[發(fā)明專利]一種本地及遠程探測相結(jié)合的一體式雷電預警組合探頭及其探測方法

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• 申請日: 2017-02-17
• 公開（公告）號: CN106707038A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周海波;金樂;劉坡;周衛(wèi)華
• 申請（專利權(quán)）人: 北京中自控創(chuàng)新科技發(fā)展有限公司;紹興為華電子科技有限公司
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08;G01W1/10
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雷電預警技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種本地及遠程探測相結(jié)合的一體式雷電預警組合探頭及其探測方法。

技術(shù)背景

雷電災害被聯(lián)合國列為“最嚴重的十種自然災害之一”，可引起森林和油庫火災，造成供電、通訊信息系統(tǒng)故障或損壞，嚴重威脅著人類生命及財產(chǎn)安全，特別是近幾十年以來，現(xiàn)代建筑修得越來越高，鋼材及金屬的普遍使用，使建筑物遭受雷擊的概率加大。由于雷擊危害巨大、成災迅速，且雷電發(fā)生的時間和空間具有很大的隨機性，從而給其研究、預報和防治帶來了極大的困難。

現(xiàn)有的雷電預警技術(shù)主要由以下三種方式實現(xiàn)：

1)通過對大氣電離現(xiàn)象或科羅娜效應進行探測。

2)通過射頻探測。

3)通過靜電場探測。

這三種方式的基本原理描述如下：

1)通過對大氣電離現(xiàn)象或科羅娜效應進行探測：

此種探測方式測量由雷電活動引起的電場變化所產(chǎn)生的電流，特別是在雷閃前產(chǎn)生的畸變。此種測量方式的缺點在于僅對電場的畸變進行探測，因此對于雷電的提前預知時間幾乎為零。因此這種方式僅能探測到已經(jīng)發(fā)生的雷電活動

2)通過射頻探測：

射頻探測方式探測雷電活動在大氣中產(chǎn)生的電磁場的變化。這種探測方式對于探測遠距離正在進行的雷電活動非常有效。同樣，此種探測方式并不能在雷電形成前得到任何有用的信息，對于探測器上方形成的雷電的提前預知時間幾乎為零。

3)通過靜電場探測：

此種探測方式探測大氣中的靜電場。當雷電靠近或在探測器上方形成時，帶電云層會引起探測器附近的大氣電場的上升。通過實時探測大氣電場值，可以提前預知探測器上方產(chǎn)生的雷電活動。此種探測方式的缺點為探測的范圍小于前兩種方式，對遠處活動的雷電云的運動趨勢無法提前預知。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的主要目的在于用單一的探頭結(jié)合不同的探測方式，對遠處正在活動的雷電所產(chǎn)生的電磁場畸變以及本地即將產(chǎn)生的雷電所引起的電場上升進行綜合探測，從而實現(xiàn)遠近程雷電綜合預警的特點。

一種本地及遠程探測相結(jié)合的一體式雷電預警組合探頭，包括殼體、底盤、固定螺栓、支撐桿以及組合探頭。

所述的殼體為半圓柱體結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)固和保護內(nèi)部零部件的功能。所述的底盤用于探頭密封，及承載內(nèi)部元器件。所述的固定螺栓用于將所述的組合探頭固定于支撐桿上。

所述的組合探頭內(nèi)置傳感控制模塊，所述的傳感控制模塊包括靜電場探測MEMS模塊、靜電場探測AD模塊、電磁場探測模塊、電磁場AD模塊、單片機、POE轉(zhuǎn)換接口、電源及連接端子。其中，所述的靜電場探測MEMS模塊和電磁場探測模塊通過各自相連的AD模塊分別進行AD數(shù)模轉(zhuǎn)換后與單片機連接，所述的單片機再通過UART接口與POE轉(zhuǎn)換接口連接；所述的POE轉(zhuǎn)換接口一端與電源連接，所述的電源與靜電場探測MEMS模塊及電磁場探測模塊相連，用于5v供電。所述的POE轉(zhuǎn)換接口另一端通過接線端子與外部進行連接。

所述的靜電場探測MEMS模塊和電磁場探測模塊分別用于采集大氣電場數(shù)值和電磁場畸變數(shù)據(jù)，然后由單片機進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及整合，再通過POE轉(zhuǎn)換模塊輸出雷電活動的本地和遠程綜合信息。

如上所述的組合探頭實現(xiàn)的綜合探測方法如下：

1)大氣靜電場探測模塊工作，通過單片機輸出大氣電場數(shù)據(jù)。

2)電磁場探測模塊工作，輸出遠程雷電活動范圍數(shù)據(jù)。

3)以上數(shù)據(jù)通過單片機整合輸出至POE轉(zhuǎn)換接口。

4)數(shù)據(jù)通過POE轉(zhuǎn)換接口輸出至探頭外部。

5)POE模塊同時對大氣靜電場傳感器及電磁場傳感器供電。

本發(fā)明的大氣靜電場探測模塊采用微型電機MEMS芯片，可在完全封閉的殼體中探測外部的大氣電場數(shù)值，探測精度至少為20V/m，量程至少為±50000V/m。電磁場探測模塊采用電磁場探測芯片，通過對雷電產(chǎn)生的畸變電磁場探測，輸出遠程雷電的活動范圍，最大探測直徑為80km。

本發(fā)明可以有效的提高雷電預警探頭的探測能力，將傳統(tǒng)的單一的本地探測和遠程探測結(jié)合在一起。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中的本地和遠程探測相結(jié)合的一體式雷電預警探頭結(jié)構(gòu)簡單，探測方式全面，輸出的雷電活動信息完整，同時實現(xiàn)了預警的提前性和大范圍探測的能力，取得了較好的技術(shù)效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一體式探頭的外部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明一體式探頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)拓撲圖。

附圖標記說明：