油罐雷电预警装置的制作方法

1.本发明涉及油管监测技术领域，具体涉及一种油罐雷电预警装置。


背景技术：

2.外浮顶油罐正常运行时最大的安全隐患是遭受雷击时出现闪爆着火，着火的部位主要在二次密封空腔；着火的主要原因是二次密封空腔内可燃气体达到爆炸极限范围，在油罐遭受雷击时，二次密封空腔内出现金属间隙雷电流泄漏放电打火，进而引起空腔内可燃气闪爆着火。
3.目前外浮顶油罐主要存在两类问题：一是外浮顶油罐二次密封空腔内可燃气体浓度存在超标现象；二是没有采取有效的雷电预警及防护措施防止雷击着火。目前防护措施是在雷雨季节仅以增加检测二次密封空腔可燃气体浓度频次的方法被动预防，也有采取“放气”方式降低可燃气体浓度。
4.因此，目前采取的措施处于人工被动监护状态，导致外浮顶油罐安全性较低。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的问题，本发明提供一种油罐雷电预警装置，能够对外浮顶油罐进行雷电预警，进而在雷电来临前及时采取措施，提高外浮顶油罐的安全性。
6.为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
7.本发明提供一种油罐雷电预警装置，包括：微机电系统电场探头、快天线电场探头、a/d转换器、控制器和串口通信模块；
8.所述微机电系统电场探头的输出端与所述a/d转换器的第一输入端电连接，所述微机电系统电场探头将探测大气平均电场强度传输至所述a/d转换器；
9.所述快天线电场探头的输出端与所述a/d转换器的第二输入端电连接，所述快天线电场探头将测量的闪电放电的波形和辐射场强传输至所述a/d转换器；
10.所述a/d转换器的输出端与所述控制器的第一输入端电连接，所述a/d转换器将接收的所述微机电系统电场探头和所述快天线电场探头输出的模拟电信号转化成数字信号并将所述数字信号传输至所述控制器；
11.所述控制器的输出端与所述串口通信模块的输入端电连接，所述控制器将接收的所述数字信号进行转换处理并将所述转换处理的结果通过所述串口通信模块发送至外部终端。
12.进一步的，还包括：定位模块；
13.所述定位模块的输出端与所述控制器的第二输入端电连接，所述定位模块将时间信息和经纬度信息传输至所述控制器。
14.其中，所述定位模块为gps模块。
15.其中，所述快天线电场探头包括：探测电极和放大电路；
16.所述探测电极的输出端与所述放大电路的反相端电连接；所述放大电路的输出端
与所述a/d转换器的第二输入端电连接。
17.其中，所述探测电极的形状为杆式结构或圆盘结构。
18.进一步的，还包括：壳体和航插接头；
19.所述壳体的底部设置有用于连接串口通信模块的航插接头；
20.其中，所述a/d转换器、所述控制器和所述串口通信模块均置于所述壳体内部；所述壳体的顶部设有所述微机电系统电场探头；所述壳体上靠近底部的一端上设有所述快天线电场探头。
21.进一步的，所述壳体靠近底部的一端上设有用于固定的固定支孔。
22.进一步的，还包括：伞裙；所述伞裙设置在所述微机电系统电场探头与所述快天线电场探头之间的所述壳体的中部。
23.其中，所述伞裙与所述壳体之间设置有绝缘件。
24.其中，所述微机电系统电场探头为弧顶柱状结构。
25.由上述技术方案可知，本发明提供油罐雷电预警装置，采用mems电场探头和快天线电场探头对外浮顶油罐进行检测并进行雷电预警，进而在雷电来临前及时采取措施，防止雷电引起的灾害，提高外浮顶油罐的安全性。通过在mems电场探头的基础上增加快天线电场探头形成了双传感器检测，可有效提升雷电预警的准确率。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明实施例中油罐雷电预警装置的第一结构示意图；
28.图2为本发明实施例提供的油罐雷电预警装置中快天线电场探头的探测原理示意图；
29.图3为本发明实施例中油罐雷电预警装置的第二结构示意图；
30.图4为本发明实施例中油罐雷电预警装置的外观正视图；
31.图5为本发明实施例中油罐雷电预警装置的外观示意视图。
具体实施方式
32.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.本发明提供一种油罐雷电预警装置的实施例，参见图1，所述油罐雷电预警装置具体包含：
34.微机电系统电场探头10、快天线电场探头20、a/d转换器30、控制器(mcu)40和串口通信模块50；
35.所述微机电系统电场探头10的输出端与所述a/d转换器30的第一输入端电连接，
