[實用新型]高塔雷電流測量裝置

有效

• 申請號: 201520308728.0
• 申請日: 2015-05-13
• 公開（公告）號: CN204595059U
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: 李炎新;么梅利;楊波;高成;孫晨鳴;石立華;邱實
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍理工大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 北京市振邦律師事務所 11389
• 代理人: 李朝輝

技術領域

本實用新型涉及一種基于激光供能和光纖傳輸的高塔雷電流測量裝置，特別是一種用于強電磁脈沖場干擾環境中的高塔雷電流測量裝置。

背景技術

雷電是自然界大氣中最強的放電現象，同時產生強烈的電磁輻射。雷電以其超強的電磁能量嚴重威脅電子設備的安全可靠運行。在微電子設備被廣泛使用的今天，因雷電的作用而蒙受損失的事件每年都有很多，且有越來越多的趨勢。而人們對雷電現象的認識還遠遠不夠，尚有大量的科學問題有待研究。無論是對雷電機理研究，還是對雷電效應、雷電防護和雷電定位研究等，都需要對雷電流和雷電電磁脈沖進行測量。迄今為止，準確可靠的自然雷電波形在我國還非常少。

傳統對雷電流全波測量的探頭主要有兩種：一種采用羅氏線圈，將羅氏線圈圍繞被測量雷電流，利用變壓器原理，得到雷電流信號；另一種是在雷電流通道中串聯阻值非常小的大功率電阻(毫歐量級)，俗稱分流器，測量分流器上的電壓，利用歐姆定律，可得到要測的雷電流信號。電流信號通過同軸屏蔽電纜或光電轉換裝置與后續的采集裝置連接。這是目前普遍采用的雷電流測量方式，但其有一個致命的缺陷，就是抗電磁干擾能力差。如果采用同軸電纜傳輸雷電流信號，受到的電磁干擾是非常強的，甚至信號被湮滅；如果用光纖來傳輸雷電流信號，電光轉換需要電源。如果采用電池供電，工作時間受電池容量限制；如果采用外電源供電，需要電纜來傳輸，又會引入電磁干擾。

實用新型內容

針對傳統的雷電流測量中所存在電磁干擾的問題和不足，本實用新型的目的是設計一種基于激光供能和光纖傳輸的高塔雷電流測量裝置，抗電磁干擾能力強，方便安裝在容易受雷擊的高塔上。

本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現：一種高塔雷電流測量裝置，包括羅氏線圈、氣體放電管、衰減器、光發射機、全介質光纜、光接收機及供能激光器，羅氏線圈、氣體放電管、衰減器、光發射機安裝在室外的高塔上并構成高塔部分，而光接收機和供能激光器安放在室內并構成室內部分，且高塔部分與室內部分由全介質光纜連接；所述的光發射機由半導體發光組件將雷電流電信號轉換成光信號，并由激光供能的光電池供電；所述的光接收機將雷電流光信號轉換成電信號。

所述氣體放電管、衰減器、光發射機均安裝在具有防水和屏蔽功能的金屬殼內。

雷電流電信號分成大信號和衰減后的小信號進行雙路傳輸。

光發射機直接由羅氏線圈輸出的雷電流信號直接驅動。

光發射機的供能由全介質光纜送來的激光供能。

還包括由與半導體發光組件串聯的調整電阻以及與調整電阻、半導體發光組件支路并聯的TVS瞬變電壓抑制二極管構成的第二級保護。

當流過半導體發光組件電流達到其能承受的最大電流時，調整電阻的電壓降與半導體發光組件的電壓降之和正好等于TVS瞬變電壓抑制二極管限幅電壓閾值。

本實用新型采用羅氏線圈作為電流探頭，而羅氏線圈圍繞被流過雷電流的引雷桿，輸出與被測雷電流波形一致的小電流，直接驅動半導體發光組件，將雷電流的強弱信號直接轉換成發光組件的光強信號，通過光纖傳送到遠端的光接收機。由于半導體發光組件是一個PN結，具有單向導電性，當負向雷電流流過時，發光組件截止、不發光，不能傳輸負向雷電流信號。通過給半導體發光組件預先通過一個直流偏置小電流，將其靜態工作點提高，就能讓正或負的雷電流通過并轉換成光信號由光纖傳輸。為了得到這個直流偏置小電流，利用光纖將激光器發出的光能送來，再由光電轉換器件(光電池)將光能轉換為電能，給半導體發光組件提供一個直流偏置。這樣完全由全介質的光纖來傳輸信號和提供能量，克服了電磁干擾的問題。

由于用于傳輸信號的半導體發光組件的動態范圍不大，一般在40dB左右。而自然界的雷電流可從幾千安培到幾百千安培，動態變化范圍非常大。為了增大測量動態范圍，將羅氏線圈輸出的雷電流信號分成兩路傳輸(大量程和小量程)，其中一路信號直接進行電光轉換(第1路，靈敏度高)，另一路先經過一個衰減器衰減后再進行電光轉換(第2路，靈敏度低但測量范圍大)。當雷電流較小時可由靈敏度高的第1路測量；當雷電流很大時可由測量范圍大的第2路測量。這就保證了大的測量動態范圍。