專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雷電流測(cè)量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷電流測(cè)量領(lǐng)域，具體地說(shuō)涉及一種雷電流測(cè)量方法及裝置，適用于輸電線 路桿塔或各種高塔的雷電流參數(shù)測(cè)量。
技術(shù)背景雷電流參數(shù)的測(cè)量對(duì)探討防雷對(duì)策，提髙防雷設(shè)施性能，評(píng)價(jià)防雷設(shè)施對(duì)各種設(shè)備及建 筑物的保護(hù)范圍以及分析雷害事故，區(qū)分事故責(zé)任，具有十分重要的意義。同時(shí)，雷電流參 數(shù)的測(cè)量也是進(jìn)行雷電特性研究的基礎(chǔ)工作。雷電流參數(shù)的測(cè)量有遙測(cè)和直接測(cè)量?jī)煞N方式。遙測(cè)是利用雷電探測(cè)天線探測(cè)從遠(yuǎn)處傳 播過(guò)來(lái)的雷電電磁波并以此反推雷電流幅值和波形的雷電流參數(shù)測(cè)量方式。由于雷電探測(cè)天 線遠(yuǎn)離雷電發(fā)生點(diǎn)，雷電電磁波在傳播過(guò)程中，受地形、建筑物等影響，存在不同程度的衰 減和色散，因此，通過(guò)遙測(cè)測(cè)量得到的雷電流參數(shù)準(zhǔn)確度不髙。雷電流參數(shù)直接測(cè)量是在雷 擊發(fā)生點(diǎn)對(duì)雷電流進(jìn)行直接測(cè)量的方式。由于雷擊某一物體或物體的某一處是一個(gè)小概率事 件，因此，雷電流直接測(cè)量只能是"廣種薄收"，這就需要一種不但測(cè)量準(zhǔn)確度高而且成本也 較低的測(cè)量裝置。過(guò)去， 一般是采用在輸電線路桿塔上安裝磁鋼棒的方法，這種方法優(yōu)點(diǎn)是 成本低便于大量安裝，但缺點(diǎn)是測(cè)量結(jié)果誤差大，不能記錄雷擊時(shí)間、而且獲取數(shù)據(jù)不方便， 勞動(dòng)量非常大。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利200410028110.5 "記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的方法及設(shè)備"解決了 測(cè)量精度的問(wèn)題，但只能記錄某一時(shí)間段內(nèi)雷擊發(fā)生的強(qiáng)度、時(shí)間和次數(shù)，而且該設(shè)備內(nèi)時(shí) 鐘累計(jì)誤差不能被修正，所以記錄的雷擊時(shí)間準(zhǔn)確性不高。中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利200520105910.2 "高壓輸電線路雷擊遙測(cè)設(shè)備"的主要用途是雷擊故 障點(diǎn)的快速查找，通過(guò)雷擊信息管理裝置査詢桿塔是否有雷擊記錄，從而快速査找雷擊故障 點(diǎn)，雖然也測(cè)量了雷電流的強(qiáng)度和時(shí)間，但并未記錄完整的雷電流信息，比如極性和陡度。 "髙壓輸電線路雷擊遙測(cè)設(shè)備"采用了移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的通訊方式，由于通訊網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸存 在網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，而且延時(shí)具有不確定性，所以該設(shè)備內(nèi)累計(jì)的時(shí)鐘誤差也不能被準(zhǔn)確的修正， 所記錄的雷擊時(shí)間準(zhǔn)確性也不高，該裝置后端采用計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)，從技術(shù)角度分析， 整體成本應(yīng)該比較髙。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是考慮上述技術(shù)中的不足而設(shè)計(jì)的，提供一種雷電流測(cè)量方法及裝置，該方法及裝置成本低、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、時(shí)間精度高、測(cè)量數(shù)據(jù)便于讀取。