專利名稱：一種主動(dòng)式避雷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主動(dòng)式避雷裝置，屬防雷和電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
雷電對(duì)電子產(chǎn)品、尤其是處于野外工作的電子產(chǎn)品的危害十分巨大，有報(bào)道稱，經(jīng)過對(duì)常年工作于野外的水文自動(dòng)化儀器的損壞因素進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)因雷電造成的損壞的比例高達(dá)70%以上，究其原因，可能有以下幾個(gè)方面1)雷電本身破壞力巨大。據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)，通常一次雷電所釋放的能量在數(shù)百兆焦?fàn)?MJ)以上、放電電流幅值在幾十千安(kA)以上，放電常還包含多次重復(fù)沖擊放電，放電的總持續(xù)時(shí)間在短至Is以內(nèi)，呈典型沖擊波特點(diǎn)；2)水文自動(dòng)化儀器絕大多數(shù)常年處于野外工作，相比于室內(nèi)電子設(shè)備，因少了建筑物的屏蔽以及接地不良等因素，本身暴露在更強(qiáng)雷電感應(yīng)環(huán)境中，使得供電、數(shù)據(jù)通信、 數(shù)據(jù)采集線路極易感應(yīng)串入強(qiáng)大的雷電流；3)當(dāng)今水文自動(dòng)化儀器絕大多數(shù)是電子產(chǎn)品，耐受電能沖擊的能力很低(一般僅為毫焦?fàn)栆韵?mj))。另外，電子技術(shù)從上世紀(jì)六十年代的電子管元器件發(fā)展到八十年代大型集成電路、當(dāng)今的超大規(guī)模集成電路以來，元件的耐受能量已由焦?fàn)柤?jí)降至毫焦?fàn)柤?jí)甚至更低；4)現(xiàn)有防雷產(chǎn)品性能不理想或因雷電的持續(xù)作用，導(dǎo)致避雷器極易產(chǎn)生性能下降或完全失效，同時(shí)又得不到及時(shí)更換。對(duì)于受雷電影響的對(duì)象來講，通?？蓪⒗讚舴譃橹睋衾缀透袘?yīng)雷兩種，電子裝置的防雷一般是防感應(yīng)雷。感應(yīng)雷是因?yàn)橹睋衾追烹姸袘?yīng)到附近的金屬導(dǎo)體中的，感應(yīng)雷主要通過電磁感應(yīng)的方式產(chǎn)生在雷云放電時(shí)，迅速變化的雷電流在其周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬變電磁場(chǎng)，在其附近的導(dǎo)體中產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，于是雷擊就產(chǎn)生了 雷電在導(dǎo)線上感應(yīng)起電涌，并沿導(dǎo)線傳播到與之相連的電子設(shè)備，當(dāng)這些設(shè)備的耐壓較低時(shí)就會(huì)被感應(yīng)雷損壞?？梢钥闯?，感應(yīng)雷產(chǎn)生的必要條件是金屬導(dǎo)體，對(duì)于電子裝置而言，就是與之連接的導(dǎo)線，而且，導(dǎo)線越長(zhǎng)、延伸范圍越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越高，引起的電涌越大。為抑制導(dǎo)線中的電涌，人們發(fā)明了線路電涌避雷器(SPD)。早期的線路避雷器是開放的空氣間隙，當(dāng)過電壓侵入時(shí)，空氣間隙被擊穿，過電壓被箝位到很低的水平，過電流也通過空氣間隙泄放入地，實(shí)現(xiàn)了避雷器對(duì)線路的保護(hù)。氣體放電型避雷器的固有缺點(diǎn)沖擊擊穿電壓高；放電時(shí)延較長(zhǎng)(μ s級(jí))；殘壓波形陡峭(dv/ dt較大)。這些缺點(diǎn)決定了氣體放電型避雷器對(duì)敏感電氣設(shè)備的保護(hù)能力不強(qiáng)。在后來的研究中，人們發(fā)明了金屬氧化物半導(dǎo)體變阻器(MOV)，其伏-安特性更好，并具有響應(yīng)時(shí)間快、通流容量大等許多優(yōu)點(diǎn)，目前被普遍采用。毋容置疑，MOV避雷器也有缺點(diǎn)強(qiáng)大的雷電流可能將避雷器擊壞，而哪怕一次雷擊過程都是由多次組成，時(shí)間間隔很短，人們往往無法知道避雷器已經(jīng)失效，況且即使知道，也來不及更換；避雷器也可能因工作時(shí)間長(zhǎng)、材料老化而動(dòng)作電壓下降，當(dāng)動(dòng)作電壓下降到低于線路正常工作電壓(尤其
