一种用于预放电式避雷针的无线远程计数器的制作方法

本实用新型属于避雷器技术领域，尤其涉及一种用于预放电式避雷针的无线远程计数器。

背景技术：

预放电式避雷针是自富兰克林避雷针实用新型后对接闪器进行改进比较大的一种新型的避雷针，它在欧洲(以法国为主)已经有使用，但在中国迄今没有广泛的推广起来。其主要原因是其避雷效果无法确定，没有具体的数据做支撑证明避雷效果。

避雷器按避雷方式可分为引雷方式和阻雷方式防雷。引雷方式避雷针(富兰克林避雷针)是通过对接闪器(避雷针)将雷云电荷引入大地，雷云电荷通过避雷针进入大地，从而实现了对避雷针周围的建筑物起到避雷作用。但是在雷云电荷通过避雷针时，由于瞬间大电流的通过，将产生很大的电磁感应而形成“感应雷”，这种感应雷将对电子产品(如电视、电脑、机站、电话等)产生非常大的破坏。特别是进入微电子时代，这种感应雷的破坏力更加明显，传统避雷针原理上的设计方案越发显得不适应现代微电子时代的发展，这也是预放电避雷针应运而生的原因。

预放电避雷针是采用阻雷方式避雷。预放电避雷针内部有一个感应式等离子发生器，当带电雷云飘移到阻雷器接闪器附近时，雷云与大地形成雷云感应电场，等离子发生器也相应被雷云电场感应，其内部也形成感应电场，雷云与大地越近，电场电压就越高，等离子发生器感应电压也越高。一般雷云与大地电压大到20000伏左右将会产生雷击放电(雷电)现象。可将等离子发生器产生等离子的域值电压设为小于雷击电压(20000伏)，如15000伏。那么，当雷云电场达到15000伏时，等离子发生器会启动并产生大量等离子。这些等离子在雷云和大地间电场的作用下将快速向电场两极移动，正电荷入地，负电荷快速上升，中和雷云中的正荷。雷云电压越接近放电(雷击域点)，电势越高，则等离子发生器产生的等离子就越多，上升的负电荷也越多。雷云被中和的正荷也越多，从而导致接闪器上端部分雷云与大地间的雷云电压就会下降，接闪器及周边区域(保护半径区域内)产生雷击条件被破坏，实现了提前预放电阻雷的目的。这种预放电避雷针最大的特点是在避雷区域内只是电荷的交换不产生任何变化，当然也没有直接雷及感应雷，保护区内的微电子设备也不会损坏，完成了避雷的工作。但是有一点，因为等离子在高空中放电、中和雷云时，一般是在下边看不见，也没有任何显视。而且雷击本身是小概率事件，被保护区域有没有发生雷击很难说清楚，是阻雷器作用还是这个地方根本就没有打雷。这就是国内预放电避雷针推广应用不开的主要原因。

现有技术都是针对引雷式避雷针引雷导线在地面进行电信号采样，而实现对其进行监测，而阻雷式避雷器没有引雷导线，在地面无法进行电信号采集也就无法对避雷器进行监测计数。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种用于预放电式避雷针的无线远程计数器，计数器以机顶盒的结构直接与避雷针联成为一体，能够将预放电式避雷针内等离子发生器的阻雷信息采集下来，通过无线远传到地面数据中心，为测试预放电避雷针的阻雷效果提供记录依据。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种用于预放电式避雷针的无线远程计数器，包括机顶盒、采样信号线、太阳能电池、信号发射天线、等离子发生器阻挡板、计数通讯系统；

机顶盒与预放电式避雷针之间设计安装有等离子发生器阻挡板，避雷器、阻挡板、机顶盒三者依次通过螺栓连接，螺栓孔内放置绝缘套管，计数通讯系统安装在机顶盒内部，太阳能电池为计数通讯系统提供电能，计数通讯系统与信号发射天线连接，采样信号线一端与计数通讯系统连接，另一端与预放电式避雷针的等离子发生器连接；

