專利名稱：遙測雷電電流的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及雷電參數(shù)測量領域，特別是一種遙測雷電電流的裝置。
背景技術：
在各種防雷設計中，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)，針對每個地區(qū)，甚至一些特殊建筑物，都應該有一套比較 真實的雷電電流參數(shù)。可我國的雷電電流參數(shù)基本上是沿用國外的數(shù)據(jù)， 不能夠反映我國的地域特性。而且國外的雷電電流參數(shù)也主要是通過測量 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。也就是國外的雷電電流參數(shù)本身的真實性也不是很高。最近也有一些 雷電定位裝置可以測雷電回擊電流峰值及變化率，但誤差非常大。而且，一個雷電除了回擊以外，還有M-分量及連續(xù)電流，對于這些成分現(xiàn)有雷 電定位裝置不能進行測量。發(fā)明內(nèi)容因此，本實用新型的任務是提供 一 種能夠遙測雷電電流的裝置。 本實用新型的另一任務是提供一種光信號測量裝置。一方面，本發(fā)明提供的一種遙測雷電電流的裝置，其特征在于，包括雷電光信號測量裝置，用于測量雷電近地面通道不同高度下所發(fā)出的 光信號；雷聲測量裝置，用于測量雷電發(fā)出的聲信號； 電磁輻射場測量裝置，用于測量雷電所產(chǎn)生的電》茲輻射場；以及雷電三維通道及落雷點距離裝置，分別與所述雷電光信號測量裝置和 雷聲測量裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電的聲信號和光信號計算雷電三維 通道和落雷點距離；雷電回擊速度裝置，分別與所述雷電光信號測量裝置和所述雷電三維 通道及落雷點距離裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電光信號、所述雷電三維 通道及落雷點距離計算雷電回擊速度；
近地雷電光信號裝置，與所述雷電光信號測量裝置電連接，用于根據(jù)
所述雷電光信號得到最靠近地面的雷電光信號；
雷電回擊電流峰值裝置，分別與所述雷電三維通道及落雷點距離裝 置、雷電回擊速度裝置和電磁輻射場測量裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電 的電磁輻射場信號、雷電回擊速度、雷電三維通道以及落雷點距離來獲取
回擊電流峰值；
雷電電流裝置，分別與所述近地雷電光信號裝置和雷電回擊電流峰值 裝置電連接，用于根據(jù)所述最靠近地面的雷電光信號和所述回擊電流峰值 得到雷電電流的波形。
上述裝置中，所述回擊電流峰值優(yōu)選繼后回擊電流峰值。 上述裝置中，所述光信號測量裝置優(yōu)選光信號圖像獲取裝置。 上述裝置中，所述雷聲測量裝置還優(yōu)選包括麥克風陣列。 進一步地，所述麥克風陣列優(yōu)選立體陣列。
進一步地，所述麥克風陣列中任一麥克風距離地面的高度優(yōu)選大于1米。
進一步地，所述麥克風陣列中相鄰麥克風的距離優(yōu)選為l米。 進一步地，所述雷電光信號測量裝置，包括用于成像的鏡頭、多個光 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 組成光纖陣列并設置于所述鏡頭像平面處，所述光電二極管設置在所述光 纖的輸出端。
上述裝置中，優(yōu)選每個光電二極管接收多根光纖的輸出。
本發(fā)明裝置不但可以測量回擊電流波形，還能測量M-分量及連續(xù)電 流的波形，可以廣泛應用在電力部門，通信部門，鐵道交通部門，及各地 防雷公司。


以下，結(jié)合附圖來詳細說明實用新型的實施例，其中 圖1為遙測雷電電流裝置的示意圖；圖2a為實施例中的一種雷電近地面通道不同高度所發(fā)出的光信號測 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為雷聲三維定位實施例的麥克風陣列圖； 圖4為遙測雷電電流的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
圖1是一個遙測雷電電流裝置的實施例。該實施例中的遙測雷電電流 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和所述回擊電 流峰值得到雷電電流的波形。雷電光信號測量裝置1，用于測量雷電近地 面通道不同高度下所發(fā)出的光信號，其中，如圖4所示，；
雷聲測量裝置7，用于測量雷電發(fā)出的聲信號； 電石茲輻射場測量裝置4,用于測量雷電所產(chǎn)生的電f茲輻射場； 雷電三維通道及落雷點距離裝置，分別與所述雷電光信號測量裝置和
雷聲測量裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電的聲信號和光信號計算雷電三維
通道和落雷點距離；
雷電回擊速度裝置，分別與所述雷電光信號測量裝置和所述雷電三維
通道及落雷點距離裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電光信號、所述雷電三維