3是通信線路)的水平時(shí)，避雷器通過的交流電流增加，一方面會(huì)導(dǎo)致通信設(shè)備電平異常、工作失常，另一方面會(huì)導(dǎo)致避雷器發(fā)熱，最終會(huì)破壞MOV器件的非線性特性，加速避雷器部分短路燒毀。綜上所述，可以認(rèn)為防雷產(chǎn)品目前尚無萬試萬靈的產(chǎn)品，均不同程度存在應(yīng)用范圍受限、功能和性能不夠理想、可靠性不高、在雷電發(fā)生時(shí)保護(hù)程度有限等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目有在于針對(duì)當(dāng)前應(yīng)用電子裝置避雷器現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，經(jīng)過對(duì)電子產(chǎn)品應(yīng)用的某些實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)(如數(shù)據(jù)采集類的系統(tǒng))的工作特點(diǎn)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，有一大類設(shè)計(jì)處于有計(jì)劃的間斷工作的設(shè)備，比如每一時(shí)間段(每小時(shí)、每天……)工作很短時(shí)間的一次(幾秒鐘、幾分鐘……)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集記錄，然后向數(shù)據(jù)中心發(fā)送數(shù)據(jù)。雖然只是間斷工作，但這類系統(tǒng)仍然是處于常接通狀態(tài)，本發(fā)明通過時(shí)間結(jié)合環(huán)境因素控制，實(shí)現(xiàn)按設(shè)定時(shí)間段處于安全接通狀態(tài)，通過常斷開方法解決這類系統(tǒng)避雷問題，達(dá)到主動(dòng)避雷目的。本發(fā)明的目的是通過下列設(shè)計(jì)完成的由定時(shí)器(1)、濕度傳感器O)、單片機(jī) (3)、繼電器(4)和內(nèi)置電源( 依次連接組成主動(dòng)式避雷裝置，其特征是裝置內(nèi)的單片機(jī) (3)同時(shí)能夠接收定時(shí)器(1)和濕度傳感器(2)發(fā)出的信號(hào)，控制繼電器(4)按定時(shí)器(1) 發(fā)出的時(shí)間信號(hào)，定時(shí)斷開或閉合(接通)位于野外間斷工作的電子裝置的供電或通信線路，以降低雷擊發(fā)生時(shí)電子裝置正處于與外部連接的概率，降低雷電感應(yīng)涌流對(duì)電子裝置的損壞概率，主動(dòng)避雷。定時(shí)器⑴為單片機(jī)(3)提供精確日歷時(shí)鐘，自動(dòng)按設(shè)定的定時(shí)通/斷時(shí)間，讓被保護(hù)的電子裝置與外部連接線路按設(shè)定要求的通斷控制，使被保護(hù)的電子裝置在設(shè)定許可的處于不工作情況下，與外部連接處于徹底斷開的狀態(tài)。在定時(shí)接通時(shí)間內(nèi)，單片機(jī)(3)對(duì)濕度傳感器(2)通電使其工作并采集環(huán)境濕度數(shù)據(jù)，通過與事先設(shè)定的濕度值比較，判斷外部環(huán)境濕度的大小，間接評(píng)估雷電發(fā)生的概率并決定本次是否進(jìn)行安全接通；在一次定時(shí)通斷時(shí)間內(nèi)，通過采集濕度間接評(píng)估雷電發(fā)生概率并決定實(shí)現(xiàn)安全接通的嘗試可按設(shè)定反復(fù)多次。研究表明，雷云是產(chǎn)生雷電的基本因素，而空氣中有足夠的水蒸汽是雷云形成乃至放電(雷電)的必備條件。對(duì)于感應(yīng)雷來說，其能量傳導(dǎo)為電磁場(chǎng)，場(chǎng)的傳播與距離的平方呈反比，隨著距離的增加能量迅速衰減，故防感應(yīng)雷最主要的是防一定區(qū)域范圍內(nèi)的雷電，這也就是本發(fā)明要通過通過檢測(cè)環(huán)境濕度來判斷雷擊發(fā)生概率的主要原因。主動(dòng)式避雷裝置由定時(shí)器1、濕度傳感器2、單片機(jī)3、繼電器4和內(nèi)置電源5等依次連接組成，置于一具有電磁屏蔽功能的保護(hù)盒中。定時(shí)器1和單片機(jī)3處于常工作狀態(tài)， 定時(shí)器1產(chǎn)生精確時(shí)鐘，為單片機(jī)3提供時(shí)鐘，單片機(jī)3可按設(shè)定定時(shí)通斷的時(shí)間參數(shù)要求通過控制繼電器4實(shí)現(xiàn)對(duì)被保護(hù)的電子裝置的外部連接按設(shè)定時(shí)間的通斷控制，使得被保護(hù)的電子裝置在許可的處于不工作情況下，處于與外部連接徹底斷開的安全防雷的狀態(tài) (簡(jiǎn)稱一次時(shí)間任務(wù))。