一种雷电流监测系统及方法与流程

本申请涉及雷电监测领域，尤其涉及一种雷电流监测系统及方法。

背景技术：

雷电是自然界一种常见的放电现象，雷电发生时会对文物建筑、森林草原等场所造成灾害。雷电发生时产生的雷电流是主要的破坏源，因此监测统计雷电流对于防雷电灾害是必不可少的。

需避雷位置一般设置有避雷装置，避雷装置包括接闪器、引下线以及接地体，接闪器可引来周围雷电并发生放电，将雷电流经过引下线以及接地体传向地面，避免保护对象遭受雷击。雷电流监测设备一般的工作过程为：获取引下线表面的雷电流，并对雷电流进行统计计算，得到雷电流峰值等信息，并通过有线传输的方式传输至防雷监测客户端以完成监测。

实际应用中，雷电流监测设备容易出现电池耗尽的情况，由于文物建筑、森林草原等场所较为偏远，与防雷监测客户端的距离长，因此更换电池不便，使得雷电流监测设备停止工作，同时远距离也给有线传输带来了不可避免的困难。

技术实现要素：

本申请提供一种雷电流监测系统及方法，以解决传统雷电流监测设备功耗高且采用有线传输监测困难的问题。

一方面，本申请提供一种雷电流监测系统，包括：雷电流感应模块、微功耗唤醒模块、雷电流采集模块、mcu模块、数据存储模块、5g通信模块以及电源模块；

所述雷电流感应模块被配置为：获取待测物体表面的雷击脉冲电流，根据所述雷击脉冲电流生成标准雷电信号，将所述标准雷电信号发送至所述微功耗唤醒模块以及所述雷电流采集模块；

所述微功耗唤醒模块被配置为：接收所述标准雷电信号，并根据所述标准雷电信号生成唤醒指令发送至所述mcu模块；

所述雷电流采集模块被配置为：接收所述标准雷电信号，并暂存所述标准雷电信号；

所述mcu模块被配置为：接收所述唤醒指令并根据所述唤醒指令完成启动，获取暂存的所述标准雷电信号，获取所述标准雷电信号中包括的雷击信息并判断所述雷击信息是否为非误触发信息，如果所述雷击信息为非误触发信息，将所述雷击信息发送至所述数据存储模块以及所述5g通信模块；

所述电源模块被配置为：向所述mcu模块供电；

所述数据存储模块被配置为：接收所述雷击信息并存储；

所述5g通信模块被配置为：接收所述雷击信息并上传至防雷监管智能云平台。

可选的，所述雷击信息包括雷电流峰值、雷电流极性、雷击发生时间、雷击次数以及监测位置。

可选的，所述mcu模块还被配置为：获取所述雷击信息包括的所述雷电流峰值，并判断所述雷电流峰值是否大于预设峰值阈值，如果不大于预设峰值阈值，则确定所述雷击信息为误触发信息，如果大于预设峰值阈值，则确定所述雷击信息为非误触发信息。

可选的，所述mcu模块还被配置为：

从所述数据存储模块获取至少三个所述监测位置相同且连续的所述雷击信息，并获取每个所述雷击信息包括的所述雷电流峰值、所述雷电流极性、所述雷击发生时间以及所述雷击次数；

根据每个所述雷电流峰值、所述雷击发生时间以及所述雷击次数，确定雷击风险强度，通过统计数据库确定与所述监测位置、所述雷击风险强度以及所述雷电流极性对应的预警等级，并将所述雷击风险强度以及所述预警等级通过所述5g通信模块上传至防雷监管智能云平台。

可选的，所述mcu模块还被配置为：计算每个所述雷击发生时间之间的时间间隔，如果所述时间间隔大于预设时间阈值，则确定所述雷击信息的所述雷击风险强度为低风险强度。

可选的，所述mcu模块还被配置为：如果所述时间间隔小于预设时间阈值，获取连续的所述雷击信息包括的所述雷电流峰值之间的峰值差以及每个所述雷击信息包括的所述雷击次数，如果所述峰值差小于或等于预设峰值差阈值，或者，所述雷击次数均大于预设次数阈值，则确定所述雷击信息的所述雷击风险强度为高风险强度。

