一種微型化雷電預(yù)警裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)的一種微型化的雷電預(yù)警裝置，其特征如下：該微型化雷電預(yù)警裝置包括高靈敏度微型電場(chǎng)傳感器、信號(hào)采集與處理單元、報(bào)警與顯示單元、電源和外殼五部分。所述的高靈敏度微型電場(chǎng)傳感器，可采用微型場(chǎng)磨式電場(chǎng)傳感器、微型振膜式電場(chǎng)傳感器或MEMS電場(chǎng)傳感器。所述的信號(hào)采集與處理單元，主要完成對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行處理，得到大氣電場(chǎng)幅值，并且依據(jù)幅值作為判斷閾值對(duì)雷擊危險(xiǎn)性進(jìn)行判斷。所述的報(bào)警與顯示單元，主要完成以聲光和數(shù)值方式把當(dāng)前電場(chǎng)值和雷擊危險(xiǎn)性給出提示的功能。本發(fā)明將高靈敏度的微型電場(chǎng)傳感器和嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合，組成微型化的雷電預(yù)警裝置，可隨身攜帶，在各種場(chǎng)合應(yīng)用，方便沒(méi)有專(zhuān)業(yè)知識(shí)的人員使用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種微型化雷電預(yù)警裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雷電預(yù)警裝置，尤其涉及一種微型化的雷電預(yù)警裝置，屬于雷電預(yù)警與探測(cè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]雷電災(zāi)害是最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一。全球每年因雷擊造成人員傷亡，財(cái)產(chǎn)損失不計(jì)其數(shù)，導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、信息系統(tǒng)癱瘓等事故頻繁發(fā)生，衛(wèi)星、通信、導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，乃至到每個(gè)家庭的家用電器都會(huì)受到雷電災(zāi)害的嚴(yán)重威脅。我國(guó)雷暴活動(dòng)也十分頻繁，全國(guó)有21個(gè)省會(huì)城市，雷暴日都在50天以上，最多達(dá)134天。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和現(xiàn)代化水平的不斷提高，信息技術(shù)的快速發(fā)展，城市建設(shè)高層建筑，和電子信息系統(tǒng)應(yīng)用的日益增多，雷電災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失及社會(huì)影響也越來(lái)越大，做好防雷減災(zāi)工作，不僅是安全生產(chǎn)不可缺少的重要環(huán)節(jié)，也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展，社會(huì)進(jìn)步和人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要保障。
[0003]資料顯示，在當(dāng)前全球氣候變暖的大背景下，像雷暴這種極端天氣出現(xiàn)的頻率、強(qiáng)度都不斷增加，從我國(guó)近30年的氣象資料看，雷電災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡事故日益嚴(yán)重，具有發(fā)生頻次多、范圍廣、危害嚴(yán)重、社會(huì)影響大的特點(diǎn)。中國(guó)氣象局統(tǒng)計(jì)，僅2006年，全國(guó)就發(fā)生雷電災(zāi)害近兩萬(wàn)起，其中，傷亡事故759起，造成717人死亡，640人受傷，全年因雷擊引起的火災(zāi)或爆炸事故234起，造成直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)6億元。數(shù)字不小。雷電災(zāi)害已成為危害程度僅次于暴雨洪澇、滑坡塌方的一大氣象災(zāi)害。
[0004]北京地區(qū)全年雷暴總數(shù)在32天至48天，夏季6月至8月均勻?yàn)?8天左右。雷暴天數(shù)分布上北京西北部山區(qū)和東部地區(qū)位列榜首，據(jù)北京市避雷裝置安全檢測(cè)中心的不完全統(tǒng)計(jì)，2012年5月4日到6月30日期間，北京發(fā)生的12起雷電災(zāi)害中，只有一起發(fā)生在城區(qū)，另外11起均發(fā)生在五環(huán)外，并造成I人死亡。