通道及落雷點距離計算雷電回擊速度；
近地雷電光信號裝置，與所述雷電光信號測量裝置電連接，用于根據(jù)
所述雷電光信號得到最靠近地面的雷電光信號；
雷電回擊電流峰值裝置，分別與所述雷電三維通道及落雷點距離裝 置、雷電回擊速度裝置和電磁輻射場測量裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電 的電磁輻射場信號、雷電回擊速度、雷電三維通道以及落雷點距離來獲取 回擊電流峰值；
雷電電流裝置，分別與所述近地雷電光信號裝置和雷電回擊電流峰值 裝置電連接，用于根據(jù)所述最靠近地面的雷電光信號和所述回擊電流峰值 得到雷電電流的波形。
在本實施例中，雷電三維通道及落雷點距離裝置、雷電回擊速度裝置、 近地雷電光信號裝置、雷電回擊電流峰值裝置和雷電電流裝置全部由計算 機11擔當，其功能通過軟件來實現(xiàn)。為了提高信號強度和便于后續(xù)數(shù)據(jù)處理，還分別使用了信號放大器對采集到的信號進行;汶大，并使用A/D板 將放大后的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，如圖l所示，雷電光信號測量裝置 1至所述計算機11之間的電路上順序設有第一信號放大器2和第一 A/D 板3，雷電光信號測量裝置1測量得到的信號經(jīng)過第一信號放大器2的放 大和第一 A/D板3的模數(shù)轉(zhuǎn)換后，再由計算機ll進行處理；雷聲測量裝 置7至所述計算機11之間的電路上順序設有第三信號放大器8和第一 A/D 板9,雷聲測量裝置7測量得到的信號經(jīng)過第三信號放大器8的放大和第 一 A/D板9的模數(shù)轉(zhuǎn)換后，再由計算機11進行處理；電磁輻射場測量裝 置4至所述計算機11之間的電路上順序設有第二信號放大器5和第一 A/D 板6,電磁輻射場測量裝置4測量得到的信號經(jīng)過第二信號放大器5的放 大和第二 A/D板6的模數(shù)轉(zhuǎn)換后，再由計算機11進行處理。
其中，雷電光信號測量裝置1的結(jié)構(gòu)采用如圖2a和圖2b所示的一種 光信號測量裝置，圖2a為該光信號測量裝置的示意圖，該裝置包括照相 機、多個光電二極管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，并設置在照相機鏡頭12 后的像平面上，由照相機鏡頭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,由于本實施例中需要 測量的雷電形狀主要是線狀，出于成本上的考慮，本實施例的雷電光信號 測量裝置1中的光纖陣列每一行光纖的輸出端都耦合入一個光電二極管 中。圖2的雷電光信號測量裝置的響應時間可以^:到小于IO納秒，而一 般閃電中一次回擊的上升時間為50納秒到幾孩i秒之間，所以本實施例的 測量裝置完全可以滿足速度上的需求，捕捉到閃電的瞬間。另外，對應于 雷電光信號測量裝置的多通道第一信號放大器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所示為本實施例中所采用的立體麥克風陣列作為雷聲測量裝置， 由4個麥克風組成，其中的三個組成等邊三角形，另外一個設置在該等邊 三角形 一個頂角的上方。該陣列中各個麥克風彼此之間的距離優(yōu)選為1米， 并且所有的麥克風距離地面的高度應當大于l米。麥克風陣列對應的多通 道第三信號放大器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。
所述電磁輻射場測量裝置可以使用通常的雷電輻射電磁場探頭，這對 本領域技術人員是熟知的，相應于電磁輻射場測量裝置的多通道第二信號放大器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，本實施例中還將GPS天線10的輸出信號直接連接到計算機 11，用來確保世界標準時間。
本實施例的遙測雷電電流測量裝置釆用全自動工作方式。用所述雷電 光信號觸發(fā)整個測量裝置。對于每一個要記錄的雷電，其光信號與電磁輻 射信號的記錄時間長度優(yōu)選達到 一秒左右。其聲音信號的記錄時間長度優(yōu) 選大于20秒。當記錄完所有信號后，開始按照如下所述的流程進行各種 處理。
首先，雷電三維通道及落雷點距離裝置根據(jù)測到的雷電光信號及雷聲 信號確定雷電的三維通道及落雷點距離；
之后，雷電回擊速度裝置根據(jù)雷電三維通道中不同部位的光信號，找 出它們之間的時間差，計算出雷電回擊速度；
然后，雷電回擊電流峰值裝置利用測到的雷電電^t輻射場信號及上述 的落雷點距離和雷電回擊速度算出雷電回擊電流峰值。進行該處理時如果 所記錄的雷電包含有繼后回擊，優(yōu)選計算繼后回擊中的回擊電流峰值；
之后，雷電電流裝置根據(jù)這一雷電回擊電流峰值，該峰值對應雷電光 信號中光強最大的點，由于雷電的電流信號與雷電光信號強度存在特定的 函數(shù)關系，這對本領域技術人員是熟知的，所以通過峰值點的雷電光強度 和電流強度的數(shù)據(jù)，可以確定所述函數(shù)關系，并根據(jù)雷電通道最下部的光 信號(由近地雷電光信號裝置根據(jù)雷電光信號確定)，確定雷電電流的時 域波形；