可选的，所述mcu模块还被配置为：通过所述防雷监管智能云平台获取同一所述监测位置的历史雷击状态信息，统计多个所述监测位置的历史雷击状态信息生成统计数据库；所述数据存储模块还被配置为：存储所述统计数据库。

可选的，所述mcu模块还被配置为：如果所述统计数据库中包括与所述监测位置相同、雷电流极性相同，且雷击风险强度为高风险强度的历史雷击状态信息，则确定所述雷击信息的所述预警等级为高等级预警；如果所述统计数据库中包括与所述监测位置相同、雷电流极性相同，且雷击风险强度为低风险强度的历史雷击状态信息，则确定所述雷击信息的所述预警等级为中等级预警；如果所述统计数据库中包括与所述监测位置相同、雷电流极性不同，且雷击风险强度为低风险强度的历史雷击状态信息，则确定所述雷击信息的所述预警等级为低等级预警。

另一方面，本申请提供一种雷电流监测方法，包括：

获取待测物体表面的雷击脉冲电流，根据所述雷击脉冲电流生成标准雷电信号；

接收所述标准雷电信号，并根据所述标准雷电信号生成唤醒指令；

接收所述标准雷电信号，并暂存所述标准雷电信号；

接收所述唤醒指令并根据所述唤醒指令完成启动，获取暂存的所述标准雷电信号，获取所述标准雷电信号中包括的雷击信息并判断所述雷击信息是否为非误触发信息；

如果所述雷击信息为非误触发信息，将所述雷击信息上传至防雷监管智能云平台。

可选的，获取所述标准雷电信号中包括的雷击信息并判断所述雷击信息是否为非误触发信息的步骤包括：

获取所述雷击信息包括的雷电流峰值，并判断所述雷电流峰值是否大于预设峰值阈值，如果不大于预设峰值阈值，则确定所述雷击信息为误触发信息，如果大于预设峰值阈值，则确定所述雷击信息为非误触发信息。

由以上技术方案可知，本申请提供一种雷电流监测系统及方法，所述系统包括雷电流感应模块、微功耗唤醒模块、雷电流采集模块、mcu模块、数据存储模块和5g通信模块。雷电流感应模块被配置为获取待测物体表面的雷击脉冲电流，根据雷击脉冲电流生成标准雷电信号。微功耗唤醒模块被配置为根据标准雷电信号生成唤醒指令。雷电流采集模块被配置为接收并暂存标准雷电信号。mcu模块被配置为接收所述唤醒指令并根据唤醒指令完成启动，获取暂存的标准雷电信号中包括的雷击信息并判断雷击信息是否为非误触发信息，如果雷击信息为非误触发信息，将雷击信息发送至数据存储模块以及5g通信模块。5g通信模块被配置为接收雷击信息并上传至防雷监管智能云平台。具有微功耗、传输迅速的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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。

图1为本申请一种雷电流监测系统流程示意图；

图2为本申请一种雷电流监测系统结构示意图；

图3为本申请一种实施例mcu模块配置示意图；

图4为本申请另一种实施例mcu模块配置示意图；

图5为本申请又一种实施例mcu模块配置示意图；

图6为本申请又一种实施例mcu模块配置示意图；

图7为本申请再一种实施例mcu模块配置示意图；

图8为本申请一种雷电流监测方法流程示意图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

本申请提供一种雷电流监测系统，用于监测文物建筑、森林草原等场所的雷电流强度。参见图1，为本申请一种雷电流监测系统流程示意图。参见图2，为本申请一种雷电流监测系统结构示意图。由图1、图2可知，本申请提供的雷电流监测系统包括雷电流感应模块、微功耗唤醒模块、雷电流采集模块、mcu模块、数据存储模块、5g通信模块以及电源模块。