在一次時(shí)間任務(wù)內(nèi)，單片機(jī)3對(duì)濕度傳感器2通電使其工作并采集環(huán)境濕度數(shù)據(jù)，通過與事先設(shè)定的濕度值比較，判斷外部環(huán)境濕度的大小，評(píng)估雷電發(fā)生的概率，判定本次是否安全接通；在一次時(shí)間任務(wù)周期內(nèi)，通過采集濕度評(píng)估雷電發(fā)生概率實(shí)現(xiàn)安全接通的嘗試可反復(fù)多次，最終實(shí)現(xiàn)一次安全(簡(jiǎn)稱一次安全接通)。本發(fā)明主動(dòng)式避雷裝置內(nèi)的單片機(jī)3接收定時(shí)器1和濕度傳感器2發(fā)出的信號(hào)， 控制繼電器4斷開或閉合(接通)處于野外間斷工作的電子裝置的與外部連接的供電或通信線路，使得被保護(hù)的電子裝置只在處于工作時(shí)刻且環(huán)境濕度達(dá)標(biāo)情況下，方建立與外部線路的連接，而絕大部分時(shí)間內(nèi)，被保護(hù)的電子裝置與外部線路處于徹底斷開的安全防雷的狀態(tài)，有效降低雷擊發(fā)生時(shí)電子裝置正處于與外部線路連接的概率，降低雷電感應(yīng)涌流對(duì)電子裝置的損壞概率，達(dá)到主動(dòng)式避雷的目的。本發(fā)明采取內(nèi)置雙重電池供電，自身抗雷電性能好，采用低功耗設(shè)計(jì)，通常更換電池周期為1年以上，能夠滿足大多數(shù)使用要求。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明針對(duì)處于有計(jì)劃的間斷工作電子設(shè)備的特點(diǎn)設(shè)計(jì)，克服了現(xiàn)有避雷器被動(dòng)泄放電涌在遭遇一定強(qiáng)度之上的雷電、一次雷電連續(xù)多次泄放、一段時(shí)間多次雷電等造成避雷器性能下降、失效情況下造成被保護(hù)電子裝置損壞的不足，可大大降低雷擊發(fā)生時(shí)被保護(hù)電子裝置與外部線路的連接概率，降低感應(yīng)雷電流涌入的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式避雷。本發(fā)明設(shè)計(jì)有靈活的時(shí)間濕度設(shè)置功能，可依據(jù)環(huán)境濕度制定主動(dòng)式避雷策略，濕度的設(shè)定門檻值可現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)直至關(guān)閉，方便不同用戶的使用。本發(fā)明采取內(nèi)置雙重電池供電，自身抗雷電性能好，采用低功耗設(shè)計(jì)，通常更換電池周期為1年以上，能夠滿足大多數(shù)使用要求。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明的電路原理圖。圖3為本發(fā)明主動(dòng)式避雷的流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示的裝置組成結(jié)構(gòu)圖和圖2所示的裝置電路原理圖中，定時(shí)器1由時(shí)鐘芯片(Ul)和鈕扣電池組成，做為實(shí)施例，時(shí)鐘芯片(Ul)選用PHILIPS公司PCF8563專用時(shí)鐘集成芯片，時(shí)鐘精度高，功耗低，其典型工作電流值為0. 25uA(VDD = 3. 0V, Tamb = 25°C )。紐扣電池BTl選用CR2032鋰-二氧化錳，提供3V供電，容量為2IOmAh，年容降低于 2%，貯存壽命長(zhǎng)，可供時(shí)鐘芯片連續(xù)工作5年以上；濕度傳感器2(U2)選用Honeywell公司的HIH4000集成濕度傳感器，測(cè)量范圍0 100% RH,-40 85°C，測(cè)量精度3. 5% RH，供電 5VDC、200uA電流，輸出0 4VDC ；單片機(jī)3(U3)選用STC12LF1840T，超低功耗，自帶10位 A/D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度的數(shù)據(jù)采集；繼電器4(U4)選用歐姆龍公司的G3SD固態(tài)繼電器，控制輸入DC 2 6V，控制電流mA以下，控制輸出常開，接點(diǎn)電壓DC 0 24V或AC 220V，接點(diǎn)電流IA以上，絕緣電阻100ΜΩ以上，耐壓2500V以上。根據(jù)被保護(hù)對(duì)象需要進(jìn)行通斷控制的線路數(shù)，可選擇多個(gè)繼電器構(gòu)成多路控制；內(nèi)置電源5 BT2可選用3V大容量堿性電池或大容量鋰電池，單片機(jī)可使用的電壓范圍為1. 8 3. 6V，容量通常計(jì)算為1500 4000mAH， 為了延長(zhǎng)電池更換周期，采用2節(jié)電池并聯(lián)，計(jì)算結(jié)合測(cè)試結(jié)果表明(在每天接通2次、每次10分鐘、控制2路線路情況下)可連續(xù)供電1 3年及以上。
