專(zhuān)利名稱：雷暴臨近預(yù)報(bào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子技術(shù)和氣象技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雷暴臨近預(yù)報(bào)裝置。
背景技術(shù)：
雷電對(duì)人類(lèi)的危害性已經(jīng)眾所周知。在雷雨季節(jié)，我們經(jīng)常會(huì)提前看到或聽(tīng)到雷暴雨來(lái)臨之前的電閃雷鳴的現(xiàn)象。雷電發(fā)生時(shí)很容易引發(fā)火災(zāi)、損壞一些敏感電器，甚至危及人身的安全！我國(guó)南方每年6 8月份是雷暴雨頻發(fā)的季節(jié)。雖然氣象臺(tái)預(yù)報(bào)雷暴雨天氣有一定的準(zhǔn)確性，但在一天M小時(shí)內(nèi)，究竟雷暴雨何時(shí)到來(lái)的短期預(yù)報(bào)仍然是很大的問(wèn)題，能夠科學(xué)的進(jìn)行臨近預(yù)警雷暴雨的發(fā)生將具有重要意義。StormDetec獵雷者II是法國(guó)阿古斯光電科技公司生產(chǎn)的一種全數(shù)字化雷電預(yù)警系統(tǒng)，它可以實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)近地面大氣(層靜)電場(chǎng)的變化，并對(duì)可能造成雷電危險(xiǎn)的大氣電場(chǎng)強(qiáng)度變化進(jìn)行識(shí)別和預(yù)警。作為專(zhuān)業(yè)的雷暴探測(cè)儀器設(shè)備，StormDetec獵雷者II是目前國(guó)際上技術(shù)領(lǐng)先的產(chǎn)品！雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警的作用1.在雷暴來(lái)臨之前，通過(guò)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警讓您有一定的時(shí)間啟動(dòng)緊急預(yù)案，減輕雷電的危害程度，減少人員受傷害的危險(xiǎn)及經(jīng)濟(jì)損失。2.通過(guò)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警，可積極應(yīng)對(duì)災(zāi)害的發(fā)生，比如及時(shí)撤離面臨危險(xiǎn)的人員， 為災(zāi)害的發(fā)生提前做好準(zhǔn)備，使一系列的應(yīng)急措施進(jìn)入警戒狀態(tài)。基于氣象資料的統(tǒng)計(jì)，StormDetec獵雷者II使用三個(gè)級(jí)別危險(xiǎn)警報(bào)來(lái)界定雷電的接近程度。一級(jí)警報(bào)信息主要是提示操作人員注意；二級(jí)警報(bào)將提供進(jìn)一步確定信息； 三級(jí)警報(bào)預(yù)示雷電、雷暴馬上就會(huì)發(fā)生。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)降到門(mén)限場(chǎng)強(qiáng)水平以下時(shí)，警報(bào)將自動(dòng)解除。以平原地區(qū)為例，StormDetec獵雷者II的警報(bào)等級(jí)的門(mén)限，產(chǎn)品出廠預(yù)設(shè)值為一級(jí)警報(bào)(門(mén)限默認(rèn)值為2KV/m)對(duì)雷電、雷暴形成的初始活動(dòng)報(bào)警。二級(jí)警報(bào)(門(mén)限默認(rèn)值為5KV/m)對(duì)雷暴正在逼近或在本地生成的雷電報(bào)警(此時(shí)距雷閃發(fā)生的時(shí)間約30分鐘左右，用戶應(yīng)迅速采取應(yīng)對(duì)措施)。三級(jí)警報(bào)(門(mén)限默認(rèn)值為8KV/m)雷暴即將發(fā)生或在監(jiān)測(cè)地發(fā)生的雷擊報(bào)警(此時(shí)距真正發(fā)生雷閃的時(shí)間只有10分鐘左右)。