压敏电阻串联；所述第一级电路与所述第二级电路并联；m和n大于等于1且为整数。

可选的，所述通讯信号防雷电路包括输入端、输出端和接地端；所述输入端通过所述第一通讯线路与所述通讯模块连接；所述输出端通过所述第二通讯线路与所述通讯模块连接；所述接地端通过所述第三通讯线路与所述通讯模块连接；

所述第一级防雷模块包括第三气体放电管；所述第三气体放电管的第一端与所述输入端电连接，所述第三气体放电管的第二端与所述输出端电连接；所述第三气体放电管的第三端与所述接地端电连接；

所述第一限流保护电路包括第三压敏电阻和第四压敏电阻；所述第三压敏电阻的第一端与所述通讯模块电连接；所述第三压敏电阻的第二端与所述输出端电连接；所述第四压敏电阻的第一端与所述通讯模块电连接；所述第四压敏电阻的第二端与所述输出端电连接；

所述第二级防雷模块包括第一瞬态抑制二极管、第二瞬态抑制二极管和第三瞬态抑制二极管；

所述第一瞬态抑制二极管的第一端和所述第二瞬态抑制二极管的第一端短接后作为所述第二级防雷模块的第一端；所述第二级防雷模块的第一端与所述第一通讯线路电连接；

所述第三瞬态抑制二极管的第一端和所述第一瞬态抑制二极管的第二端短接后作为所述第二级防雷模块的第二端；所述第二级防雷模块的第二端与所述第二通讯线路电连接；

所述第二瞬态抑制二极管的第二端与所述第三瞬态抑制二极管的第二端短接后作为所述第二级防雷模块的第三端；所述第二级防雷模块的第三端与所述第三通讯线路电连接。

可选的，所述通讯信号防雷电路还包括第一电阻、电容和第三保护接地；

所述第一电阻的第一端、所述电容的第一端均与所述第三通讯线路电连接；

所述第一电阻的第二端、所述电容的第二端均与所述第三保护接地电连接。

可选的，所述第一级防护电路包括第四气体放电管；

所述第四气体放电管的第一端与所述第一电流输出线路电连接；所述第四气体放电管的第二端与所述第二电流输出线路电连接；所述第四气体放电管的第三端与所述第一保护接地电连接；

所述第二级防护电路包括第四瞬态抑制二极管、第五瞬态抑制二极管和第六瞬态抑制二极管；

所述第四瞬态抑制二极管的第一端与所述第五瞬态抑制二极管的第一端短接后作为所述第二级防护电路的第一端；所述第二级防护电路的第一端与所述第一电流输出线路电连接；

所述第五瞬态抑制二极管的第二端与所述第六瞬态抑制二极管的第一端短接后作为所述第二级防护电路的第二端；所述第二级防护电路的第二端与所述第二电流输出线路电连接；

所述第四瞬态抑制二极管的第二端与所述第六瞬态抑制二极管的第二端短接后作为所述第二级防护电路的第三端；所述第二级防护电路的第三端与所述第一保护接地电连接。

可选的，所述第二限流保护电路包括第五压敏电阻和第六压敏电阻；所述第五压敏电阻串联于所述第四气体放电管的第一端和所述第二级防护电路的第一端之间；所述第六压敏电阻串联于所述第四气体放电管的第二端和所述第二级防护电路的第三端之间。

可选的，包括：主体、第一支撑架、第一组超声波探头、第二支撑架和第二组超声波探头；

所述第一组超声波探头包括第一超声波探头和第二超声波探头；所述第一超声波探头和所述第二超声波探头位于所述第一支撑架的两端；

所述第二组超声波探头包括第三超声波探头和第四超声波探头；所述第三超声波探头和所述第四超声波探头位于所述第二支撑架的两端；

所述第一超声波探头和所述第二超声波探头的连线与所述三超声波探头和所述第四超声波探头的连线在同一平面内垂直交叉。

本实用新型实施例提供的防雷超声波风速风向仪，通过电源防雷电路、通讯信号防雷电路和电流输出防雷电路分别对超声波风速风向仪电源、通讯信号和电流输出进行防雷保护泄放感应雷过电压，避免了感应雷对使仪器的破坏，减少风机维修的停机时间，使机组的风能利用率最大化，减少机组发电量的损失。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种防雷超声波风速风向仪结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的一种防雷超声波风速风向仪电源防雷电路结构示意图。

