專(zhuān)利名稱(chēng)：遙測(cè)雷電電流的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及雷電參數(shù)測(cè)量領(lǐng)域，特別是一種遙測(cè)雷電電流的裝置。
背景技術(shù)：
在各種防雷設(shè)計(jì)中，雷電電流參數(shù)是必不可少的參數(shù)之一。為了優(yōu)化 雷電防雷系統(tǒng)，針對(duì)每個(gè)地區(qū)，甚至一些特殊建筑物，都應(yīng)該有一套比較 真實(shí)的雷電電流參數(shù)?？晌覈?guó)的雷電電流參數(shù)基本上是沿用國(guó)外的數(shù)據(jù)， 不能夠反映我國(guó)的地域特性。而且國(guó)外的雷電電流參數(shù)也主要是通過(guò)測(cè)量 打到較高鐵塔上的雷電得到的。打到較高鐵塔上的雷一般是上行雷，缺少 打到一般建筑物(比如送電鐵塔或各種樓房)上的雷電中所包含的首次回 擊。也就是國(guó)外的雷電電流參數(shù)本身的真實(shí)性也不是很高。最近也有一些 雷電定位裝置可以測(cè)雷電回?fù)綦娏鞣逯导白兓剩`差非常大。而且，一個(gè)雷電除了回?fù)粢酝?，還有M-分量及連續(xù)電流，對(duì)于這些成分現(xiàn)有雷 電定位裝置不能進(jìn)行測(cè)量。發(fā)明內(nèi)容因此，本實(shí)用新型的任務(wù)是提供 一 種能夠遙測(cè)雷電電流的裝置。 本實(shí)用新型的另一任務(wù)是提供一種光信號(hào)測(cè)量裝置。一方面，本發(fā)明提供的一種遙測(cè)雷電電流的裝置，其特征在于，包括雷電光信號(hào)測(cè)量裝置，用于測(cè)量雷電近地面通道不同高度下所發(fā)出的 光信號(hào)；雷聲測(cè)量裝置，用于測(cè)量雷電發(fā)出的聲信號(hào)； 電磁輻射場(chǎng)測(cè)量裝置，用于測(cè)量雷電所產(chǎn)生的電》茲輻射場(chǎng)；以及雷電三維通道及落雷點(diǎn)距離裝置，分別與所述雷電光信號(hào)測(cè)量裝置和 雷聲測(cè)量裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電的聲信號(hào)和光信號(hào)計(jì)算雷電三維 通道和落雷點(diǎn)距離；雷電回?fù)羲俣妊b置，分別與所述雷電光信號(hào)測(cè)量裝置和所述雷電三維 通道及落雷點(diǎn)距離裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電光信號(hào)、所述雷電三維 通道及落雷點(diǎn)距離計(jì)算雷電回?fù)羲俣龋?br> 近地雷電光信號(hào)裝置，與所述雷電光信號(hào)測(cè)量裝置電連接，用于根據(jù)
所述雷電光信號(hào)得到最靠近地面的雷電光信號(hào)；
雷電回?fù)綦娏鞣逯笛b置，分別與所述雷電三維通道及落雷點(diǎn)距離裝 置、雷電回?fù)羲俣妊b置和電磁輻射場(chǎng)測(cè)量裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電 的電磁輻射場(chǎng)信號(hào)、雷電回?fù)羲俣?、雷電三維通道以及落雷點(diǎn)距離來(lái)獲取
回?fù)綦娏鞣逯担?br> 雷電電流裝置，分別與所述近地雷電光信號(hào)裝置和雷電回?fù)綦娏鞣逯?裝置電連接，用于根據(jù)所述最靠近地面的雷電光信號(hào)和所述回?fù)綦娏鞣逯?得到雷電電流的波形。
上述裝置中，所述回?fù)綦娏鞣逯祪?yōu)選繼后回?fù)綦娏鞣逯怠?上述裝置中，所述光信號(hào)測(cè)量裝置優(yōu)選光信號(hào)圖像獲取裝置。 上述裝置中，所述雷聲測(cè)量裝置還優(yōu)選包括麥克風(fēng)陣列。 進(jìn)一步地，所述麥克風(fēng)陣列優(yōu)選立體陣列。
進(jìn)一步地，所述麥克風(fēng)陣列中任一麥克風(fēng)距離地面的高度優(yōu)選大于1米。
進(jìn)一步地，所述麥克風(fēng)陣列中相鄰麥克風(fēng)的距離優(yōu)選為l米。 進(jìn)一步地，所述雷電光信號(hào)測(cè)量裝置，包括用于成像的鏡頭、多個(gè)光 電二極管和多根光纖，所述光纖包括輸入端和輸出端，所述光纖的輸入端 組成光纖陣列并設(shè)置于所述鏡頭像平面處，所述光電二極管設(shè)置在所述光 纖的輸出端。