所述雷电流感应模块被配置为：获取待测物体表面的雷击脉冲电流，根据所述雷击脉冲电流生成标准雷电信号，将所述标准雷电信号发送至所述微功耗唤醒模块以及所述雷电流采集模块。所述雷电流感应模块可以包括罗氏线圈单元和微功耗积分器单元。所述罗氏线圈单元可以采用柔性罗氏线圈，在实际应用中，待测物体一般是文物建筑等，且待测物体设置有避雷装置，获取待测物体表面的雷击脉冲电流时，可以将所述罗氏线圈单元套设在避雷装置的引下线上。通过所述罗氏线圈单元以及微功耗积分器单元，可以得到输出电压，即标准雷电信号。柔性罗氏线圈适用于较宽频率范围内的交流电流的测量，具有较快的瞬间反应能力，可用于高频大电流的测量，可以实时监测最大400ka的雷击电流。因此所述雷电流感应模块可以实时监测雷击电流，具有反应迅速的优点。

所述微功耗唤醒模块被配置为：接收所述标准雷电信号，并根据所述标准雷电信号生成唤醒指令发送至所述mcu模块。微功耗唤醒模块可以在有标准雷电信号时唤醒mcu模块，使mcu模块进行数据处理，可以达到节能的目的。

所述雷电流采集模块被配置为：接收所述标准雷电信号，并暂存所述标准雷电信号。所述雷电流采集模块可以包括保持电路和分压电路，由于雷击电流的波长较短，且所述微功耗唤醒模块唤醒mcu模块需要一定的响应时间，因此设置了雷电流采集模块。通过保持电路可以将所述标准雷电信号保持一段时间，再通过分压电路，将标准雷电信号输入至所述mcu模块，可以实现mcu模块准确采样。

所述mcu模块被配置为：接收所述唤醒指令并根据所述唤醒指令完成启动，获取暂存的所述标准雷电信号，获取所述标准雷电信号中包括的雷击信息并判断所述雷击信息是否为非误触发信息，如果所述雷击信息为非误触发信息，将所述雷击信息发送至所述数据存储模块以及所述5g通信模块。所述mcu模块可以采用rl78处理器，在未收到唤醒指令时，处于休眠模式，休眠时功耗一般≤10μa，可以达到低功耗的目的。

参见图3，为本申请一种实施例mcu模块配置示意图。由图3可知，所述mcu模块还被配置为：获取所述雷击信息包括的所述雷电流峰值，并判断所述雷电流峰值是否大于预设峰值阈值，如果不大于预设峰值阈值，则确定所述雷击信息为误触发信息，如果大于预设峰值阈值，则确定所述雷击信息为非误触发信息。在实际应用中，所述预设峰值阈值可以是0.5ka，即当所述雷电流峰值≤0.5ka时，所述mcu模块即确定所述雷击信息为误触发信息。在实际应用中，通过判断所述雷击信息是否为误触发信息，可以确定mcu模块的工作进程，如果为误触发信息，mcu模块可以停止继续工作，节约了mcu模块的能耗。

所述电源模块被配置为：向所述mcu模块供电。所述电源模块可以采用锂电池供电，本申请不做具体限定。在实际应用中，通过所述微功耗唤醒模块、所述mcu模块以及所述电源模块，可以实现文物建筑、森林草原等偏远场所的雷电流监测，且功耗小，保证了使用时长，避免频繁出现断电现象。