該套裝置可以隨時(shí)對(duì)內(nèi)部時(shí) 鐘進(jìn)行校準(zhǔn)、用于實(shí)測(cè)并收集雷擊輸電線路桿塔及其它高塔的雷電流參數(shù)。本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種雷電流測(cè)量方法，其特征在于采用雙向無(wú)線通訊方式，采 用多通道的前端測(cè)量記錄儀和一個(gè)后端手持接收儀，前端測(cè)量記錄儀安裝在輸電線路桿塔或 各種高塔上，用來(lái)測(cè)量和記錄雷擊桿塔時(shí)的雷電流的幅值、陡度、極性、以及雷擊桿塔時(shí)間； 后端手持接收儀由人工操作，用來(lái)讀取存貯在前端測(cè)量記錄儀的記錄，并校準(zhǔn)前端測(cè)量記錄 儀的時(shí)鐘。實(shí)現(xiàn)上述方法的雷電流測(cè)量裝置，其特征在于由多通道的前端測(cè)量記錄儀和一個(gè)后端 手持接收儀組成，前端測(cè)量記錄儀由多路模擬開(kāi)關(guān)電路、信號(hào)調(diào)理電路、正負(fù)峰值保持電路、 測(cè)量觸發(fā)電路、處理器單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊及多個(gè)電流傳感器組成；多 個(gè)電流傳感器的輸出接多路模擬開(kāi)關(guān)電路的輸入端，多路模擬開(kāi)關(guān)電路的輸出信號(hào)接調(diào)理電 路的輸入端，信號(hào)調(diào)理電路的輸出接正負(fù)峰值保持電路及測(cè)量觸發(fā)電路的輸入端；正負(fù)峰值 保持電路的輸出端與處理器單元的A/D輸入通道連接，測(cè)量觸發(fā)電路的輸出端與處理器單元 的中斷輸入端連接；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元與處理器單元的12(:接口連接；無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊與處理 器單元的串口連接；后端手持接收儀為一個(gè)便攜式手持設(shè)備，由矩陣鍵盤(pán)、字符型點(diǎn)陣液晶顯示模塊、處理 器單元、以及無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。手持接收儀被設(shè)計(jì)成按鍵和液晶顯示菜單相結(jié)合的人 機(jī)界面方式，不需要特殊培訓(xùn)，就能非常簡(jiǎn)便的使用。如上所述的雷電流測(cè)量裝置，其特征在于前端測(cè)量記錄儀中，處理器單元其內(nèi)部帶有多 通道的A/D轉(zhuǎn)換器和硬件實(shí)時(shí)鐘。如上所述的雷電流測(cè)量裝置，其特征在于所述的前端測(cè)量記錄儀和后端手持接收儀中， 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊為微功率、低成本ISM頻段無(wú)線通信模塊，串口接口，可靠傳輸離距500m。如上所述的雷電流測(cè)量裝置，其特征在于前端測(cè)量記錄儀采用處理器芯片LPC2103,后 端手持接收儀采用處理器芯片C8051F310。如上所述的雷電流測(cè)量裝置，其特征在于前端測(cè)量記錄儀為雷電流測(cè)量環(huán)節(jié)，前端測(cè)量 記錄儀中的電流傳感器用來(lái)檢測(cè)流過(guò)相關(guān)聯(lián)部位的電流，電流傳感器為空心的羅柯夫斯基線 圈+積分單元，垂直于線路桿塔安裝；或是光纖電流傳感器。如上所述的雷電流測(cè)量裝置，其特征在于前端測(cè)量記錄儀中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元為串行工2C 接口、可掉電存儲(chǔ)的E2PR0M。如上所述的雷電流測(cè)量裝置，其特征在于前端測(cè)量記錄儀中，供電電源采用的是太陽(yáng)能 電池板和充電電池連接構(gòu)成。如上所述的雷電流測(cè)量裝置，其特征在于所述的后端手持接收儀中，字符型點(diǎn)陣液晶顯 示模塊為串行數(shù)據(jù)接口，總共128X64點(diǎn)陣，可以顯示不同點(diǎn)陣大小的英文字符和漢字字符。