图3为本实用新型实施例提供的一种防雷超声波风速风向仪通讯信号防雷电路结构示意图。

图4为本实用新型实施例提供的一种防雷超声波风速风向仪电流输出防雷电路结构示意图。

图5为本实用新型实施例提供的又一种防雷超声波风速风向仪电源防雷电路结构示意图。

图6为本实用新型实施例提供的又一种防雷超声波风速风向仪通讯信号防雷电路结构示意图。

图7为本实用新型实施例提供的又一种防雷超声波风速风向仪通讯信号防雷电路结构示意图。

图8为本实用新型实施例提供的一种防雷超声波风速风向仪电流输出防雷电路结构示意图。

图9为本实用新型实施例提供的又一种防雷超声波风速风向仪结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

超声波风速风向仪的电路板接口带电拔插和抖动都会引起电压的剧烈变化，都会使芯片损坏，而通讯模块总线实行长距离传输，并且其传输线通常暴露于户外，因此极易因为雷击等原因引入过电压。而超声波风速风向仪的电路板元器件工作电压较低，其本身耐压也非常低，一旦过压引入，就会击穿损坏。在有强烈的浪涌能量出现时，超声波风速风向仪出现爆裂或电路板焦糊的现象。

为了提升超声波风速风向仪的防雷效果，本发明实施例提供了一种防雷超声波风速风向仪。图1为本实用新型实施例提供的一种防雷超声波风速风向仪结构示意图,图2为本实用新型实施例提供的一种防雷超声波风速风向仪电源防雷电路结构示意图，图3为本实用新型实施例提供的一种防雷超声波风速风向仪通讯信号防雷电路结构示意图，图4为本实用新型实施例提供的一种防雷超声波风速风向仪电流输出防雷电路结构示意图，参见图1、图2 图3和图4，防雷超声波风速风向仪包括：电源防雷电路102、通讯信号防雷电路104和电流输出防雷电路106；

其中，电源防雷电路102连接于超声波风速风向仪的电源线路上；电源防雷电路102包括电感电路110、第一级电路120和第二级电路130；第一级电路120连接于电感电路110的输入端，第二级电路130连接于电感电路110 的输出端；

通讯信号防雷电路104与通讯模块103电连接；通讯模块103包括第一通讯线路A、第二通讯线路B和第三通讯线路G；通讯信号防雷电路104包括第一级防雷模块220、第一限流保护电路230和第二级防雷模块240；第一级防雷模块220的三个接线端分别与第一通讯线路A、第二通讯线路B和第三通讯线路G电连接；第一限流保护电路230串联于第一通讯线路A和第二通讯线路B上；第二级防雷模块240的三个接线端分别与第一通讯线路A、第二通讯线路B和第三通讯线路G电连接；

电流输出防雷电路106与电流输出电路105电连接；电流输出电路105 包括第一电流输出线路Iout和第二电流输出线路GND1；电流输出防雷电路 106包括第一保护接地PE1、第一级防护电路310、第二限流保护电路320和第二级防护电路330；第一级防护电路310的三个接线端分别于第一电流输出线路Iout、第二电流输出线路GND1和第一保护接地PE1电连接；第二限流保护电路320串联于第一电流输出线路Iout和第二电流输出线路GND1；第二级防护电路330的三个接线端分别于第一电流输出线路Iout、第二电流输出线路GND1和第一保护接地PE1电连接。

具体的，电源防雷电路102中电感电路110串联在超声波风速风向仪的电源模块101的电源线路上，第一级电路120与电感电路110的输入端连接，第二级电路130与电感电路110的输出端连接。电源防雷电路102根据第一级电路120和第二级电路130调节通流容量泄放电流，其中，电感电路110 采用空心电感，该电源防雷电路102具有较低的输出残压，适用于后级电路抗过电压水平很低的情况。电源防雷电路102的抗浪涌过电压的能力有限，第一级电路120不足以保护后级的设备，需要通过第二级电路130将残压进一步降低。