在理論上，對(duì)空間電場(chǎng)的探測(cè)是不存在范圍限制的。但實(shí)際上，由于受到電場(chǎng)衰減變化固有的物理定律，以及一些其它環(huán)境客觀因素的影響，所有基于場(chǎng)磨原理的雷電預(yù)警設(shè)備只能在一定范圍內(nèi)起到預(yù)警作用。StormDetec獵雷者II的有效預(yù)警范圍約在10 15km的范圍。法國(guó)產(chǎn)生的MormDetec獵雷者II有很好的使用效果，但它十多萬(wàn)元不菲的價(jià)格不是一般單位容易接受的。因此，有必要另辟蹊徑研究?jī)r(jià)格低廉、容易普及的替代產(chǎn)品。我們知道在雷暴雨到來(lái)之前，遠(yuǎn)方天空的雷暴雨云團(tuán)中存在大量的靜電，致使云層之間或云層與大地之間會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，其周邊地區(qū)將同時(shí)產(chǎn)生頻譜很寬種種雜亂無(wú)章的無(wú)線電噪音。用普通收音機(jī)可以接收到閃電瞬間的干擾信號(hào)，但一般調(diào)幅收音機(jī)只能接收距離閃電中心很近的電磁波，且只能接收到閃電產(chǎn)生電磁波中的某一頻段，接收電磁波頻譜的范圍十分有限。因此，利用普通調(diào)幅收音機(jī)作為雷暴雨預(yù)警裝置存在著很大的局限性，預(yù)警的可靠性也很值得商榷。雷暴臨近預(yù)報(bào)裝置就是根據(jù)雷暴雨來(lái)臨會(huì)發(fā)生云層放電這一現(xiàn)象，本發(fā)明是一種能夠預(yù)報(bào)雷電發(fā)生的電子報(bào)警裝置，它能夠有效地對(duì)雷暴雨、雷電臨近時(shí)進(jìn)行聲光預(yù)報(bào)。這樣我們可以及時(shí)、迅速地采取相關(guān)防雷擊等措施，如提前切斷貴重敏感儀器的電源、減少不必要的手機(jī)通訊，加強(qiáng)對(duì)野外作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、大型儲(chǔ)油庫(kù)、儲(chǔ)氣罐、棉麻倉(cāng)庫(kù)、煙草倉(cāng)庫(kù)、危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)等場(chǎng)合的巡邏和監(jiān)控，有針對(duì)性的做到防患于未然。必須說(shuō)明本發(fā)明身并不具備避雷作用。經(jīng)過(guò)多種方案試驗(yàn)、比較和分析，本發(fā)明僅使用少量普通分立元器件實(shí)現(xiàn)了裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、預(yù)報(bào)結(jié)果較為可靠的設(shè)計(jì)要求。以下詳細(xì)說(shuō)明這種雷暴臨近預(yù)報(bào)裝置制作所涉及的相關(guān)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的及有益效果本發(fā)明能夠在雷暴雨到來(lái)之前預(yù)報(bào)雷電發(fā)生的一種聲光電子預(yù)報(bào)裝置，它能探測(cè)到遠(yuǎn)方天空中云層之間或云層與大地之間的放電現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)雷暴雨中的雷電臨近預(yù)報(bào)，我們可以及時(shí)迅速地采取相應(yīng)的防雷擊措施，有針對(duì)性的做到防患于未然！技術(shù)特征雷暴臨近預(yù)報(bào)裝置，由直流電源、電源濾波電路、直流耦合式自激振蕩電路、整流放大電路組成，其特征是在直流耦合式自激振蕩電路中接有天線(T)，整流放大電路中接有壓電陶瓷蜂鳴器(HA)和發(fā)光二極管(Dl)。電路的組成及電路中元器件之間的連接關(guān)系 1.