按照上述構(gòu)成，該雷電測(cè)jft^置的前端測(cè)量記錄儀能夠準(zhǔn)確的測(cè)量和記錄輸電線路桿塔 的雷電流參數(shù)，通過(guò)后端手持接收儀，可以方便的獲取測(cè)量數(shù)據(jù)，并顯示在后端手持接收儀 液晶顯示屏上，并能隨時(shí)對(duì)前端測(cè)量記錄儀的時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)。除了采用微功率、低成本的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊外，前端測(cè)量記錄儀采用處理器芯片 LPC2103，后端手持接收儀采用處理器芯片C8051F310,它們的集成度高、功耗低、性價(jià)比高， 一個(gè)前端測(cè)量記錄儀就可以同時(shí)測(cè)量記錄多路雷電流信號(hào)。整個(gè)裝置本發(fā)明具有如下特點(diǎn)測(cè)量值精度高、低功耗、無(wú)延遲校準(zhǔn)對(duì)時(shí)技術(shù)(保證時(shí) 間誤差控制在l秒)、使用簡(jiǎn)便、可靠性高、整體成本低，可大量安裝。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的使用示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的前端測(cè)量記錄儀的原理結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的后端手持接收儀的原理結(jié)構(gòu)框圖。圖4為圖2中前端測(cè)量記錄儀的電路原理圖。圖5為圖3中后端手持接收儀的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。 圖中標(biāo)記的說(shuō)明1-前端測(cè)量記錄儀，2—后端手持接受儀。圖1為本發(fā)明的使用示意圖，前端測(cè)量記錄儀可以安裝在輸電線路桿塔避雷線、塔頂和 塔腳。在雷擊桿塔時(shí)，安裝有前端測(cè)量記錄儀的部位如果有雷電流流過(guò)，前端測(cè)量記錄儀就 會(huì)測(cè)量并記錄流過(guò)的電流的幅值和極性，同時(shí)記錄下雷擊時(shí)間。巡線工人在巡線的時(shí)候，用后端手持接收儀來(lái)讀取前端測(cè)量記錄儀中的信息，如果有雷 電流數(shù)據(jù)記錄在其中，通過(guò)簡(jiǎn)單的人工操作，將雷電流數(shù)據(jù)信息通過(guò)無(wú)線的方式接收到后端 手持接收儀上，并在后端手持接收儀的液晶顯示屏幕上按時(shí)間先后順序顯示雷電流數(shù)據(jù)信息。 巡線工人還可以通過(guò)后端手持接收儀讀取前端測(cè)量記錄儀中的時(shí)鐘，如果發(fā)現(xiàn)讀取的時(shí)間和 實(shí)際時(shí)間的相差比較大，可以通過(guò)后端手持接收儀對(duì)前端測(cè)量記錄儀進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)。在需要測(cè)量同一輸電線路桿塔不同部位的雷電流時(shí)，前端測(cè)量記錄儀同時(shí)接入安裝在這 些部位的電流傳感器，對(duì)每個(gè)電流傳感器進(jìn)行編號(hào)處理即可，前端測(cè)量記錄儀最多可以同時(shí) 測(cè)量8路信號(hào)。在高壓線路沿線的每個(gè)塔上都可以裝上前端測(cè)量記錄儀，巡線工人在巡線的時(shí)候，走到 每個(gè)塔后就用后端手持接收儀來(lái)讀取該塔上前端測(cè)量記錄儀中的信息。由于塔間的半距離比后端手持接收儀與前端測(cè)量記錄儀的通訊距離遠(yuǎn)，所以不會(huì)讀錯(cuò)。圖2為前端測(cè)量記錄儀的工作原理框圖，電流傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)電路和信號(hào)調(diào)理電路后，濾掉工頻信號(hào)和其它干擾信號(hào)；髙速正峰值保持通道和高速負(fù)峰值保持 通道，分別完成正負(fù)信號(hào)的峰值保持功能；測(cè)量觸發(fā)電路的作用是在檢測(cè)到有雷電流信號(hào)時(shí) 通知處理器LPC2103啟動(dòng)測(cè)量，測(cè)量觸發(fā)電路中的電壓比較器LM311的輸出接LPC2103的中斷 