通讯信号防雷电路104通过线缆与通讯模块103电连接；其中通讯模块 103的第一通讯线路A为通讯输入线路，第二通讯线路B为通讯输出线路，第三通讯线路G为通讯接地线路。第一级防雷模块220的第一端与第一通讯线路A电连接，第一级防雷模块220的第二端与第二通讯线路B电连接，第一级防雷模块220的第三端与第三通讯线路G电连接。第二级防雷模块240 的第一端与第一通讯线路A电连接，第二级防雷模块240的第二端与第二通讯线路B电连接，第二级防雷模块240的第三端与第三通讯线路G电连接。第一级防雷模块220将感应雷产生的电压电流进行吸收，在通过第二级防雷模块240将第一级防雷模块220的残余电压进行钳位，此时电压为通讯模块可承受的电压范围，从而保护了通讯模块。

电流输出防雷电路的第一级防护电路310的第一端与电流输出电路即后端电路的第一电流输出线路Iout电连接，电流输出防雷电路的第一级防护电路310的第二端与电流输出电路即后端电路的第二电流输出线路GND1电连接，电流输出防雷电路的第一级防护电路310的第三端与第一保护接地PE1 电连接；电流输出防雷电路的第二限流保护电路320串联于第一电流输出线路Iout和第二电流输出线路GND1上；第二级防护电路330的第一端与第一电流输出线路Iout电连接，第二级防护电路330的第二端与第二电流输出线路GND1电连接，第二级防护电路330的第三端与第一保护接地PE1电连接。当雷击发生时，感应过电压由第一电流输出线路Iout和第二电流输出线路 GND1的两端引入，第一级防护电路310做一级防护，此时过电压被大大削弱到数百伏左右，再经过第二限流保护电路320限流限浪保护,第二级防护电路330做二次限压，使到后端电路的电压被箝制在可承受电压，从而实现对后端电路的保护。

本实用新型实施例提供的一种防雷超声波风速风向仪，通过电源防雷电路、通讯信号防雷电路和电流输出防雷电路对超声波风速风向仪电源、通讯信号和电流输出进行防雷保护泄放感应雷电流，避免了感应雷对使仪器的破坏，减少风机维修的停机时间，使机组的风能利用率最大化，减少机组发电量的损失。

图5为本实用新型实施例提供的又一种防雷超声波风速风向仪电源防雷电路结构示意图，参见图5，可选的，电源线路包括第一电源电压输入端 +24Vin、第一电源电压输出端+24Vout和第二电源电压输入端0Vin、第二电源电压输出端0Vout；电感电路包括第一电感L1和第二电感L2；

第一电感L1的第一端与第一电源电压输入端+24Vin电连接，第一电感 L1的第二端与第一电源电压输出端+24Vout电连接；第二电感L2的第一端与第二电源电压输入端0Vin电连接；第二电感L2的第二端与第二电源电压输出端电连接0Vout；

第一级电路的第一端与第一电感L1的第一端电连接，第一级电路的第二端与第二电感L2的第一端电连接；

第二级电路的第一端与第一电感L1的第二端电连接，第二级电路的第二端与第二电感L2的第二端电连接。

具体的，第一电源电压输入端+24Vin与第一电源电压输出端+24Vout之间连接第一电感L1，第二电源电压输入端0Vin与第二电源电压输出端0Vout 之间连接第二电感L2。第一电感L1的第一端即输入端和第二电感L2的第一端即输入端之间连接第一级电路；第一电感L1的第二端即输出端和第二电感 L2的第二端即输出端之间连接第二级电路。其中第一电感L1和第二电感L2 为空心电感，电感量应≥20μH，导线直径应按负载电流计算。

基于上述实施例，可选的，第一级电路包括串联连接的第一压敏电阻RV1 和第一温度保险丝TF1；第一压敏电阻RV1的第一端与第一电感L1的第一端电连接；第一压敏电阻RV1的第二端与第一温度保险丝TF1的第一端电连接，第一温度保险丝TF1的第二端与第二电感L2的第一端电连接；

第二级电路包括串联连接的第二压敏电阻RV2、第二温度保险丝TF2；第二压敏电阻RV2的第一端与第一电感L1的第二端电连接；第二压敏电阻RV2 的第二端与第二温度保险丝TF2的第一端电连接，第二温度保险丝TF2的第二端与第二电感L2的第二端电连接。