所述数据存储模块被配置为：接收所述雷击信息并存储。所述数据存储模块可以采用非易失性存储器，存储空间大且使用灵活，且能够保证mcu模块随时调用所述雷击信息。

所述5g通信模块被配置为：接收所述雷击信息并上传至防雷监管智能云平台。5g通信网络延迟小，可以低于1ms，且功耗低，能够使得所述雷电流监测系统实现微功耗，同时避免了有线传输存在的传输距离有限以及布线困难等问题，可以提供高效、覆盖广的无线通信服务。在实际应用中，将所述雷击信息上传至防雷监管智能云平台，可以使得雷击信息快速得到响应，所述雷击信息可以反映雷电流的危害程度，使得工作人员快速做出反应，避免造成进一步的损失，对防雷电灾害有显著的效果。

所述雷击信息可以包括雷电流峰值、雷电流极性、雷击发生时间、雷击次数以及监测位置。一个雷击信息中可包含多次雷击，例如，所述雷电流峰值可以是-30.45ka，雷电流极性可以是负极性，也可以是正极性，雷击次数可以是4次，所述监测位置是待测物体所处的位置，可以是古建筑1、古建筑2、草原1等。

所述雷电流监测系统还可以包括客户端，所述客户端可以是手机、电脑等。通过所述5g通信模块将所述雷击信息、电源模块剩余电量等信息发送至所述客户端，以实现雷电流实时监测，同时避免因电量耗尽导致无法监测等情况的发生。

参见图4，本申请另一种实施例mcu模块配置示意图。由图4可知，所述mcu模块还可以被配置为：从所述数据存储模块获取至少三个所述监测位置相同且连续的所述雷击信息，并获取每个所述雷击信息包括的所述雷电流峰值、所述雷电流极性、所述雷击发生时间以及所述雷击次数。

根据每个所述雷电流峰值、所述雷击发生时间以及所述雷击次数，确定雷击风险强度，通过统计数据库确定与所述监测位置、所述雷击风险强度以及所述雷电流极性对应的预警等级，并将所述雷击风险强度以及所述预警等级通过所述5g通信模块上传至防雷监管智能云平台。

在实际应用中，用户可以根据防雷监管智能云平台接收到的雷击风险强度以及预警等级，判断文物建筑等受雷击情况，合理安排应对雷击的工作，提高工作效率。

参见图5，为本申请又一种实施例mcu模块配置示意图。由图5可知，进一步地，所述mcu模块还可以被配置为：计算每个所述雷击发生时间之间的时间间隔，如果所述时间间隔大于预设时间阈值，则确定所述雷击信息的所述雷击风险强度为低风险强度。如果所述时间间隔小于预设时间阈值，获取连续的所述雷击信息包括的所述雷电流峰值之间的峰值差以及每个所述雷击信息包括的所述雷击次数，如果所述峰值差小于或等于预设峰值差阈值，或者，所述雷击次数均大于预设次数阈值，则确定所述雷击信息的所述雷击风险强度为高风险强度。

在实际应用中，如果两个连续的所述雷击信息包括的所述雷电流峰值之间的峰值差小于或等于预设峰值差阈值，则可以确定两个连续的雷击信息的雷击风险强度均为高风险强度。或者，如果某一个所述雷击信息包括的所述雷击次数大于预设次数阈值，则可以确定这个雷击信息的雷击风险强度为高风险强度。

例如，所述预设时间阈值可以是10s，所述预设时间阈值可以根据实际情况进行设定，如果待测物体易受雷击影响，即防雷等级较高，则可将预设时间阈值设置为一个较大的值。相反的，如果防雷等级较低，则可将预设时间阈值设置为一个较小的值，即当所述待测物体受到连续的、时间间隔小的雷击时，所述雷电流监测系统才会对雷击做出反应。所述预设峰值差阈值可以是10ka，所述预设次数阈值可以是5次，可以根据实际情况进行设定。

参见图6，为本申请又一种实施例mcu模块配置示意图。由图6可知，进一步地，所述mcu模块还可以被配置为：通过所述防雷监管智能云平台获取同一所述监测位置的历史雷击状态信息，统计多个所述监测位置的历史雷击状态信息生成统计数据库；所述数据存储模块还被配置为：存储所述统计数据库。在实际应用中，统计数据库可以准确的反映的某一监测位置的历史雷击情况，根据历史雷击情况确定当前监测位置的预警等级更加准确。数据存储模块存储所述统计数据库，方便了mcu模块对多数统计数据库进行调取。

