一种利用声光电磁波信号监测闪电距离的装置制造方法
【专利摘要】本发明提出了一种利用声光电磁波信号监测闪电距离的装置，所述装置利用光敏器件将雷电闪电时产生光辐射信号转换成电信号、由天线接收闪电电磁辐射信号、经声电转换电路将雷电闪电产生声音信号变成电信号，分别经过放大、检波和限幅电路处理后，送到单片机MSP430计算处理，得出20km范围内声、光、电磁波信号监测雷电闪电的情况。本发明装置用于对室外工作人员提供预警信息，同时根据该装置上记录的闪电时间及距装置的距离，推算发生雷击的位置，对雷击事故的分析提供依据。
【专利说明】一种利用声光电磁波信号监测闪电距离的装置
【技术领域】
[0001]本发明属于雷电探测【技术领域】，具体指的是一种利用声光电磁波信号监测闪电距离的装置。
【背景技术】
[0002]雷电灾害作为自然灾害的一种，对人类的生命财产构成威胁，它位列联合国制订的国际防灾减灾规划中10项自然灾害的第9项，其危害在全球范围内普遍存在。伴有雷声和闪电现象的天气在气象上称为雷暴，雷暴天气时，当云层间或云层与地面之间的电位差达到一定程度时会发生放电现象，闪电击到地面或者击中地面上的人、物体造成危害，雷击事故都有发生，轻则造成财产损失、重则造成人员伤亡。
[0003]雷电监测在雷电的研究及防护等领域处于极其重要的位置，通过及时监测雷电的发生、发展、消失情况和移动方向及其他活动特征，对一些重要的目标给出监测预报，使雷电造成的损失降低到最低。我国雷电监测在森林雷击火灾的定点监测，重要发射场附近的雷电预警，电力系统的雷电故障点巡查等方面都有很高的经济效益和实际应用价值，气象系统也在建设雷电监测预警预报系统，对雷击事故的了解提供依据。但是，这些雷电监测系统都要组网监测、监测范围大、民用的监测设备还没有普及应用。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，提供一种利用声光电磁波信号监测闪电距离的装置。本发明装置利用声、光、电磁波信号监测雷电闪电，在20km范围内监测雷电，主要用于对室外的工作人员的安全，提供预警信息。同时根据该装置上记录的闪电时间及距装置的距离，推算发生雷击的位置，对雷击事故的分析提供依据。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
一种利用声光电磁波信号监测闪电距离的装置，包括光信号处理模块、声信号处理模块、电磁波信号处理模块、信号综合处理模块和显不模块；
所述光信号处理模块由光敏器件、光信号处理电路、放大电路1、检波电路1、限幅电路I依次串联构成；
所述声信号处理模块由驻极体电容话筒、声电转换电路、放大电路II1、检波电路II1、限幅电路III依次串联构成；
所述电磁波信号处理模块由天线、选频电路、放大电路I1、检波电路I1、限幅电路II依次串联构成；
所述信号综合处理模块包含单片机信号处理电路，所述单片机信号处理电路分别与光信号处理模块、电磁波信号处理模块、声信号处理模块连接；根据雷电的光、电磁波与声音信号到达的时间差，计算出雷电的距离；同时记录闪电发生的时间及次数，并将记录的时间及次数输出在显示器模块上。
[0006]所述光信号处理模块由光敏器件、光信号处理电路、放大电路1、检波电路1、限幅电路I依次串联构成，所述光敏器件采集雷电闪电时产生的光辐射信号，并转换成电信号，经光信号处理电路滤除背景光噪声信号，然后经放大电路I将信号放大，放大的光信号依次经过检波电路1、限幅电路I，将信号电平限制在单片机需要的触发电平信号，输入信号综合处理模块。
[0007]所述声信号处理模块由驻极体电容话筒、声电转换电路、放大电路II1、检波电路II1、限幅电路III依次串联构成，所述驻极体电容话筒采集雷电闪电发生时产生的声音信号，经声电转换电路后，经放大电路III放大，再由检波电路III转换成直流电压信号，由限幅电路III限幅后，输入信号综合处理模块。
[0008]所述电磁波信号处理模块由天线、选频电路、放大电路I1、检波电路I1、限幅电路II依次串联构成，所述天线接收闪电电磁辐射信号，依次经过选频电路选频、放大电路II放大后，经过检波电路II变成直流电压信号，最后经过限幅电路II限幅，输入信号综合处理模块。