上述裝置中，優(yōu)選每個(gè)光電二極管接收多根光纖的輸出。
本發(fā)明裝置不但可以測(cè)量回?fù)綦娏鞑ㄐ?，還能測(cè)量M-分量及連續(xù)電 流的波形，可以廣泛應(yīng)用在電力部門(mén)，通信部門(mén)，鐵道交通部門(mén)，及各地 防雷公司。


以下，結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明實(shí)用新型的實(shí)施例，其中 圖1為遙測(cè)雷電電流裝置的示意圖；圖2a為實(shí)施例中的一種雷電近地面通道不同高度所發(fā)出的光信號(hào)測(cè) 量裝置結(jié)構(gòu)圖，圖2b為光纖輸入端排成的陣列結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為雷聲三維定位實(shí)施例的麥克風(fēng)陣列圖； 圖4為遙測(cè)雷電電流的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1是一個(gè)遙測(cè)雷電電流裝置的實(shí)施例。該實(shí)施例中的遙測(cè)雷電電流 裝置包括，
雷電電流裝置，用于根據(jù)所述最靠近地面的雷電光信號(hào)和所述回?fù)綦?流峰值得到雷電電流的波形。雷電光信號(hào)測(cè)量裝置1，用于測(cè)量雷電近地 面通道不同高度下所發(fā)出的光信號(hào)，其中，如圖4所示，；
雷聲測(cè)量裝置7，用于測(cè)量雷電發(fā)出的聲信號(hào)； 電石茲輻射場(chǎng)測(cè)量裝置4,用于測(cè)量雷電所產(chǎn)生的電f茲輻射場(chǎng)； 雷電三維通道及落雷點(diǎn)距離裝置，分別與所述雷電光信號(hào)測(cè)量裝置和
雷聲測(cè)量裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電的聲信號(hào)和光信號(hào)計(jì)算雷電三維
通道和落雷點(diǎn)距離；
雷電回?fù)羲俣妊b置，分別與所述雷電光信號(hào)測(cè)量裝置和所述雷電三維
通道及落雷點(diǎn)距離裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電光信號(hào)、所述雷電三維
通道及落雷點(diǎn)距離計(jì)算雷電回?fù)羲俣龋?br> 近地雷電光信號(hào)裝置，與所述雷電光信號(hào)測(cè)量裝置電連接，用于根據(jù)
所述雷電光信號(hào)得到最靠近地面的雷電光信號(hào)；
雷電回?fù)綦娏鞣逯笛b置，分別與所述雷電三維通道及落雷點(diǎn)距離裝 置、雷電回?fù)羲俣妊b置和電磁輻射場(chǎng)測(cè)量裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電 的電磁輻射場(chǎng)信號(hào)、雷電回?fù)羲俣?、雷電三維通道以及落雷點(diǎn)距離來(lái)獲取 回?fù)綦娏鞣逯担?br> 雷電電流裝置，分別與所述近地雷電光信號(hào)裝置和雷電回?fù)綦娏鞣逯?裝置電連接，用于根據(jù)所述最靠近地面的雷電光信號(hào)和所述回?fù)綦娏鞣逯?得到雷電電流的波形。
在本實(shí)施例中，雷電三維通道及落雷點(diǎn)距離裝置、雷電回?fù)羲俣妊b置、 近地雷電光信號(hào)裝置、雷電回?fù)綦娏鞣逯笛b置和雷電電流裝置全部由計(jì)算 機(jī)11擔(dān)當(dāng)，其功能通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了提高信號(hào)強(qiáng)度和便于后續(xù)數(shù)據(jù)處理，還分別使用了信號(hào)放大器對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行;汶大，并使用A/D板 將放大后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，如圖l所示，雷電光信號(hào)測(cè)量裝置 