輸入，只有在電壓比較器的輸出由低電平變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)候，才表示檢測(cè)到有雷電流信號(hào)， 通過(guò)改變電壓比較器的負(fù)比較輸入端的電壓值,設(shè)置合適的閥值,這樣不會(huì)因閥值設(shè)置過(guò)小將 其它信號(hào)誤認(rèn)為是雷電流信號(hào)，也不會(huì)因閥值設(shè)置過(guò)大而漏測(cè)小雷電流信號(hào)；LPC2103是一 個(gè)ARM7TDMI內(nèi)核的32位處理器，其內(nèi)部帶有一個(gè)八通道輸入的十^A/D轉(zhuǎn)換器和硬件實(shí)時(shí)鐘， 不需要擴(kuò)展外圍電路就可以完成峰值測(cè)量還有時(shí)間記錄;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元用來(lái)記錄雷電流參數(shù)， 每次檢測(cè)到新的雷電流后，就將新的雷電流參數(shù)數(shù)據(jù)寫(xiě)入其中， 一個(gè)雷電流參數(shù)記錄包括峰 值大小、陡度、極性、雷擊時(shí)間，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用可以掉電存儲(chǔ)的串行E2PR0M器件，在前端 測(cè)量記錄儀掉電后，仍然能保存以前的雷電流參數(shù)信息無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊采用上海桑博電 子科技有限公司的STR-36型微功率ISM頻段無(wú)線通信模塊，最大10mW的發(fā)射功率，串口接口， 可靠傳輸離距為500m。前端測(cè)量記錄儀在收到后端手持接收儀的指令要求后，將雷電流參數(shù) 信息還有時(shí)間信息發(fā)送到后端手持接收儀上。前端測(cè)量記錄儀除了無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的天線外，全部放置在一個(gè)金屬殼體內(nèi)，以增強(qiáng) 電磁屏蔽效果。圖3為后端手持接收儀的原理結(jié)構(gòu)框圖，手持接收儀由矩陣鍵盤(pán)、字符型點(diǎn)陣液晶模塊、 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊、C8051F310高速8位單片機(jī)構(gòu)成。按鍵和液晶顯示相結(jié)合的方式組成人 機(jī)界面，以便于操作和使用，液晶顯示設(shè)計(jì)成多級(jí)菜單的形式，不同的菜單代表不同的指令 功能，通過(guò)后端手持接收儀向前端測(cè)量記錄儀發(fā)送不同的指令要求。前端測(cè)量記錄儀和后端手持接收儀之間的通訊，采用軟件容錯(cuò)處理方式，保證最小的誤 碼率，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)因通訊中斷而出現(xiàn)死機(jī)的情況，使用可靠。圖4和圖5分別為前端測(cè)量記錄儀和后端手持接收儀的電路原理圖。
權(quán)利要求
1、一種雷電流測(cè)量方法，其特征在于采用雙向無(wú)線通訊方式，采用多通道的前端測(cè)量記錄儀和一個(gè)后端手持接收儀，前端測(cè)量記錄儀安裝在輸電線路桿塔或各種高塔上，用來(lái)測(cè)量和記錄雷擊桿塔時(shí)的雷電流的幅值、陡度、極性、以及雷擊桿塔時(shí)間；后端手持接收儀由人工操作，用來(lái)讀取存貯在前端測(cè)量記錄儀的記錄，并校準(zhǔn)前端測(cè)量記錄儀的時(shí)鐘。
2、 實(shí)現(xiàn)上述方法的雷電流測(cè)量裝置，其特征在于由多通道的前端測(cè)量記錄儀和 一個(gè)后端手持接收儀組成，前端測(cè)量記錄儀由多路模擬開(kāi)關(guān)電路、信號(hào)調(diào)理電路、正 負(fù)峰值保持電路、測(cè)量觸發(fā)電路、處理器單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊及 多個(gè)電流傳感器組成；多個(gè)電流傳感器的輸出接多路模擬開(kāi)關(guān)電路的輸入端，多路模 擬開(kāi)關(guān)電路的輸出信號(hào)接調(diào)理電路的輸入端，信號(hào)調(diào)理電路的輸出接正負(fù)峰值保持電 路及測(cè)量觸發(fā)電路的輸入端；正負(fù)峰值保持電路的輸出端與處理器單元的A/D輸入通 