所述微机电系统电场探头10将探测大气平均电场强度传输至所述a/d转换器30；
36.所述快天线电场探头20的输出端与所述a/d转换器30的第二输入端电连接，所述快天线电场探头20将测量的闪电放电的波形和辐射场强传输至所述a/d转换器30；
37.所述a/d转换器30的输出端与所述控制器(mcu)40的第一输入端电连接，所述a/d转换器30将接收的所述微机电系统电场探头10和所述快天线电场探头20输出的模拟电信号转化成数字信号并将所述数字信号传输至所述控制器(mcu)40；
38.在本实施例中，微机电系统电场探头10采用高灵敏、低功耗的mems电场敏感芯片，mems电场敏感芯片基于微机电系统(micro electro mechanical systems，mems)技术利用半导体加工工艺在硅基底上进行制作，具有体积小、功耗低、无磨损机械部件、可靠性高、易批量制造、易集成等特点，因此，选用微机电系统电场敏感芯片作为微机电系统电场探头来探测大气平均电场强度。为了降低雷电预警装置的复杂度，选用快天线电场探头20来测量的闪电放电的波形和辐射场强。因此，通过微机电系统电场探头10和快天线电场探头20进行监测，能够更加精细测量雷电过程中瞬时电场变化，可有效提高雷暴天气预警准确率和雷电预警精度。
39.在具体实施时，参见图2，快天线电场探头20包括：探测电极和放大电路；其中，探测电极用于测量闪电放电的波形和辐射场强e，所述探测电极的第一输出端通过电容c1与地电极相连，所述探测电极的第二输出端通过电阻r1与放大器的反相端电连接；放大器的同向端与地电极相连，在放大器的反相端与输出端之间设有并联的电阻r和电容c，放大器的输出端与所述a/d转换器30的第二输入端电连接。
40.所述控制器(mcu)40的输出端与所述串口通信模块50的输入端电连接，所述控制器(mcu)40将接收的所述数字信号进行转换处理并将所述转换处理的结果通过所述串口通信模块50发送至外部终端。
41.在本实施例中，控制器(mcu)40接收到a/d转换器30输出的数字信号后，对数字信号进行波形解析和算法处理。波形解析能够确定大气电场值，算法处理采用采用时间差定位技术，能够确定雷电方向信息。
42.从上述描述可知，本实施例能够对雷电进行预警外，也可以识别雷电的方向。
43.在本实施例中，参见图3，在上述油罐雷电预警装置的基础上，还包括：gps模块60；
44.所述gps模块60的输出端与所述控制器(mcu)40的第二输入端电连接，所述gps模块60将时间信息和经纬度信息传输至所述控制器(mcu)40。
45.在本实施例中，根据gps模块60输出的时间信息和经纬度信息，控制器(mcu)40能够实时确定各个时段的大气电场值以及各个油罐的定位信息。
46.在具体实施时，参见图4和图5，在上述油罐雷电预警装置的基础上，还包括：壳体1和航插接头5；
47.所述壳体1靠近底部的一端上设有用于固定的固定支孔4；所述壳体1的底部设置有用于连接串口通信模块50的航插接头5；
48.在本实施例中，a/d转换器30、控制器(mcu)40和串口通信模块50均置于所述壳体1的内部；壳体1的顶部设有所述微机电系统电场探头10；壳体1上靠近底部的一端上设有所述快天线电场探头20，其中，微机电系统电场探头10为弧顶柱状结构。
49.在本实施例中，壳体1的底部边沿设置伞裙，伞裙设置在所述微机电系统电场探头
10与所述快天线电场探头20之间的所述壳体1的中部。其中，伞裙与所述壳体1之间设置有绝缘件。
50.在本发明的实施例中，4组快天线电场探头20水平均匀布置在主壳1下侧，用于探测东南西北四个方向的雷电快速变化的辐射场强。
51.在本发明的实施例中，快天线电场探头20中的探测电极的形状可以是杆式结构、圆盘结构或其它结构，数量也可以是1个、2个、3个、4个甚至更多，在主壳下侧也可以非均匀布置。
52.从上述描述可知，本发明实施例提供的油罐雷电预警装置，能够对油罐进行雷电预警，在雷电来临前及时预警和报警，及时采取措施，防止雷电引起的灾害。在大气平均电场传感器基础上增加电磁场探测传感器，形成了双传感器检测技术，更加精细测量雷电过程中瞬时电场变化，提高雷暴天气预警率，可有效提升雷电预警水平。由于在外壳的水平方向均匀布置了4组快天线电场探测电极，采用时间差定位技术，因此可判别雷电的方位。
53.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。
54.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。