具体的，第一压敏电阻RV1和第二压敏电阻RV2在820KD20～470KD20× m中选取，压敏电阻大会更加安全、耐用并且故障率较低，但残压略高，根据通流容量要求选择外形尺寸和封装形式，第一压敏电阻RV1和第二压敏电阻RV2的压敏电压最好相近的并联，每个压敏电阻都要单独串联温度保险管，以延长使用寿命和确保安全，按第一级电路的通流容量Im1≥需求通流容量 Im，第二级电路的通流容量Im2≥(0.2～0.3)Im估算。第一温度保险管TF1和第二温度保险丝TF2一般采用130℃～135℃、10A/250V的，应与压敏电阻有良好的热耦合。第一温度保险管TF1和第二温度保险丝TF2还可以再串联一个电流保险丝以防操作过电压瞬间击穿压敏电阻起火。

基于上述实施例，继续参见图4，可选的，电源防雷电路还包括：第一气体放电管G1、第二气体放电管G2和第二保护接地PE2；

第一气体放电管G1的第一端与第二电源电压输入端0Vin电连接；第二气体放电管G2的第二端与第二电源电压输出端0Vout电连接；第一气体放电管G1的第二端和第二气体放电管G2的第二端均与第二保护接地PE2电连接。

具体的，气体放电管是一种开关型保护器件，工作原理是气体放电。第一气体放电管G1的通流容量根据要求的通流容量Im选择，第二气体放电管 G2可以参照第二级电路的通流容量Im2选择。其中第一气体放电管G1和第二气体放电管G2可以为陶瓷气体放电管。第一压敏电阻RV1、第二压敏电阻 RV2、第一气体放电管G1和第二气体放电管G2都必须按冲击10次以上的降额值计算通流容量，第一压敏电阻RV1和第二压敏电阻RV2为一次冲击通流容量的三分之一左右，第一气体放电管G1和第二气体放电管G2为最大通流容量的一半左右。

可选的，第一级电路包括m个第一压敏电阻串联；第二级电路包括n个第二压敏电阻串联；第一级电路与第二级电路并联；m和n大于等于1且为整数。

具体的，当要求通流容量Im较大时，第一级电路和第二级电路的压敏电阻可以采用m个第一压敏电阻RV1和n个第二压敏电阻RV2并联。

图6为本实用新型实施例提供的又一种防雷超声波风速风向仪通讯信号防雷电路结构示意图，参见图6，可选的，通讯信号防雷电路包括输入端485-A、输出端485-B和接地端485-G；输入端485-A通过第一通讯线路A与通讯模块连接；输出端485-B通过第二通讯线路B与通讯模块连接；接地端 485-G通过第三通讯线路G与通讯模块连接；

第一级防雷模块包括第三气体放电管G3；第三气体放电管G3的第一端与输入端485-A电连接，第三气体放电管G3的第二端与输出端485-B电连接；第三气体放电管G3的第三端与接地端485-G电连接；

第一限流保护电路包括第三压敏电阻RV3和第四压敏电阻RV4；第三压敏电阻RV3的第一端与通讯模块电连接；第三压敏电阻RV3的第二端与输出端485-B电连接；第四压敏电阻RV4的第一端与通讯模块电连接；第四压敏电阻RV4的第二端与输出端485-B电连接；

第二级防雷模块包括第一瞬态抑制二极管TVS1、第二瞬态抑制二极管 TVS2和第三瞬态抑制二极管TVS3；

第一瞬态抑制二极管TVS1的第一端和第二瞬态抑制二极管TVS2的第一端短接后作为第二级防雷模块的第一端；第二级防雷模块的第一端与第一通讯线路A电连接；

第三瞬态抑制二极管TVS3的第一端和第一瞬态抑制二极管TVS1的第二端短接后作为第二级防雷模块的第二端；第二级防雷模块的第二端与第二通讯线路B电连接；

第二瞬态抑制二极管TVS2的第二端与第三瞬态抑制二极管TVS3的第二端短接后作为第二级防雷模块的第三端，第二级防雷模块的第三端与第三通讯线路G电连接。

具体的，通讯模块可以为RS485通讯芯片包括RXD、TXD和GND三个端口，输入端485-A通过第一通讯线路A与RS485通讯芯片的RXD端连接，输出端 485-B通过第二通讯线路B与RS485通讯芯片的TXD端连接；接地端485-G 通过第三通讯线路G与RS485通讯芯片的GND端连接。