最后，計算機保存該雷電電流波形，同時，也在計算機屏幕上顯示該 雷電電流波形。
通過對雷電電流波形的研究，可以得到各種電流參數(shù)，例如對于回擊 電流，可以得到電流峰值、上升時間、峰寬、波尾持續(xù)時間等。由于能夠 準確得到雷電電流波形，本實施例除了可以測量雷電回擊的電流波形外， 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 流遙測技術中無法實現(xiàn)的。
最后應說明的是，以上各附圖中的實施例僅用以說明本實用新型遙測 雷電電流裝置的結(jié)構(gòu)和技術方案，但非限制。盡管參照實施例對本實用新 型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本實用新型的技 術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求1.一種遙測雷電電流的裝置，其特征在于，包括雷電光信號測量裝置，用于測量雷電近地面通道不同高度下所發(fā)出的光信號；雷聲測量裝置，用于測量雷電發(fā)出的聲信號；電磁輻射場測量裝置，用于測量雷電所產(chǎn)生的電磁輻射場；雷電三維通道及落雷點距離裝置，分別與所述雷電光信號測量裝置和雷聲測量裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電的聲信號和光信號計算雷電三維通道和落雷點距離；雷電回擊速度裝置，分別與所述雷電光信號測量裝置和所述雷電三維通道及落雷點距離裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電光信號、所述雷電三維通道及落雷點距離計算雷電回擊速度；近地雷電光信號裝置，與所述雷電光信號測量裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電光信號得到最靠近地面的雷電光信號；雷電回擊電流峰值裝置，分別與所述雷電三維通道及落雷點距離裝置、雷電回擊速度裝置和電磁輻射場測量裝置電連接，用于根據(jù)所述雷電的電磁輻射場信號、雷電回擊速度、雷電三維通道以及落雷點距離來獲取回擊電流峰值；雷電電流裝置，分別與所述近地雷電光信號裝置和雷電回擊電流峰值裝置電連接，用于根據(jù)所述最靠近地面的雷電光信號和所述回擊電流峰值得到雷電電流的波形。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙測雷電電流的裝置，其特征在于，所述回 擊電流峰值為繼后回擊電流峰值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙測雷電電流的裝置，其特征在于，所述光 信號測量裝置為光信號圖像獲取裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙測雷電電流的裝置，其特征在于，所述雷 聲測量裝置包括麥克風陣列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的遙測雷電電流的裝置，其特征在于，所述麥 克風陣列為立體陣列。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的遙測雷電電流的裝置，其特征在于，所 述麥克風陣列中任一麥克風距離地面的高度大于l米。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的遙測雷電電流的裝置，其特征在于，所 述麥克風陣列中相鄰麥克風的距離為1米。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙測雷電電流的裝置，其特征在于，所述雷 電光信號測量裝置包括用于成像的鏡頭、多個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置于所 述鏡頭像平面處，所述光電二極管設置在所述光纖的輸出端。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的遙測雷電電流的裝置，其特征在于，所述每 個光電二極管接收多根光纖的輸出。
專利摘要本實用新型公開了一種遙測雷電電流的裝置，包括光信號測量裝置，用于測量雷電近地面通道不同高度下所發(fā)出的光信號；雷聲測量裝置，用于測量雷電發(fā)出的聲信號；電磁輻射場測量裝置，用于測量雷電所產(chǎn)生的電磁輻射場；雷電三維通道及落雷點距離裝置、雷電回擊速度裝置、近地雷電光信號裝置、雷電回擊電流峰值裝置和雷電電流裝置。本實用新型的遙測雷電電流裝置不但可以測量回擊電流波形，還能測量M-分量及連續(xù)電流的波形，可以廣泛應用在電力部門，通信部門，鐵道交通部門，及各地防雷公司。
文檔編號G01R19/00GK201222079SQ20082007952
公開日2009年4月15日 申請日期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 申請人:中國氣象科學研究院