[0009]所述选频电路的中心频率为15kHz。
[0010]所述单片机信号处理电路采用的单片机为MSP430。
[0011]有益效果:本发明提出了一种利用声光电磁波信号监测闪电距离的装置，所述装置利用光敏器件将雷电闪电时产生光辐射信号转换成电信号、由天线接收闪电电磁辐射信号、经声电转换电路将雷电闪电产生声音信号变成电信号，分别经过放大、检波和限幅电路处理后，送到单片机MSP430计算处理，得出20km范围内声、光、电磁波信号监测雷电闪电的情况。本发明装置用于对室外工作人员提供预警信息，同时根据该装置上记录的闪电时间及距装置的距离，推算发生雷击的位置，对雷击事故的分析提供依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是声、光、电磁波信号监测闪电距离装置的原理框图。
[0013]图2是光信号处理电路。
[0014]图3是光信号放大、检波及限幅电路。
[0015]图4是电磁波信号处理电路。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图，对本发明提出的一种利用声光电磁波信号监测闪电距离的装置的技术方案进行详细说明。
[0017]本发明的原理方框图如图1所示，一种利用声、光、电磁波信号监测闪电距离的装置由光信号处理模块，声信号处理模块，电磁波信号处理模块及信号综合处理模块及显不模块组成。其中:光信号处理模块由光敏器件(光电二极管)、光信号处理电路、放大电路
1、检波电路1、限幅电路I组成；声信号处理模块由驻极体电容话筒、声信号转换电路、放大电路II1、检波电路II1、限幅电路III组成；电磁波信号处理模块由天线、选频电路、放大电路
I1、检波电路I1、限幅电路II组成；信号综合处理模块包括MSP430单片机信号处理电路。
[0018]光信号处理模块
信号处理模块由光敏器件、光信号处理电路、放大电路1、检波电路1、限幅电路I依次串联构成，本发明的光信号处理电路如图2所示，光敏器件Dl的阴极接于运算放大器ICl的负输入端，光敏器件的阳极与运算放大器ICl的正输入端相连并共地，电阻R5与电容C3并联接在运算放大器ICl的输出端，电阻R5的另一端为端口 1，电容C3的另一端接光敏器件的阴极，电阻R2、电阻R4串联，电阻R2的另一端与电阻Rl并联与光敏器件的阴极，电阻R4的另一端与电容C2并联接与运算放大器的正输入端，电容C2的另一端接地，Rl的上端与电容Cl并联接在运算放大器IC2的输出端，电容Cl的另一端与电阻R3并联与运算放大器IC2的负输入端，电阻R3的另一端接地。运算放大器IC2构成直流背景光反馈电路，将直流背景光信号消除掉，输出为雷电闪电时接收的闪电光信号。
[0019]本发明的光信号放大电路1、检波电路I及限幅电路I为图3所示，运算放大器IC3的负输入端与其输出端短接，正输入端为端口 2，与信号处理电路的端口 I相连，运算放大器IC3输出端、电阻R6及运算放大器IC4的负输入端相串联，运算放大器IC4的负输入端通过电阻R7与其输出端连接，IC4的正输入端接地，此电路构成了输入阻抗线性放大电路；二极管D2的阳极与IC4的输出端相连，二极管D2的阴极与电容C4相并联构成大信号线性检波电路，电阻R9与电容R4并联，电阻R8的一端接于二极管，另一端与稳压二极管D3并联构成限幅电路，D3的另一端接地，端口 3为电阻R8与稳压二极管的公共端，其输出的电压信号适合单片机需要的电平范围，电路设计简单，工作性能稳定。
[0020]声信号处理模块
声信号处理模块由驻极体电容话筒、声信号转换电路、放大电路IV、检波电路II1、限幅电路III依次串联构成，本发明的声音信号转换电路的声音信号由驻极体电容话筒将声音信号转换为电信号，由场效应管放大后，经两级运算放大器线性放大后，由检波二极管、电容及电阻构成的大信号检波电路III，输出的直流电压，经电阻，二极管构成的限幅电路III，输出适合单片机所需要的直流电压信号。