通讯信号防雷电路采用气体放电管和瞬态抑制二极管为基础，构建第一级防雷模块和第二级防雷模块，可以当雷击感应电压感应到RS485总线上，通过第一级防雷模块的第三气体放电管G3响应，通常响应时间为纳秒级，使雷击过电压泄放，将电压降至约百伏左右，雷电所生成的大电流大部分被第一限流保护电路的第三压敏电阻RV3和第四压敏电阻RV4吸收。第二级防雷模块的第一瞬态抑制二极管TVS1、第二瞬态抑制二极管TVS2和第三瞬态抑制二极管TVS3，将被第一级防雷模块抑制后的剩余电压进行钳位，将其限制在通讯模块可以耐受的安全电压范围内。第三压敏电阻RV3、第四压敏电阻 RV4和总线本身的阻抗用于协调第一级防雷模块和第二级防雷模块保护特性的配合，从而起到防雷击的作用，实现对RS485接口的整体防雷击和过压保护。其中防护能力完全满足4KV(10/7000μs)测试，第三气体放电管G3采用贴片LT-B3D090L管或LT-BA151N陶瓷管，做共模防护；第一瞬态抑制二极管 TVS1、第二瞬态抑制二极管TVS2和第三瞬态抑制二极管TVS3为BS0080MS瞬态抑制二极管，若无接地线只做差模保护。

图7为本实用新型实施例提供的又一种防雷超声波风速风向仪通讯信号防雷电路结构示意图，参见图7，可选的，通讯信号防雷电路还包括第一电阻R1、电容C1和第三保护接地PE3；第一电阻R1的第一端、电容C1的第一端均与第三通讯线路G电连接；

第一电阻R1的第二端、电容C1的第二端均与连接。

具体的，电路板放置在金属机壳中，机壳的第三保护接地PE3连接大地。此时，第一级防雷模块的第三气体放电管G3的第三端接入机壳的第三保护接地PE3。通讯模块的GND与机壳第三保护接地电PE3之间通常使用一个电容 C1并联一个第一电阻R1连接。电容C1是通交流阻直流的。假设机壳的第三保护接地电PE3良好连接大地，从电磁抗扰度角度，电容C1能够抑制高频干扰源和电路之间的动态共模电压；从EMI角度，电容C1形成了高频路径，集成通讯模块的电路板内部产生的高频干扰会经电容C1流入机壳的第三保护接地电PE3进入大地，避免了高频干扰形成的天线辐射。另一种情况，假设机壳的第三保护接地电PE3没有可靠接大地，则机壳电势可能不稳定或有静电。此时如果电路板直接接机壳，就会损坏电路板芯片。采用电容，能将低频高压、静电等隔离起来，保护电路板。这个并联电容可以采用Y电容或高压薄膜电容，容值在1nF～100nF之间。第一电阻R1可以防止静电释放对电路板的损坏。假如只用电容C1连接电路板GND地和机壳的第三保护接地电PE3 地，则电路板是一个浮地系统。做静电释放测试或在复杂电场环境中使用，进入电路板的电荷无处释放，会逐渐累积；累积到一定程度，超过了电路板和机壳之间的绝缘最薄弱处所能耐受的电压，在几纳秒内就会发生放电，电路板上产生数十到数百安的电流，电路因电磁脉冲宕机或损坏放电处附近连接的元器件。通过并联电容可以慢慢释放电荷，消除高压。根据IEC61000的 ESD测试标准10s/次(10s放完2kV高压电荷)，一般选择1M～2M的电阻。如果机壳有高压静电，则该大电阻也能有效降低电流，不会损坏电路芯片。

图8为本实用新型实施例提供的一种防雷超声波风速风向仪电流输出防雷电路结构示意图，参见图8，可选的，第一级防护电路包括第四气体放电管G4；

第二级防护电路包括第四瞬态抑制二极管TVS4、第五瞬态抑制二极管 TVS5和第六瞬态抑制二极管TVS6；

第四气体放电管G4的第一端与第一电流输出线路Iout电连接；第四气体放电管G4的第二端与第二电流输出线路GND1电连接；第四气体放电管G4 的第三端与第一保护接地电PE1连接；