直流耦合式自激振蕩電路由NPN型晶體管BG2、NPN型晶體管BG3、電阻R2、電阻 R3、電阻R4、微調(diào)電位器(RP1)、電容C4、電容C5、電容C6和天線⑴組成，其特征是NPN型晶體管BG3的集電極串接電阻R4后接直流電源的正極(VCC)，NPN型晶體管BG3的基極與電容C6的一端、微調(diào)電位器(RPl)的一端相連，電容C6的另一端接天線(T)，NPN型晶體管 BG3的發(fā)射極接電路地(GND)，微調(diào)電位器(RPl)的活動(dòng)臂串接電容C5后接電路地(GND)， 微調(diào)電位器(RPl)的另一端與NPN型晶體管BG2的發(fā)射極、電阻R3的一端、電容C4的一端相連，電阻R3的另一端與電容C4的另一端同接電路地(GND)，NPN型晶體管BG2的基極接 NPN型晶體管BG3的集電極，NPN型晶體管BG2的集電極串接電阻R2后接直流電源的正極 (VCC)。 2.整流放大電路由耦合電容C3、整流二極管D2、NPN型晶體管BG1、延時(shí)電容C2、 壓電陶瓷蜂鳴器(HA)組成，其特征是耦合電容C3的一端接NPN型晶體管BG2的集電極， 耦合電容C3的另一端與NPN型晶體管BGl的基極、整流二極管D2的負(fù)極相連，NPN型晶體管BGl的集電極接直流電源的正極(VCC)，NPN型晶體管BGl的發(fā)射極同接延時(shí)電容C2的正極、壓電陶瓷蜂鳴器(HA)的正極和發(fā)光二極管Dl的負(fù)極，延時(shí)電容C2的負(fù)極和壓電陶瓷蜂鳴器(HA)的負(fù)極同接電路地(GND)，發(fā)光二極管Dl的正極串接電阻Rl后接直流電源的正極(VCC)。
電路工作原理雷暴臨近預(yù)報(bào)裝置它實(shí)際上是一個(gè)高靈敏度的靜電放電檢測(cè)裝置。NPN型晶體管 BG3、BG2組成直流耦合式自激振蕩電路，其正反饋回路的增益由微調(diào)電位器RPl來(lái)設(shè)定。 NPN型晶體管BGl與二極管D1、耦合電容C3等組成整流放大電路。預(yù)報(bào)裝置在待機(jī)時(shí)，由NPN型晶體管BG2和NPN型晶體管BG3組成的自激振蕩電路，并使其處于臨界自激振蕩狀態(tài)，NPN型晶體管BGl因無(wú)合適偏壓而處于截止?fàn)顟B(tài)，微型壓電陶瓷蜂鳴器(HA)無(wú)電不工作。此時(shí)，電子預(yù)報(bào)裝置整機(jī)耗電甚微，實(shí)測(cè)靜態(tài)整機(jī)電流 <70μΑ。當(dāng)遠(yuǎn)方云層與云層發(fā)生放電或云層與地面之間放電時(shí)，天線(T)檢測(cè)到感應(yīng)電磁波，并經(jīng)電容C6耦合到NPN型晶體管BG3的基極，觸發(fā)自激振蕩電路起振。于是NPN型晶體管BG2的集電極就會(huì)輸出約42kHz的振蕩電信號(hào)，經(jīng)電容C3耦合、二極管D2整流后，為 NPN型晶體管BGl的基極提供合適的正向偏置電壓，使NPN型晶體管BGl導(dǎo)通，微型壓電陶瓷蜂鳴器(HA)得電發(fā)出2 3秒單音“嘟——”聲，這時(shí)發(fā)光二極管Dl由點(diǎn)亮變?yōu)橄纭?提醒有關(guān)人員雷電將至，注意采取相關(guān)防范措施。電路中的電容C4設(shè)定了 NPN型晶體管BG2發(fā)射極的固定相位，而接在微調(diào)電位器 RPl的滑動(dòng)觸點(diǎn)上的電容C5在振蕩時(shí)會(huì)增加相移。電解電容C2為NPN型晶體管BGl輸出電壓的濾波并兼有延時(shí)作用，它不僅能夠使壓電陶瓷蜂鳴器(HA)的兩端獲得平穩(wěn)的工作電壓，使微型壓電陶瓷蜂鳴器(HA)發(fā)聲更響亮，因?yàn)镃2的容量比較大，所以使微型壓電陶瓷蜂鳴器(HA)有延時(shí)發(fā)聲的效果。


1.附圖是雷暴臨近預(yù)報(bào)裝置的電路工作原理圖。2.附圖中的Cl是用于直流電源濾波的電解電容，使用它能降低電池DC的內(nèi)電阻， 有利于延長(zhǎng)電池的使用壽命。
具體實(shí)施例方式按照附圖所示的雷暴臨近預(yù)報(bào)裝置的電路工作原理圖和