如圖3的本發(fā)明主動(dòng)式避雷策略流程圖所示，通過嵌入式程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能， 可供設(shè)定定時(shí)時(shí)間to、濕度在監(jiān)測(cè)延時(shí)時(shí)間tl、安全濕度數(shù)值ho、控制外部線路連接接通時(shí)間t2和時(shí)間任務(wù)內(nèi)的接通嘗試次數(shù)η。其中to可實(shí)現(xiàn)按每天M小時(shí)內(nèi)設(shè)置多個(gè)任一時(shí)間，也可以按每小時(shí)設(shè)置多個(gè)任一時(shí)刻……，做為實(shí)施例，如設(shè)置每天AM 8:00和PM 8:00 二個(gè)時(shí)間段接通；tl為裝置對(duì)環(huán)境濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)后判斷當(dāng)前環(huán)境濕度大于設(shè)定值h0，認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)較大，適宜將接通任務(wù)推后的時(shí)間間隔，如設(shè)定1小時(shí)；t2為接通控制的持續(xù)時(shí)間，如設(shè)定為10分鐘；安全濕度數(shù)值h0和接通嘗試次數(shù)η可根據(jù)使用現(xiàn)場(chǎng)的具體情況設(shè)定，也可以根據(jù)季節(jié)不同進(jìn)行調(diào)整，若認(rèn)為低濕段與雷電關(guān)系不十分明顯，可將h0設(shè)置大一些，控制在雷雨來臨之前及雷雨正在發(fā)生的前后一段時(shí)間被保護(hù)電子裝置與外部線路連接處于完全斷開的相對(duì)安全境況，如雨季設(shè)置h0 = 85% RH, η = 3。
權(quán)利要求
1.一種主動(dòng)式避雷裝置，由定時(shí)器(1)、濕度傳感器O)、單片機(jī)(3)、繼電器(4)和內(nèi)置電源( 依次連接組成，其特征是裝置內(nèi)的單片機(jī)(3)同時(shí)能夠接收定時(shí)器(1)和濕度傳感器⑵發(fā)出的信號(hào)，控制繼電器⑷按定時(shí)器⑴發(fā)出的時(shí)間信號(hào)，定時(shí)斷開或閉合 (接通)位于野外間斷工作的電子裝置的供電或通信線路，以降低雷擊發(fā)生時(shí)電子裝置正處于與外部連接的概率，降低雷電感應(yīng)涌流對(duì)電子裝置的損壞概率，主動(dòng)避雷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式避雷裝置，其特征是定時(shí)器(1)為單片機(jī)C3)提供精確日歷時(shí)鐘，自動(dòng)按設(shè)定的定時(shí)通/斷時(shí)間，讓被保護(hù)的電子裝置與外部連接線路按設(shè)定要求的通斷控制，使被保護(hù)的電子裝置在設(shè)定許可的處于不工作情況下，與外部連接處于徹底斷開的狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的主動(dòng)式避雷裝置，其特征是在定時(shí)接通時(shí)間內(nèi)，單片機(jī) (3)對(duì)濕度傳感器( 通電使其工作并采集環(huán)境濕度數(shù)據(jù)，通過與事先設(shè)定的濕度值比較， 判斷外部環(huán)境濕度的大小，間接評(píng)估雷電發(fā)生的概率并決定本次是否進(jìn)行安全接通；在一次定時(shí)通斷時(shí)間內(nèi)，通過采集濕度間接評(píng)估雷電發(fā)生概率并決定實(shí)現(xiàn)安全接通的嘗試可按設(shè)定反復(fù)多次。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種主動(dòng)式避雷裝置，由定時(shí)器1、濕度傳感器2、單片機(jī)3、繼電器4和內(nèi)置電源5等依次連接組成，其特征可按設(shè)定的時(shí)間和環(huán)境濕度參數(shù)要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)被保護(hù)的電子裝置的外部連接線路的通斷控制，使得被保護(hù)的電子裝置只在處于工作時(shí)刻且環(huán)境濕度達(dá)標(biāo)情況下，方建立與外部線路的連接，而絕大部分時(shí)間內(nèi)，被保護(hù)的電子裝置與外部線路處于徹底斷開的安全防雷的狀態(tài)，有效降低雷擊發(fā)生時(shí)電子裝置正處于與外部線路連接的概率，降低雷電感應(yīng)涌流對(duì)電子裝置的損壞概率，達(dá)到主動(dòng)式避雷的目的。
文檔編號(hào)G05B19/042GK102445912SQ201210014298
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者王維 申請(qǐng)人:王維