[0021]电磁波信号处理模块
电磁波信号处理模块由天线、选频电路、放大电路I1、、检波电路I1、限幅电路II依次串联构成，本发明的电磁波信号处理部分，天线将接收的电磁波信号送入由三个电容与电感并联构成的窄带滤波选频电路，提高了抗干扰的能力，选频电路的中心频率取15kHz。因为雷电波的主要能量集中在15kHz以下，这部分能量较大，易于提高接收的灵敏度，将选出15kHz的雷电电磁波信号经过放大电路II进行放大处理，送到由二极管、电容、电阻、电感构成的检波电路II，将雷电电磁脉冲信号变为直流电压信号，再经限幅电路II限幅后加至单片机MSP430进行信号处理。
[0022]信号综合处理模块
信号综合处理模块包含MSP430单片机信号处理电路，本发明的信号综合处理模块如图4所示，光信号处理模块，声信号处理模块，电磁波信号处理模块分别连接在MSP430单片机信号处理电路的输入端上，MSP430单片机信号处理电路的输出端与液晶显示器相连接。MSP430构成最小单片机单元电路，记录光、电磁波信号到达的时间与声音信号到达的时间差，根据电磁波、光、声音传播的速度，由时间差计算出距离的大小，同时记录闪电发生的时间及次数，并将记录的时间及次数输出在显示器上。将用于雷击事故的统计分析，也可以实时监测雷电闪电发生、发展、消失的情况。
【权利要求】
1.一种利用声光电磁波信号监测闪电距离的装置，其特征在于，包括光信号处理模块、声信号处理模块、电磁波信号处理模块、信号综合处理模块和显不模块； 所述光信号处理模块由光敏器件、光信号处理电路、放大电路1、检波电路1、限幅电路I依次串联构成； 所述声信号处理模块由驻极体电容话筒、声电转换电路、放大电路II1、检波电路II1、限幅电路III依次串联构成； 所述电磁波信号处理模块由天线、选频电路、放大电路I1、检波电路I1、限幅电路II依次串联构成； 所述信号综合处理模块包含单片机信号处理电路，所述单片机信号处理电路分别与光信号处理模块、电磁波信号处理模块、声信号处理模块连接；根据光、电磁波与声音信号到达的时间差，计算出雷电的距离；同时记录闪电发生的时间及次数，并将记录的时间及次数输出在显不器模块上。
2.根据权利要求1所述的一种利用声光电磁波信号监测闪电距离的装置，其特征在于，所述光信号处理模块由光敏器件、光信号处理电路、放大电路1、检波电路1、限幅电路I依次串联构成，所述光敏器件采集雷电闪电时产生的光辐射信号，并转换成电信号，经光信号处理电路滤除背景光噪声信号，然后经放大电路I将信号放大，放大的光信号依次经过检波电路1、限幅电路I，将信号电平限制在单片机需要的触发电平信号，输入信号综合处理模块。
3.根据权利要 求1所述的一种利用声光电磁波信号监测闪电距离的装置，其特征在于，所述声信号处理模块由驻极体电容话筒、声电转换电路、放大电路II1、检波电路II1、限幅电路III依次串联构成，所述驻极体电容话筒采集雷电闪电发生时产生的声音信号，经声电转换电路后，经放大电路III放大，再由检波电路III转换成直流电压信号，由限幅电路III限幅后，输入信号综合处理模块。
4.根据权利要求1所述的一种利用声光电磁波信号监测闪电距离的装置，其特征在于，所述电磁波信号处理模块由天线、选频电路、放大电路I1、检波电路I1、限幅电路II依次串联构成，所述天线接收闪电电磁辐射信号，依次经过选频电路选频、放大电路II放大后，经过检波电路II变成直流电压信号，最后经过限幅电路II限幅，输入信号综合处理模块。
5.根据权利要求4所述的一种利用声光电磁波信号监测闪电距离的装置，其特征在于，所述选频电路的中心频率为15kHz。
6.根据权利要求1所述的一种利用声光电磁波信号监测闪电距离的装置，其特征在于，所述单片机信号处理电路采用的单片机为MSP430。
【文档编号】G01S11/16GK103901283SQ201410114351
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】李祥超, 周中山, 陈璞阳, 陈戎健 申请人:南京信息工程大学