及以下所述的元器件的技術(shù)要求進(jìn)行實(shí)施，即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。元器件的選擇及其技術(shù)參數(shù)1. BGl BG3均用9014型小功率NPN型晶體管，要求放大倍數(shù)β彡200，經(jīng)試驗(yàn)任何同類(lèi)型的小功率、高增益晶體管，如3DG8等均可以使用。2. Dl為紅色發(fā)光二極管；D2用1N4148型玻璃鈍化開(kāi)關(guān)二極管。3. RPl選用普通塑料封裝的小型臥式微調(diào)電位器；Rl R4均用RTX-1/8W型金屬膜電阻，其阻值分別是:680Ω ,ΙΟΟΚΩ ,15ΚΩ ,330ΚΩ 04. C1、C2用CD11-16V型電解電容，容量分別是470 μ F、100 μ F ;C3 C6用CCl型高頻瓷介電容，4只容量分別是4700PF、0. 01 μ F、470PF、82PF。5. HA選用CPB14A12-4. O型自帶音源微型直流壓電陶瓷蜂鳴器，其內(nèi)含振蕩電路和壓電陶瓷片的有源發(fā)聲器，它不需要外加音頻驅(qū)動(dòng)電路，接通直流電源就能發(fā)聲； CPB14A12-4. O的參數(shù)外形尺寸為Φ 14mmX7. 5mm，重量為0. 9g，發(fā)聲頻率為4. O士0· 5KHz, 聲壓電平彡80dB，工作電壓為3V 15V，工作電流彡7mA。
6.天線(T)選用一段Φ 1mm、長(zhǎng)度600mm的銅絲，也可選用便攜式收音機(jī)常用的 450mm拉桿天線。7. DC采用6F22型9V疊層電池，要求配上撳鈕式接口。制作方法與電路調(diào)試裝置電路焊接好后，對(duì)照附圖中的電路工作原理圖認(rèn)真進(jìn)行檢查，接上9V疊層電池即可進(jìn)行調(diào)試。首先用小螺絲刀緩慢調(diào)節(jié)微調(diào)電位器RPl的電阻值，使壓電陶瓷蜂鳴器(HA)處于臨界發(fā)聲狀態(tài)，即振蕩電路處于起振臨界狀態(tài)。調(diào)節(jié)電位器RPl電阻值的要領(lǐng)是，可先將小螺絲刀旋轉(zhuǎn)至蜂鳴器(HA)不發(fā)聲；接著緩慢旋轉(zhuǎn)小螺絲刀，注意聽(tīng)蜂鳴器 (HA)是否發(fā)聲。當(dāng)壓電陶瓷蜂鳴器(HA)發(fā)聲時(shí)，立即停止旋轉(zhuǎn)小螺絲刀，并反方向稍退回一點(diǎn)，使蜂鳴器(HA)停止發(fā)聲，此位置就是預(yù)報(bào)裝置待機(jī)狀態(tài)。用小螺絲刀或手指觸及一下天線(T)，則壓電陶瓷蜂鳴器(HA)應(yīng)發(fā)聲2 3秒。 如果電陶瓷蜂鳴器(HA)連續(xù)發(fā)聲或根本不發(fā)聲，則說(shuō)明預(yù)報(bào)裝置的靈敏度過(guò)高或太低，應(yīng)重新微調(diào)電位器RPl阻值；或用電子打火機(jī)在距離預(yù)報(bào)裝置的天線(T)約: 遠(yuǎn)的地方打火；也可用液化氣灶上的壓電打火開(kāi)關(guān)打火，以檢驗(yàn)?zāi)芊褡岊A(yù)報(bào)裝置可靠發(fā)聲2 3秒。如果不符合要求，應(yīng)重新細(xì)調(diào)電位器RP1，直至達(dá)到要求為止。預(yù)報(bào)裝置電路的靜態(tài)工作電流彡70 μ Α，報(bào)警時(shí)工作電流為20mA左右。一塊全新的9V疊層電池，通?？蛇B續(xù)監(jiān)控時(shí)間達(dá)一年以上。使用方法雷暴臨近預(yù)報(bào)裝置可進(jìn)行M小時(shí)全天候的雷電預(yù)報(bào)，要求將預(yù)報(bào)裝置擺放在人能容易觀察到的地方，一旦預(yù)報(bào)裝置反復(fù)發(fā)聲，并且發(fā)聲的頻率越來(lái)越高，在排除其他靜電放電等干擾的情況下，便說(shuō)明雷暴雨即將來(lái)臨。經(jīng)試驗(yàn)該預(yù)報(bào)裝置一般可監(jiān)測(cè)到半徑7 IOkm范圍內(nèi)云中發(fā)生的放電現(xiàn)象。