[0005]在我國(guó)目前的雷電預(yù)警體制中，中央氣象臺(tái)只能發(fā)布24小時(shí)的預(yù)報(bào)，短時(shí)的預(yù)報(bào)或臨近的預(yù)報(bào)是由地方臺(tái)、省臺(tái)、地區(qū)臺(tái)、地方臺(tái)去負(fù)責(zé)發(fā)布的，但是這種發(fā)布是針對(duì)未來(lái)幾個(gè)小時(shí)，某一個(gè)地區(qū)范圍的預(yù)警。但是雷暴的危害是局地性的，很多特殊行業(yè)不能因?yàn)榻裉煳磥?lái)幾個(gè)小時(shí)將要有雷暴，就不再進(jìn)行正常的工作與作業(yè)，比如旅游景區(qū)、高爾夫球場(chǎng)，不能因?yàn)榻裉鞂⒁欣妆?，就全天不營(yíng)業(yè)；山上的小學(xué)，不能因?yàn)榻裉鞂⒁欣妆?，就全天不上學(xué)。因此，對(duì)于雷電預(yù)警，更需要精細(xì)化的短時(shí)的預(yù)警，比如精確到幾公里范圍，預(yù)警時(shí)間在5-30分鐘的量級(jí)，這樣可以告訴人們，在未來(lái)5-30分鐘內(nèi)，本地將會(huì)有很大的雷擊危險(xiǎn)性，請(qǐng)大家暫停戶(hù)外活動(dòng)和工作，提前躲避到室內(nèi)，并且使敏感電器斷電、化工生產(chǎn)暫停，從而既保證人員、設(shè)備安全，又盡量減少對(duì)正常工作生活的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是設(shè)計(jì)微型化、便攜化的雷電預(yù)警裝置，代替?zhèn)鹘y(tǒng)雷電預(yù)警系統(tǒng)，以滿(mǎn)足可隨身攜帶，在各種場(chǎng)合使用的需求。
[0007]本發(fā)明公開(kāi)了一種微型化雷電預(yù)警裝置，該裝置將高靈敏度的微型電場(chǎng)傳感器和嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合，組成微型化的雷電預(yù)警裝置，可隨身攜帶，在各種場(chǎng)合應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
本發(fā)明公開(kāi)的一種微型化雷電預(yù)警裝置，其特征如下:
該微型化雷電預(yù)警裝置包括高靈敏度微型電場(chǎng)傳感器、信號(hào)采集與處理單元、報(bào)警與顯示單元、電源和外殼五部分。
[0009]所述的高靈敏度微型電場(chǎng)傳感器，可采用微型場(chǎng)磨式電場(chǎng)傳感器、微型振膜式電場(chǎng)傳感器或MEMS電場(chǎng)傳感器，能夠以非常小的體積完成對(duì)大氣電場(chǎng)的測(cè)量。所述的微型場(chǎng)磨式電場(chǎng)傳感器，是用微型無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)屏蔽極板周期性的對(duì)傳感器感應(yīng)極板進(jìn)行屏蔽與去屏蔽，把外界大氣電場(chǎng)斬波調(diào)制為周期性交變電場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣電場(chǎng)的測(cè)量；所述的微型振膜式電場(chǎng)傳感器是指用鍍金屬膜并且打孔的振膜和感應(yīng)電極組成，振膜可在驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)下往復(fù)振動(dòng)，使得與振膜與感應(yīng)電極距離周期性改變，從而實(shí)現(xiàn)把外界大氣電場(chǎng)斬波調(diào)制為周期性交變電場(chǎng)；所述的MEMS電場(chǎng) 傳感器，是指應(yīng)用MEMS技術(shù)制作的振膜式電場(chǎng)傳感器，體積小于2cm3。
[0010]所述的信號(hào)采集與處理單元，主要完成對(duì)高靈敏度微型電場(chǎng)傳感器的輸出電壓信號(hào)進(jìn)行采集濾波等處理，得到外界大氣電場(chǎng)的幅值，并且依據(jù)大氣電場(chǎng)的幅值大小作為雷擊危險(xiǎn)性閾值進(jìn)行判斷，雷擊危險(xiǎn)性閾值的大小根據(jù)使用環(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)所不同，但大致在5000V/m-20000V/m范圍；所述的信號(hào)采集與處理單元，具有有線或無(wú)線的處理算法更新接口，可方便對(duì)處理算法和內(nèi)置軟件進(jìn)行升級(jí)與更新，使得裝置應(yīng)用靈活。
[0011]所述的報(bào)警與顯示單元，主要完成以聲光和數(shù)值方式把當(dāng)前電場(chǎng)值和雷擊危險(xiǎn)性給出提示的功能。
[0012]所述的電源為鋰電池，為整個(gè)裝置提供能源。
[0013]所述的外殼為金屬外殼，為整個(gè)裝置提供支撐保護(hù)和電磁信號(hào)屏蔽。
[0014]本發(fā)明涉及的高靈敏度微型電場(chǎng)傳感器，不論是微型場(chǎng)磨式電場(chǎng)傳感器、微型振膜式電場(chǎng)傳感器或MEMS電場(chǎng)傳感器，其電場(chǎng)測(cè)量原理如下:
一個(gè)帶電體周?chē)鷷?huì)分布著電場(chǎng)，在電場(chǎng)中放置一塊金屬導(dǎo)體，導(dǎo)體表面就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷，感生電荷密度為:σ= εΚΕ
式中ε為介電常數(shù)，是由于導(dǎo)體放入引起的電場(chǎng)畸變系數(shù)。如果金屬導(dǎo)體的面積為，則感應(yīng)電荷量為:€ =