1至所述計(jì)算機(jī)11之間的電路上順序設(shè)有第一信號(hào)放大器2和第一 A/D 板3，雷電光信號(hào)測(cè)量裝置1測(cè)量得到的信號(hào)經(jīng)過(guò)第一信號(hào)放大器2的放 大和第一 A/D板3的模數(shù)轉(zhuǎn)換后，再由計(jì)算機(jī)ll進(jìn)行處理；雷聲測(cè)量裝 置7至所述計(jì)算機(jī)11之間的電路上順序設(shè)有第三信號(hào)放大器8和第一 A/D 板9,雷聲測(cè)量裝置7測(cè)量得到的信號(hào)經(jīng)過(guò)第三信號(hào)放大器8的放大和第 一 A/D板9的模數(shù)轉(zhuǎn)換后，再由計(jì)算機(jī)11進(jìn)行處理；電磁輻射場(chǎng)測(cè)量裝 置4至所述計(jì)算機(jī)11之間的電路上順序設(shè)有第二信號(hào)放大器5和第一 A/D 板6,電磁輻射場(chǎng)測(cè)量裝置4測(cè)量得到的信號(hào)經(jīng)過(guò)第二信號(hào)放大器5的放 大和第二 A/D板6的模數(shù)轉(zhuǎn)換后，再由計(jì)算機(jī)11進(jìn)行處理。
其中，雷電光信號(hào)測(cè)量裝置1的結(jié)構(gòu)采用如圖2a和圖2b所示的一種 光信號(hào)測(cè)量裝置，圖2a為該光信號(hào)測(cè)量裝置的示意圖，該裝置包括照相 機(jī)、多個(gè)光電二極管15和多才艮光纖13,所述光纖13包括輸入端和輸出端， 光纖13的輸入端排列成平面陣列，如圖2b所示，并設(shè)置在照相機(jī)鏡頭12 后的像平面上，由照相機(jī)鏡頭12所成的圖像被光纖13輸入端的陣列采集， 陣列中各光纖的輸出端分別耦合輸入光電二極管15,由于本實(shí)施例中需要 測(cè)量的雷電形狀主要是線(xiàn)狀，出于成本上的考慮，本實(shí)施例的雷電光信號(hào) 測(cè)量裝置1中的光纖陣列每一行光纖的輸出端都耦合入一個(gè)光電二極管 中。圖2的雷電光信號(hào)測(cè)量裝置的響應(yīng)時(shí)間可以^:到小于IO納秒，而一 般閃電中一次回?fù)舻纳仙龝r(shí)間為50納秒到幾孩i秒之間，所以本實(shí)施例的 測(cè)量裝置完全可以滿(mǎn)足速度上的需求，捕捉到閃電的瞬間。另外，對(duì)應(yīng)于 雷電光信號(hào)測(cè)量裝置的多通道第一信號(hào)放大器2帶寬優(yōu)選大于20MHz,第 一 A/D板3的采樣速率優(yōu)選大于60MHz。
圖3所示為本實(shí)施例中所采用的立體麥克風(fēng)陣列作為雷聲測(cè)量裝置， 由4個(gè)麥克風(fēng)組成，其中的三個(gè)組成等邊三角形，另外一個(gè)設(shè)置在該等邊 三角形 一個(gè)頂角的上方。該陣列中各個(gè)麥克風(fēng)彼此之間的距離優(yōu)選為1米， 并且所有的麥克風(fēng)距離地面的高度應(yīng)當(dāng)大于l米。麥克風(fēng)陣列對(duì)應(yīng)的多通 道第三信號(hào)放大器8的帶寬優(yōu)選大于20kHz,第三A/D板9的采樣速率優(yōu) 選大于40kHz。
所述電磁輻射場(chǎng)測(cè)量裝置可以使用通常的雷電輻射電磁場(chǎng)探頭，這對(duì) 本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的，相應(yīng)于電磁輻射場(chǎng)測(cè)量裝置的多通道第二信號(hào)放大器5帶寬優(yōu)選大于5MHz，第二 A/D板6的采樣速率優(yōu)選大于5MHz。 優(yōu)選地，本實(shí)施例中還將GPS天線(xiàn)10的輸出信號(hào)直接連接到計(jì)算機(jī) 11，用來(lái)確保世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。
本實(shí)施例的遙測(cè)雷電電流測(cè)量裝置釆用全自動(dòng)工作方式。用所述雷電 光信號(hào)觸發(fā)整個(gè)測(cè)量裝置。對(duì)于每一個(gè)要記錄的雷電，其光信號(hào)與電磁輻 射信號(hào)的記錄時(shí)間長(zhǎng)度優(yōu)選達(dá)到 一秒左右。其聲音信號(hào)的記錄時(shí)間長(zhǎng)度優(yōu) 選大于20秒。當(dāng)記錄完所有信號(hào)后，開(kāi)始按照如下所述的流程進(jìn)行各種 處理。