道連接，測(cè)量觸發(fā)電路的輸出端與處理器單元的中斷輸入端連接；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元與處 理器單元的12C接口連接；無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊與處理器單元的串口連接；后端手持接收儀為一個(gè)便攜式手持設(shè)備，由矩陣鍵盤(pán)、字符型點(diǎn)陣液晶顯示模塊、 處理器單元、以及無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。
3、 如權(quán)利要求2所述的雷電流測(cè)量裝置，其特征在于前端測(cè)量記錄儀中，處理 器單元其內(nèi)部帶有多通道的A/D轉(zhuǎn)換器和硬件實(shí)時(shí)鐘。
4、 如權(quán)利要求3所述的雷電流測(cè)量裝置，其特征在于所述的前端測(cè)量記錄儀和后 端手持接收儀中，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊為微功率、低成本ISM頻段無(wú)線通信模塊，串口接 口，可靠傳輸離距500m。
5、 如權(quán)利要求4所述的雷電流測(cè)量裝置，其特征在于前端測(cè)量記錄儀采用處理器 芯片LPC2103，后端手持接收儀釆用處理器芯片C8051F310。
6、 如權(quán)利要求2所述的雷電流測(cè)量裝置，其特征在于前端測(cè)量記錄儀為雷電流 測(cè)量環(huán)節(jié)，前端測(cè)量記錄儀中的電流傳感器用來(lái)檢測(cè)流過(guò)相關(guān)聯(lián)部位的電流，電流傳 感器為空心的羅柯夫斯基線圈+積分單元，垂直于線路桿塔安裝；或是光纖電流傳感器。
7、 如權(quán)利要求2所述的雷電流測(cè)量裝置，其特征在于前端測(cè)量記錄儀中，數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)單元為串行I2C接口、可掉電存儲(chǔ)的E2PR0M。
8、 如權(quán)利要求2所述的雷電流測(cè)量裝置，其特征在于前端測(cè)量記錄儀中，供電 電源采用的是太陽(yáng)能電池板和充電電池連接構(gòu)成。
9、如權(quán)利要求2所述的雷電流測(cè)量裝置，其特征在于所述的后端手持接收儀中， 字符型點(diǎn)陣液晶顯示模塊為串行數(shù)據(jù)接口，總共128X64點(diǎn)陣，可以顯示不同點(diǎn)陣大 小的英文字符和漢字字符。
全文摘要
一種雷電流測(cè)量方法及裝置，采用雙向無(wú)線通訊方式，采用多通道的前端測(cè)量記錄儀和一個(gè)后端手持接收儀，前端測(cè)量記錄儀安裝在輸電線路桿塔或各種高塔上，用來(lái)測(cè)量和記錄雷擊桿塔時(shí)的雷電流的幅值、陡度、極性、以及雷擊桿塔時(shí)間；后端手持接收儀由人工操作，用來(lái)讀取存貯在前端測(cè)量記錄儀的記錄，并校準(zhǔn)前端測(cè)量記錄儀的時(shí)鐘。前端測(cè)量記錄儀由多路模擬開(kāi)關(guān)電路、信號(hào)調(diào)理電路、正負(fù)峰值保持電路、測(cè)量觸發(fā)電路、處理器單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊及多個(gè)電流傳感器組成；后端手持接收儀為一個(gè)便攜式手持設(shè)備，由矩陣鍵盤(pán)、字符型點(diǎn)陣液晶顯示模塊、處理器單元、以及無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。成本低、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、時(shí)間精度高、測(cè)量數(shù)據(jù)便于讀取。
文檔編號(hào)G08C17/00GK101216983SQ200710169010
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者唐世宇, 康文斌, 勤 張, 波 張, 方玉河, 許遠(yuǎn)根, 谷山強(qiáng), 錢(qián)冠軍, 陳家宏, 陳維江 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)武漢高壓研究院