第四瞬态抑制二极管TVS4的第一端与第五瞬态抑制二极管TVS5的第一端短接后作为第二级防护电路的第一端；第二级防护电路的第一端与第一电流输出线路Iout电连接；

第五瞬态抑制二极管TVS的第二端与第六瞬态抑制二极管的第一端短接后作为第二级防护电路的第二端；第二级防护电路的第二端与第二电流输出线路GND1电连接；

第四瞬态抑制二极管的第二端与第六瞬态抑制二极管的第二端短接后作为第二级防护电路的第三端，第二级防护电路的第三端与第一保护接地PE1 电连接。

具体的，当雷电波沿第一电流输出线路Iout和第二电流输出线路GND1侵入时，由于第四瞬态抑制二极管TVS4、第五瞬态抑制二极管TVS5和第六瞬态抑制二极管TVS6的响应时间和第四气体放电管G4的响应时间不同。在雷电波波峰到来之前，第四气体放电管G4呈现高阻态。由于第四瞬态抑制二极管TVS4、第五瞬态抑制二极管TVS5和第六瞬态抑制二极管TVS6的时间响应最快，击穿电压最低，首先导通泄放能量，保护数据线路，第四瞬态抑制二极管TVS4、第五瞬态抑制二极管TVS5和第六瞬态抑制二极管TVS6的瞬时脉冲电流可达数十安到数百安，同时第四瞬态抑制二极管TVS4、第五瞬态抑制二极管TVS5和第六瞬态抑制二极管TVS6还具有箝位功能，将电压限制在允许的范围内；随着波峰推进，第四气体放电管G4导通泄放电流(冲击击穿电压高)，并产生弧光放电，耐冲击电流可达数千安以上。

可选的，第二限流保护电路包括第五压敏电阻RV5和第六压敏电阻RV6；第五压敏电阻RV5串联于第四气体放电管G4的第一端和第二级防护电路的第一端之间；第六压敏电阻RV6串联于第四气体放电管G4的第二端和第二级防护电路的第三端之间。

具体的，当雷击发生时，感应过电压由第一电流输出线路Iout和第二电流输出线路GND1引入，第四气体放电管G4做一级防护，此时过电压被大大削弱到数百伏左右，再经过第五压敏电阻RV5和第六压敏电阻RV6限浪,第四瞬态抑制二极管TVS4、第五瞬态抑制二极管TVS5和第六瞬态抑制二极管 TVS6做二次限压，使到后端电路的电压被箝制在可承受电压范围内，从而实现对后端电路的保护。第五瞬态抑制二极管TVS5和第六瞬态抑制二极管TVS6 做共模保护，第四瞬态抑制二极管TVS4做差模保护。当雷电波过去后，第四气体放电管G4、第五压敏电阻RV5、第六压敏电阻RV6、第四瞬态抑制二极管TVS4、第五瞬态抑制二极管TVS5和第六瞬态抑制二极管TVS6依次恢复为高阻态，数据线路自动恢复传输数据。其中，第五压敏电阻RV5、第六压敏电阻RV6为可恢复压敏电阻。由气第四气体放电管G4、第五压敏电阻RV5、第六压敏电阻RV6、第四瞬态抑制二极管TVS4、第五瞬态抑制二极管TVS5和第六瞬态抑制二极管TVS6组成的三级暂态来波防护电路。采用了暂态来波防护电路，它集箝位、限流、高能泄放功能于一体。

图9为本实用新型实施例提供的又一种防雷超声波风速风向仪结构示意图，参见图9，可选的，防雷超声波风速风向仪包括：主体810、第一支撑架 870、第一组超声波探头、第二支撑架860和第二组超声波探头；

第一组超声波探头包括第一超声波探头820和第二超声波探头830；第一超声波探头820和第二超声波探头830位于第一支撑架870的两端；

第二组超声波探头包括第三超声波探头840和第四超声波探头850；第三超声波探头和第四超声波探头位于第二支撑架860的两端；

第一超声波探头820和第二超声波探头830的连线与第三超声波探头840 和第四超声波探头850的连线在同一平面内垂直交叉。

具体的，第一超声波探头820和第二超声波探头830由第一支撑架870 支撑在主体上，第三超声波探头840和第四超声波探头850由第二支撑架860 支撑在主体上，其中，第一超声波探头820和第二超声波探头830相向放置，第三超声波探头840和第四超声波探头850相向放置。第一超声波探头820、第二超声波探头830、第三超声波探头840和第四超声波探头850距主体810 同一高度置于同一平面内，并且第一超声波探头820和第二超声波探头830 的连线与第三超声波探头840和第四超声波探头850的连线垂直。