若感應(yīng)導(dǎo)體對(duì)地或是另一感應(yīng)測(cè)量端的電容量為C，則產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為: Q BKES
U----
C C
通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置使得外界的準(zhǔn)靜電場(chǎng)變成交變電場(chǎng)，在很短時(shí)間內(nèi)反復(fù)重復(fù)出現(xiàn)上述的感應(yīng)過(guò)程，測(cè)量這個(gè)感應(yīng)電壓，并且進(jìn)行相應(yīng)信號(hào)處理，即可得到電場(chǎng)數(shù)值。
[0015]本發(fā)明公開(kāi)的一種微型化雷電預(yù)警裝置，工作原理如下:
高靈敏度微型電場(chǎng)傳感器對(duì)大氣電場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)，將大氣電場(chǎng)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)傳給信號(hào)采集與處理單元，信號(hào)采集與處理單元對(duì)高靈敏度微型電場(chǎng)傳感器的輸出電壓信號(hào)進(jìn)行采集與處理，得到大氣電場(chǎng)幅值，與預(yù)先設(shè)定的雷擊危險(xiǎn)性等級(jí)閾值進(jìn)行比較，超過(guò)相應(yīng)的閾值就給出相應(yīng)的預(yù)警信號(hào)；報(bào)警與顯示單元根據(jù)信號(hào)采集與處理單元給出的預(yù)警信號(hào)，給出聲光顯示報(bào)警提示，電場(chǎng)幅值和雷擊危險(xiǎn)性顯示，提醒人們對(duì)終止室外活動(dòng)，對(duì)雷電進(jìn)行防護(hù)。
[0016]有益效果:
1、本發(fā)明的一種微型化雷電預(yù)警裝置，將高靈敏度微型電場(chǎng)傳感器、信號(hào)采集與處理單元、報(bào)警與顯示單元、電源封裝在一個(gè)外殼中，能夠顯著縮小體積，提高雷電預(yù)警裝置的應(yīng)用靈活性。
[0017]2、本發(fā)明的一種微型化雷電預(yù)警裝置，內(nèi)置了嵌入式的信號(hào)采集與處理單元，可以實(shí)時(shí)的對(duì)電場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行處理，給出雷擊危險(xiǎn)性判斷；該信號(hào)采集與處理單元可以通過(guò)有線或無(wú)線接口進(jìn)行程序升級(jí)，提高了使用靈活性。
[0018]3、本發(fā)明的一種微型化雷電預(yù)警裝置，改變了以往氣象系統(tǒng)使用的雷電預(yù)警系統(tǒng)體積大，操作使用需要專(zhuān)業(yè)知識(shí)的缺點(diǎn)，具有通過(guò)報(bào)警與顯示單元直接給出雷擊危險(xiǎn)性提示的功能，方便沒(méi)有專(zhuān)業(yè)知識(shí)的人員使用。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是一種微型化雷電預(yù)警裝置圖；
圖2是微型場(chǎng)磨式電場(chǎng)傳感器圖；
圖3是微型振膜式電場(chǎng)傳感器圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0021]本實(shí)施例的一種微型化雷電預(yù)警裝置【具體實(shí)施方式】如下:
該微型化雷電預(yù)警裝置如圖1所示，包括高靈敏度微型電場(chǎng)傳感器、信號(hào)采集與處理單元、報(bào)警與顯示單元、電源和外殼五部分。其中高靈敏度微型電場(chǎng)傳感器置于外殼上部，信號(hào)采集與處理單元置于外殼內(nèi)部高靈敏度微型電場(chǎng)傳感器下方，電源置于外殼內(nèi)部信號(hào)采集與處理單元下方，報(bào)警與顯示單元置于外殼側(cè)方。
[0022]所述的高靈敏度微型電場(chǎng)傳感器，可采用微型場(chǎng)磨式電場(chǎng)傳感器、微型振膜式電場(chǎng)傳感器或MEMS電場(chǎng)傳感器,能夠以非常小的體積完成對(duì)大氣電場(chǎng)的測(cè)量。
[0023]所述的微型場(chǎng)磨式電場(chǎng)傳感器，如圖2所示，是用微型無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)屏蔽極板周期性的對(duì)傳感器感應(yīng)極板進(jìn)行屏蔽與去屏蔽，把外界大氣電場(chǎng)斬波調(diào)制為周期性交變電場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣電場(chǎng)的測(cè)量。
[0024]所述的微型振膜式電場(chǎng)傳感器，如圖3所示，是指用鍍金屬膜并且打孔的振膜和感應(yīng)電極組成，振膜可在驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)下往復(fù)振動(dòng)，使得與振膜與感應(yīng)電極距離周期性改變，從而實(shí)現(xiàn)把外界大氣電場(chǎng)斬波調(diào)制為周期性交變電場(chǎng)；所述的MEMS電場(chǎng)傳感器，是指應(yīng)用MEMS技術(shù)制作的振膜式電場(chǎng)傳感器，體積更小。