首先，雷電三維通道及落雷點(diǎn)距離裝置根據(jù)測(cè)到的雷電光信號(hào)及雷聲 信號(hào)確定雷電的三維通道及落雷點(diǎn)距離；
之后，雷電回?fù)羲俣妊b置根據(jù)雷電三維通道中不同部位的光信號(hào)，找 出它們之間的時(shí)間差，計(jì)算出雷電回?fù)羲俣龋?br> 然后，雷電回?fù)綦娏鞣逯笛b置利用測(cè)到的雷電電^t輻射場(chǎng)信號(hào)及上述 的落雷點(diǎn)距離和雷電回?fù)羲俣人愠隼纂娀負(fù)綦娏鞣逯?。進(jìn)行該處理時(shí)如果 所記錄的雷電包含有繼后回?fù)簦瑑?yōu)選計(jì)算繼后回?fù)糁械幕負(fù)綦娏鞣逯担?br> 之后，雷電電流裝置根據(jù)這一雷電回?fù)綦娏鞣逯?，該峰值?duì)應(yīng)雷電光 信號(hào)中光強(qiáng)最大的點(diǎn)，由于雷電的電流信號(hào)與雷電光信號(hào)強(qiáng)度存在特定的 函數(shù)關(guān)系，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的，所以通過(guò)峰值點(diǎn)的雷電光強(qiáng)度 和電流強(qiáng)度的數(shù)據(jù)，可以確定所述函數(shù)關(guān)系，并根據(jù)雷電通道最下部的光 信號(hào)(由近地雷電光信號(hào)裝置根據(jù)雷電光信號(hào)確定)，確定雷電電流的時(shí) 域波形；
最后，計(jì)算機(jī)保存該雷電電流波形，同時(shí)，也在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示該 雷電電流波形。
通過(guò)對(duì)雷電電流波形的研究，可以得到各種電流參數(shù)，例如對(duì)于回?fù)?電流，可以得到電流峰值、上升時(shí)間、峰寬、波尾持續(xù)時(shí)間等。由于能夠 準(zhǔn)確得到雷電電流波形，本實(shí)施例除了可以測(cè)量雷電回?fù)舻碾娏鞑ㄐ瓮猓?還可以得到雷電M-分量波形和雷電連續(xù)電流的波形，這都是現(xiàn)有雷電電 流遙測(cè)技術(shù)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
最后應(yīng)說(shuō)明的是，以上各附圖中的實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型遙測(cè) 雷電電流裝置的結(jié)構(gòu)和技術(shù)方案，但非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新 型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本實(shí)用新型的技 術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種遙測(cè)雷電電流的裝置，其特征在于，包括雷電光信號(hào)測(cè)量裝置，用于測(cè)量雷電近地面通道不同高度下所發(fā)出的光信號(hào)；雷聲測(cè)量裝置，用于測(cè)量雷電發(fā)出的聲信號(hào)；電磁輻射場(chǎng)測(cè)量裝置，用于測(cè)量雷電所產(chǎn)生的電磁輻射場(chǎng)；雷電三維通道及落雷點(diǎn)距離裝置，分別與所述雷電光信號(hào)測(cè)量裝置和雷聲測(cè)量裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電的聲信號(hào)和光信號(hào)計(jì)算雷電三維通道和落雷點(diǎn)距離；雷電回?fù)羲俣妊b置，分別與所述雷電光信號(hào)測(cè)量裝置和所述雷電三維通道及落雷點(diǎn)距離裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電光信號(hào)、所述雷電三維通道及落雷點(diǎn)距離計(jì)算雷電回?fù)羲俣?