所述的计数通讯系统包括电压信号采集单元、电流信号采集单元、数据运算单元、数据无线远传单元、太阳能供电单元；电压信号采集单元、电流信号采集单元均与采样信号线连接，电压信号采集单元、电流信号采集单元与数据运算单元连接，数据运算单元与数据无线远传单元通过485接口连接；

电压信号采集单元用于采集预放电式避雷针的等离子发生器被雷云电场感应后产生的感应电压，并将感应电压的电压信号实时输入到数据运算单元，经过数据处理后通过数据无线远传单元远程传输到地面数据中心分析处理；

电流信号采集单元用于采集预放电式避雷针内的等离子发生器被雷云电场激活后产生等离子的残余电流，并将残余电流的电流信号实时输入到数据运算单元，经过数据处理后通过数据无线远传单元远程传输到地面数据中心分析处理。

所述的预放电式避雷针、等离子发生器阻挡板、机顶盒通过法兰连接，法兰连接螺栓孔内设有绝缘套管。

所述的等离子发生器阻挡板上下两侧均设有螺纹套，预放电式避雷针底部、机顶盒顶部均设有与螺纹套相配合的螺纹。

所述的太阳能电池通过支架固定联接在机顶盒外部。

所述的太阳能电池为薄膜太阳能电池，包覆固定在机顶盒外部。

所述的计数通讯系统内连接有gps模块。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本装置直接在避雷下端安装一个独立工作电源的机顶盒，来记录雷击强度和雷击次数，并将数据通过无线方式传到地面，可实时对阻雷式避雷器工作状态的远程监测。采用等离子发生器阻挡板将预放电避雷针与机顶盒隔离开，确保计数通讯系统能够采集到电流和电压信号；通过计数通讯系统统计预放电避雷针的阻雷次数和雷击前的电压强度，并通过计数通讯系统将采集处理后的数据传输到数据中心。机顶盒、预放电式避雷针、等离子发生器阻挡板为一体式结构方便野外高空安装。gps模块的设置可方便利用公共通信网络传输数据记录相应预放电避雷针的位置信息。太阳能电池供电系统方便整个计数器高空无电源情况下使用，采用对电信号有线直接取样，无线远离传递技术方案，解决了阻雷方式避雷器电信号无法在地面直接采样的技术难题。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是计数通讯系统的原理图。

图3是电压信号采集单元的电气原理图。

图4是电流信号采集单元的电气原理图。

图5是数据无线远传单元的原理图。

图中：1-预放电式避雷针2-采样信号线3-阻挡板4-机顶盒5-计数通讯系统6-太阳能电池板7-信号发射天线8-支架9-接闪器。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型进行详细地描述，但是应该指出本实用新型的实施不限于以下的实施方式。

实施例一

见图1-图5，一种用于预放电式避雷针的无线远程计数器，包括一体化机顶盒、采样信号线、太阳能电池、信号发射天线、等离子发生器阻挡板、计数通讯系统；机顶盒与预放电式避雷针之间安装有等离子发生器阻挡板，计数通讯系统放置在机顶盒内部，太阳能电池为计数通讯系统提供电能，计数通讯系统与信号发射天线一端连接，采样信号线另一端与预放电式避雷针等离子发生器连接。

见图2，计数通讯系统包括电压信号采集单元、电流信号采集单元、数据运算单元、带有信号发射天线的数据无线远传单元、太阳能供电单元；

见图3，电压信号采集单元用于采集预放电式避雷针的等离子发生器被雷云电场激活前产生感应电压(由采样信号线输送，并经限压、限流电路)，并将电压信号输入到数据运算单元，经过数据处理后通过数据无线远传单元窄带物联网(nb-lot)远程传输到地面数据中心分析处理；电压信号采集单元预放电式避雷针的等离子发生器被雷云电场激活前产生感应电压，经限压限流电路处理后由in11、in12输入。