超声波风速风向仪利用超声波时差法来实现风速风向的测量即利用发送的声波脉冲，测量接收端的时间或频率(多普勒变换)差别来计算风速和风向。将第一超声波探头820和第二超声波探头830的连线设为X轴，第一超声波探头820和第二超声波探头830互相收发超声波，第三超声波探头840 和第四超声波探头850的连线设为Y轴，第三超声波探头840和第四超声波探头850同样互相收发超声波，由于声音在空气中的传播速度会和风向上的气流速度叠加。假如超声波的传播方向与风向相同，那么它的速度会加快；反之，若超声波的传播方向与风向相反，那么它的速度会变慢。所以，在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应，即计算 X轴和Y轴的风速矢量和即可得到精确的风速和风向。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种防雷超声波风速风向仪，其特征在于，包括：电源防雷电路、通讯信号防雷电路和电流输出防雷电路；

其中，所述电源防雷电路连接于所述超声波风速风向仪的电源线路上；所述电源防雷电路包括电感电路、第一级电路和第二级电路；所述第一级电路连接于所述电感电路的输入端，所述第二级电路连接于所述电感电路的输出端；

所述通讯信号防雷电路与通讯模块电连接；所述通讯模块包括第一通讯线路、第二通讯线路和第三通讯线路；所述通讯信号防雷电路包括第一级防雷模块、第一限流保护电路和第二级防雷模块；所述第一级防雷模块的三个接线端分别与所述第一通讯线路、所述第二通讯线路和所述第三通讯线路电连接；所述第一限流保护电路串联于所述第一通讯线路和所述第二通讯线路上；所述第二级防雷模块的三个接线端分别与所述第一通讯线路、所述第二通讯线路和所述第三通讯线路电连接；

所述电流输出防雷电路与电流输出电路电连接；所述电流输出电路包括第一电流输出线路和第二电流输出线路；所述电流输出防雷电路包括第一保护接地、第一级防护电路、第二限流保护电路和第二级防护电路；所述第一级防护电路的三个接线端分别于所述第一电流输出线路、所述第二电流输出线路和所述第一保护接地电连接；所述第二限流保护电路串联于所述第一电流输出线路和所述第二电流输出线路；所述第二级防护电路的三个接线端分别与所述第一电流输出线路、所述第二电流输出线路和所述第一保护接地电连接。

2.根据权利要求1所述的防雷超声波风速风向仪，其特征在于，

所述电源线路包括第一电源电压输入端、第一电源电压输出端和第二电源电压输入端、第二电源电压输出端；所述电感电路包括第一电感和第二电感；

所述第一电感的第一端与所述第一电源电压输入端电连接，所述第一电感的第二端与所述第一电源电压输出端电连接；所述第二电感的第一端与所述第二电源电压输入端电连接；所述第二电感的第二端与所述第二电源电压输出端电连接；

所述第一级电路的第一端与所述第一电感的第一端电连接，所述第一级电路的第二端与所述第二电感的第一端电连接；

所述第二级电路的第一端与所述第一电感的第二端电连接，所述第二级电路的第二端与所述第二电感的第二端电连接。

3.根据权利要求2所述的防雷超声波风速风向仪，其特征在于，

所述第一级电路包括串联连接的第一压敏电阻和第一温度保险丝；所述第一压敏电阻的第一端与所述第一电感的第一端电连接；第一压敏电阻的第二端与第一温度保险丝的第一端电连接，所述第一温度保险丝的第二端与所述第二电感的第一端电连接；

所述第二级电路包括串联连接的第二压敏电阻、第二温度保险丝；所述第二压敏电阻的第一端与所述第一电感的第二端电连接；第二压敏电阻的第二端与第二温度保险丝的第一端电连接，所述第二温度保险丝的第二端与所述第二电感的第二端电连接。

4.根据权利要求3所述的防雷超声波风速风向仪，其特征在于，所述电源防雷电路还包括：第一气体放电管、第二气体放电管和第二保护接地；

所述第一气体放电管的第一端与所述第二电源电压输入端电连接；所述第二气体放电管的第二端与所述第二电源电压输出端电连接；所述第一气体放电管的第二端和所述第二气体放电管的第二端均与第二保护接地电连接。