；近地雷電光信?hào)裝置，與所述雷電光信號(hào)測(cè)量裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電光信號(hào)得到最靠近地面的雷電光信號(hào)；雷電回?fù)綦娏鞣逯笛b置，分別與所述雷電三維通道及落雷點(diǎn)距離裝置、雷電回?fù)羲俣妊b置和電磁輻射場(chǎng)測(cè)量裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電的電磁輻射場(chǎng)信號(hào)、雷電回?fù)羲俣取⒗纂娙S通道以及落雷點(diǎn)距離來(lái)獲取回?fù)綦娏鞣逯?；雷電電流裝置，分別與所述近地雷電光信號(hào)裝置和雷電回?fù)綦娏鞣逯笛b置電連接，用于根據(jù)所述最靠近地面的雷電光信號(hào)和所述回?fù)綦娏鞣逯档玫嚼纂婋娏鞯牟ㄐ巍?br> 2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙測(cè)雷電電流的裝置，其特征在于，所述回 擊電流峰值為繼后回?fù)綦娏鞣逯怠?br> 3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙測(cè)雷電電流的裝置，其特征在于，所述光 信號(hào)測(cè)量裝置為光信號(hào)圖像獲取裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙測(cè)雷電電流的裝置，其特征在于，所述雷 聲測(cè)量裝置包括麥克風(fēng)陣列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的遙測(cè)雷電電流的裝置，其特征在于，所述麥 克風(fēng)陣列為立體陣列。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的遙測(cè)雷電電流的裝置，其特征在于，所 述麥克風(fēng)陣列中任一麥克風(fēng)距離地面的高度大于l米。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的遙測(cè)雷電電流的裝置，其特征在于，所 述麥克風(fēng)陣列中相鄰麥克風(fēng)的距離為1米。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙測(cè)雷電電流的裝置，其特征在于，所述雷 電光信號(hào)測(cè)量裝置包括用于成像的鏡頭、多個(gè)光電二極管和多根光纖，所 述光纖包括輸入端和輸出端，所述光纖的輸入端組成光纖陣列并設(shè)置于所 述鏡頭像平面處，所述光電二極管設(shè)置在所述光纖的輸出端。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的遙測(cè)雷電電流的裝置，其特征在于，所述每 個(gè)光電二極管接收多根光纖的輸出。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種遙測(cè)雷電電流的裝置，包括光信號(hào)測(cè)量裝置，用于測(cè)量雷電近地面通道不同高度下所發(fā)出的光信號(hào)；雷聲測(cè)量裝置，用于測(cè)量雷電發(fā)出的聲信號(hào)；電磁輻射場(chǎng)測(cè)量裝置，用于測(cè)量雷電所產(chǎn)生的電磁輻射場(chǎng)；雷電三維通道及落雷點(diǎn)距離裝置、雷電回?fù)羲俣妊b置、近地雷電光信號(hào)裝置、雷電回?fù)綦娏鞣逯笛b置和雷電電流裝置。本實(shí)用新型的遙測(cè)雷電電流裝置不但可以測(cè)量回?fù)綦娏鞑ㄐ?，還能測(cè)量M-分量及連續(xù)電流的波形，可以廣泛應(yīng)用在電力部門(mén)，通信部門(mén)，鐵道交通部門(mén)，及各地防雷公司。
文檔編號(hào)G01R19/00GK201222079SQ20082007952
公開(kāi)日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2008年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月21日
發(fā)明者呂偉濤, 青 孟, 張義軍, 王道洪 申請(qǐng)人:中國(guó)氣象科學(xué)研究院