见图3，in11、in12为电压信号输入端，使用时：

1)1～5v，0～5v信号输入时，光耦继电器s1、s2、合上，s4、s6断开；

在信号输入的两个端子in11、in12之间接一个精密电阻，转变为电压信号输入。

2)基准电压的检测，光耦继电器s4、s6、合上，s1、s2、s3、断开。

见图4，电流信号采集单元用于采集预放电式避雷针的等离子发生器被雷云电场击活后产生的残余电流(由采样信号线输送)，并将电流信号输入到数据运算单元，经过数据处理后通过数据无线远传单元窄带物联网(nb-lot)远程传输到地面数据中心分析处理。电压信号采集单元和电流信号采集单元采用两路相互独立的电路进行采集。

见图4，in11、in12为电流信号输入端，使用时：

1)4～20ma、0～10ma信号输入时，光耦继电器s1、s2、s4、合上，s6断开；

4～20ma信号输入时，可接25欧姆精密电阻变为100mv～500mv信号输入；当为0～10ma信号输入时，可接50欧姆精密电阻变为0～500mv信号输入；

2)基准电压的检测，光耦继电器s4、s6、合上，s1、s2、s3、断开。

太阳能电池为电源max372供电，电压信号采集单元、电流信号采集单元均包括调理变换电路、隔离电路、可编程放大电路，隔离电路采用电容实现精密数据采集，可编程放大电路可设定量程，方便使用，具体电路见图3、图4。

见图5，数据无线远传单元包括窄带物联网nb-lot发送器、低功耗微控器，数据运算单元通过rs485接口与低功耗微控器连接，低功耗微控器与窄带物联网nb-lot发送器连接，利用窄带物联网技术将数据上传。

见图2，数据运算单元经数据处理得出预放电式避雷针的等离子发生器被激活，并输出到存储单元，并由数据运算单元远程传输到数据中心，若等离子发生器未被激活时则由存储单元存储，并定时传输到远程传输到数据中心。由数据中心处理分析雷击的强度、雷击分布情况，依据采集到的数据分析得到哪些区域为雷击多发区，为防雷工作提供依据。

数据运算单元经数据处理得出预放电式避雷针的等离子发生器被激活，计为阻雷的工作一次，再由数据运算单元通过窄带物联网(nb-lot)远程传输到数据中心，进而得到预放电避雷针的防雷次数。

数据无线远传单元采用窄带物联网技术，并由太阳能光伏供电，采用了休眠唤醒模式和低功耗硬件模块，可实现长距离传输，具有低功耗、低成本、高覆盖(和手机一样)、强连接等的优势。

实施例二

在实施例一的基础上，预放电式避雷针、等离子发生器阻挡板、机顶盒通过法兰连接，机顶盒顶部和底部均设有法兰，底部的法兰用于与预放电式避雷针的支架固定连接，顶部的法兰用于与等离子发生器阻挡板连接，等离子发生器阻挡板的另一侧与预放电式避雷针底部的法兰连接，法兰连接螺栓孔内设有绝缘套管。

实施例三

在实施例一的基础上，等离子发生器阻挡板上下两侧均设有螺纹套，预放电式避雷针底部、机顶盒顶部均设有与阻挡板螺纹套相配合的螺纹，使避雷针、阻挡板、机顶盒三者可通过螺扣直接连接为一体，方便现场整体安装。

实施例四

在实施例一、实施例二或实施例三的基础上，太阳能电池通过支架固定联接在机顶盒外部。

实施例五

在实施例一、实施例二或实施例三的基础上，太阳能电池为薄膜太阳能电池，包覆固定在机顶盒外部。

此外，在实施例一～实施例五任意一例的基础上，计数通讯系统内连接有gps模块，做为防雷点的gps定位测试，gps模块通过rs485线将定位信息通过数据无线远传单元传输到地面数据中心分析处理。