[0025]該微型化雷電預(yù)警裝置工作過(guò)程:高靈敏度微型電場(chǎng)傳感器對(duì)大氣電場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)，將大氣電場(chǎng)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)傳給信號(hào)采集與處理單元，信號(hào)采集與處理單元對(duì)高靈敏度微型電場(chǎng)傳感器的輸出電壓信號(hào)進(jìn)行采集與處理，得到大氣電場(chǎng)幅值，與預(yù)先設(shè)定的雷擊危險(xiǎn)性等級(jí)閾值進(jìn)行比較，超過(guò)相應(yīng)的閾值就給出相應(yīng)的預(yù)警信號(hào)；報(bào)警與顯示單元根據(jù)信號(hào)采集與處理單元給出的預(yù)警信號(hào)，給出聲光顯示報(bào)警提示，電場(chǎng)幅值和雷擊危險(xiǎn)性顯示，提醒人們對(duì)終止室外活動(dòng)，對(duì)雷電進(jìn)行防護(hù)。[0026]所述的雷擊危險(xiǎn)性等級(jí)閾值的大小根據(jù)使用環(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)所不同，但大致在5000V/m-20000V/m 范圍，可以把 5000V/m-10000V/m 設(shè)為一級(jí)預(yù)警，把 10001V/m_15000V/m設(shè)為二級(jí)預(yù)警，把15000V/m-20000V/m設(shè)為三級(jí)預(yù)警，預(yù)警級(jí)別越高，則雷擊危險(xiǎn)性越大，雷擊來(lái)臨時(shí)間越短。
[0027]本發(fā)明保護(hù)范圍不僅局限于本實(shí)施例，本實(shí)施例用于解釋本發(fā)明，凡與本發(fā)明在相同原理和構(gòu)思條件下的變更或修改均在本發(fā)明公開(kāi)的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種微型化雷電預(yù)警裝置，其特征如下:該微型化雷電預(yù)警裝置包括高靈敏度微型電場(chǎng)傳感器、信號(hào)采集與處理單元、報(bào)警與顯示單元、電源和外殼五部分；所述的高靈敏度微型電場(chǎng)傳感器，可米用微型場(chǎng)磨式電場(chǎng)傳感器、微型振膜式電場(chǎng)傳感器或MEMS電場(chǎng)傳感器，能夠以非常小的體積完成對(duì)大氣電場(chǎng)的測(cè)量；所述的信號(hào)采集與處理單元，主要完成對(duì)高靈敏度微型電場(chǎng)傳感器的輸出電壓信號(hào)進(jìn)行采集濾波等處理，得到外界大氣電場(chǎng)的幅值，并且依據(jù)大氣電場(chǎng)的幅值大小作為雷擊危險(xiǎn)性閾值進(jìn)行判斷；所述的信號(hào)采集與處理單元，具有有線或無(wú)線的處理算法更新接口，可方便對(duì)處理算法和內(nèi)置軟件進(jìn)行升級(jí)與更新，使得裝置應(yīng)用靈活；所述的報(bào)警與顯示單元，主要完成以聲光和數(shù)值方式把當(dāng)前電場(chǎng)值和雷擊危險(xiǎn)性給出提示的功能；所述的電源為鋰電池，為整個(gè)裝置提供能源；所述的外殼為金屬外殼，為整個(gè)裝置提供支撐保護(hù)和電磁信號(hào)屏蔽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型化雷電預(yù)警裝置，其特征在于:所述的微型場(chǎng)磨式電場(chǎng)傳感器，是用微型無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)屏蔽極板周期性的對(duì)傳感器感應(yīng)極板進(jìn)行屏蔽與去屏蔽，把外界大氣電場(chǎng)斬波調(diào)制為周期性交變電場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣電場(chǎng)的測(cè)量；所述的微型振膜式電場(chǎng)傳感器是指用鍍金屬膜并且打孔的振膜和感應(yīng)電極組成，振膜可在驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)下往復(fù)振動(dòng)，使得與振膜與感應(yīng)電極距離周期性改變，從而實(shí)現(xiàn)把外界大氣電場(chǎng)斬波調(diào)制為周期性交變電場(chǎng)；所述的MEMS電場(chǎng)傳感器，是指應(yīng)用MEMS技術(shù)制作的振膜式電場(chǎng)傳感器，體積小于2cm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型化雷電預(yù)警裝置，其特征在于:雷擊危險(xiǎn)性閾值的大小根據(jù)使用環(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)所不同，但大致在5000V/m-20000V/m范圍。
【文檔編號(hào)】G01R29/08GK103983863SQ201410234648
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】唐凱 申請(qǐng)人:唐凱