参见图7，为本申请再一种实施例mcu模块配置示意图。由图7可知，进一步地，所述mcu模块还可以被配置为：如果所述统计数据库中包括与所述监测位置相同、雷电流极性相同，且雷击风险强度为高风险强度的历史雷击状态信息，则确定所述雷击信息的所述预警等级为高等级预警；如果所述统计数据库中包括与所述监测位置相同、雷电流极性相同，且雷击风险强度为低风险强度的历史雷击状态信息，则确定所述雷击信息的所述预警等级为中等级预警；如果所述统计数据库中包括与所述监测位置相同、雷电流极性不同，且雷击风险强度为低风险强度的历史雷击状态信息，则确定所述雷击信息的所述预警等级为低等级预警。

在实际应用中，获取至少三个连续的雷击信息，通过每个所述雷击发生时间之间的时间间隔、每个连续的所述雷击信息包括的所述雷电流峰值之间的峰值差、每个所述雷击信息包括的所述雷击次数确定雷击风险强度，以及通过监测位置、雷电流极性、雷击风险强度以及统计数据库确定预警等级，能够清晰的反映雷击对待测物体的影响，实现精准防雷。

另一方面，本申请还提供一种雷电流监测方法。参见图8，为本申请一种雷电流监测方法流程示意图。由图8可知，所述雷电流监测方法包括以下步骤：

s1：获取待测物体表面的雷击脉冲电流，根据所述雷击脉冲电流生成标准雷电信号；

s2：接收所述标准雷电信号，并根据所述标准雷电信号生成唤醒指令；

s3：接收所述标准雷电信号，并暂存所述标准雷电信号；

s4：接收所述唤醒指令并根据所述唤醒指令完成启动，获取暂存的所述标准雷电信号，获取所述标准雷电信号中包括的雷击信息并判断所述雷击信息是否为非误触发信息；

具体的，获取所述雷击信息包括的雷电流峰值，并判断所述雷电流峰值是否大于预设峰值阈值，如果不大于预设峰值阈值，则确定所述雷击信息为误触发信息，如果大于预设峰值阈值，则确定所述雷击信息为非误触发信息。

s5：如果所述雷击信息为非误触发信息，将所述雷击信息上传至防雷监管智能云平台。

由以上技术方案可知，本申请提供一种雷电流监测系统及方法，所述系统包括雷电流感应模块、微功耗唤醒模块、雷电流采集模块、mcu模块、数据存储模块、5g通信模块以及电源模块，所述雷电流感应模块被配置为获取待测物体表面的雷击脉冲电流，根据所述雷击脉冲电流生成标准雷电信号，将所述标准雷电信号发送至所述微功耗唤醒模块以及所述雷电流采集模块。所述微功耗唤醒模块被配置为接收所述标准雷电信号，并根据所述标准雷电信号生成唤醒指令发送至所述mcu模块。所述雷电流采集模块被配置为接收所述标准雷电信号，并暂存所述标准雷电信号。所述mcu模块被配置为接收所述唤醒指令并根据所述唤醒指令完成启动，接收暂存的所述标准雷电信号，获取所述标准雷电信号中包括的雷击信息并判断所述雷击信息是否为非误触发信息，如果所述雷击信息为非误触发信息，将所述雷击信息发送至所述数据存储模块以及所述5g通信模块。所述电源模块被配置为向所述mcu模块供电。所述数据存储模块被配置为接收所述雷击信息并存储。所述5g通信模块被配置为接收所述雷击信息并上传至防雷监管智能云平台。本申请提供的雷电流监测系统及方法，具有微功耗以及传输迅速、监测准确的优点，能够精确反映文物建筑、森林草原等场所的雷击情况。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。