該預(yù)報(bào)裝置不僅能夠探測(cè)靜電放電，而且還能探測(cè)附近各種電器產(chǎn)生的“電火花”。每當(dāng)附近有電燈或其他用電器在接通電源時(shí)，預(yù)報(bào)裝置均會(huì)發(fā)聲2 3秒；在房間空氣比較干燥時(shí)，人體就會(huì)帶上較高的靜電，當(dāng)用干燥的手接觸金屬門(mén)拉手或其他物體時(shí)，只要產(chǎn)生靜電放電，就會(huì)觸發(fā)放置在an之內(nèi)的雷暴雨來(lái)臨電子預(yù)報(bào)裝置發(fā)聲2 3秒，使用中應(yīng)注意加以識(shí)別。雷暴臨近預(yù)報(bào)裝置的使用要通過(guò)一段時(shí)間的摸索，不斷積累雷暴臨近預(yù)報(bào)裝置的預(yù)報(bào)規(guī)律和應(yīng)用方面的經(jīng)驗(yàn)，不要預(yù)報(bào)裝置一發(fā)聲就認(rèn)定雷電將要來(lái)臨。
權(quán)利要求
1.一種雷暴臨近預(yù)報(bào)裝置，由直流電源、電源濾波電路、直流耦合式自激振蕩電路、整流放大電路組成，其特征是在直流耦合式自激振蕩電路中接有天線(T)，整流放大電路中接有壓電陶瓷蜂鳴器(HA)和發(fā)光二極管(Dl)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷暴臨近預(yù)報(bào)裝置，其特征是直流耦合式自激振蕩電路中的NPN型晶體管BG3的集電極串接電阻R4后接直流電源的正極(VCC)，NPN型晶體管BG3 的基極與電容C6的一端、微調(diào)電位器(RPl)的一端相連，電容C6的另一端接天線(T)，NPN 型晶體管BG3的發(fā)射極接電路地(GND)，微調(diào)電位器(RPl)的活動(dòng)臂串接電容C5后接電路地(GND)，微調(diào)電位器(RPl)的另一端與NPN型晶體管BG2的發(fā)射極、電阻R3的一端、電容 C4的一端相連，電阻R3的另一端與電容C4的另一端同接電路地(GND)，NPN型晶體管BG2 的基極接NPN型晶體管BG3的集電極，NPN型晶體管BG2的集電極串接電阻R2后接直流電源的正極(VCC)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷暴臨近預(yù)報(bào)裝置，其特征是整流放大電路中的電容C3的一端接NPN型晶體管BG2的集電極，電容C3的另一端與NPN型晶體管BGl的基極、整流二極管D2的負(fù)極相連，NPN型晶體管BGl的集電極接直流電源的正極(VCC)，NPN型晶體管BGl 的發(fā)射極同接電容C2的正極和壓電陶瓷蜂鳴器(HA)的正極，電容C2的負(fù)極和發(fā)光二極管 Dl的負(fù)極，延時(shí)電容C2的負(fù)極和壓電陶瓷蜂鳴器(HA)的負(fù)極同接電路地(GND)，發(fā)光二極管Dl的正極串接電阻Rl后接直流電源的正極(VCC)。
全文摘要
本發(fā)明屬于電子技術(shù)和氣象預(yù)報(bào)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雷暴臨近預(yù)報(bào)裝置。該裝置由直流電源、電源濾波電路、直流耦合式自激振蕩電路、整流放大電路組成，其特征是在直流耦合式自激振蕩電路中接有天線(T)，整流放大電路中的負(fù)載為壓電陶瓷蜂鳴器(HA)。本發(fā)明能夠在雷暴雨到來(lái)之前預(yù)報(bào)雷電發(fā)生的一種聲光電子預(yù)報(bào)裝置，它能探測(cè)到遠(yuǎn)方天空中的云層之間或云層與大地之間的放電，通過(guò)對(duì)雷暴雨中的雷電臨近預(yù)報(bào)，我們可以及時(shí)迅速地采取相應(yīng)的防雷擊措施，有針對(duì)性的做到防患于未然。
文檔編號(hào)G08B21/10GK102222401SQ20111004982
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月2日
發(fā)明者陳子楊 申請(qǐng)人:陳子楊