5.根据权利要求4所述的防雷超声波风速风向仪，其特征在于，

所述第一级电路包括m个所述第一压敏电阻串联；所述第二级电路包括n个所述第二压敏电阻串联；所述第一级电路与所述第二级电路并联；m和n大于等于1且为整数。

6.根据权利要求1所述的防雷超声波风速风向仪，其特征在于，

所述通讯信号防雷电路包括输入端、输出端和接地端；所述输入端通过所述第一通讯线路与所述通讯模块连接；所述输出端通过所述第二通讯线路与所述通讯模块连接；所述接地端通过所述第三通讯线路与所述通讯模块连接；

所述第一级防雷模块包括第三气体放电管；所述第三气体放电管的第一端与所述输入端电连接，所述第三气体放电管的第二端与所述输出端电连接；所述第三气体放电管的第三端与所述接地端电连接；

所述第一限流保护电路包括第三压敏电阻和第四压敏电阻；所述第三压敏电阻的第一端与所述通讯模块电连接；所述第三压敏电阻的第二端与所述输出端电连接；所述第四压敏电阻的第一端与所述通讯模块电连接；所述第四压敏电阻的第二端与所述输出端电连接；

所述第二级防雷模块包括第一瞬态抑制二极管、第二瞬态抑制二极管和第三瞬态抑制二极管；

所述第一瞬态抑制二极管的第一端和所述第二瞬态抑制二极管的第一端短接后作为所述第二级防雷模块的第一端；所述第二级防雷模块的第一端与所述第一通讯线路电连接；

所述第三瞬态抑制二极管的第一端和所述第一瞬态抑制二极管的第二端短接后作为所述第二级防雷模块的第二端；所述第二级防雷模块的第二端与所述第二通讯线路电连接；

所述第二瞬态抑制二极管的第二端与所述第三瞬态抑制二极管的第二端短接后作为所述第二级防雷模块的第三端；所述第二级防雷模块的第三端与所述第三通讯线路电连接。

7.根据权利要求6所述的防雷超声波风速风向仪，其特征在于，所述通讯信号防雷电路还包括第一电阻、电容和第三保护接地；

所述第一电阻的第一端、所述电容的第一端均与所述第三通讯线路电连接；

所述第一电阻的第二端、所述电容的第二端均与所述第三保护接地电连接。

8.根据权利要求1所述的防雷超声波风速风向仪，其特征在于，

所述第一级防护电路包括第四气体放电管；

所述第四气体放电管的第一端与所述第一电流输出线路电连接；所述第四气体放电管的第二端与所述第二电流输出线路电连接；所述第四气体放电管的第三端与所述第一保护接地电连接；

所述第二级防护电路包括第四瞬态抑制二极管、第五瞬态抑制二极管和第六瞬态抑制二极管；

所述第四瞬态抑制二极管的第一端与所述第五瞬态抑制二极管的第一端短接后作为所述第二级防护电路的第一端；所述第二级防护电路的第一端与所述第一电流输出线路电连接；

所述第五瞬态抑制二极管的第二端与所述第六瞬态抑制二极管的第一端短接后作为所述第二级防护电路的第二端；所述第二级防护电路的第二端与所述第二电流输出线路电连接；

所述第四瞬态抑制二极管的第二端与所述第六瞬态抑制二极管的第二端短接后作为所述第二级防护电路的第三端；所述第二级防护电路的第三端与所述第一保护接地电连接。

9.根据权利要求8所述的防雷超声波风速风向仪，其特征在于，所述第二限流保护电路包括第五压敏电阻和第六压敏电阻；所述第五压敏电阻串联于所述第四气体放电管的第一端和所述第二级防护电路的第一端之间；所述第六压敏电阻串联于所述第四气体放电管的第二端和所述第二级防护电路的第三端之间。

10.根据权利要求1所述的防雷超声波风速风向仪，其特征在于，包括：主体、第一支撑架、第一组超声波探头、第二支撑架和第二组超声波探头；

所述第一组超声波探头包括第一超声波探头和第二超声波探头；所述第一超声波探头和所述第二超声波探头位于所述第一支撑架的两端；

所述第二组超声波探头包括第三超声波探头和第四超声波探头；所述第三超声波探头和所述第四超声波探头位于所述第二支撑架的两端；

所述第一超声波探头和所述第二超声波探头的连线与所述三超声波探头和所述第四超声波探头的连线在同一平面内垂直交叉。

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