单站雷电定位与预警装置的制作方法

本技术涉及雷电预警，尤其是涉及一种单站雷电定位与预警装置。

背景技术：

1、雷电灾害已成为联合国公布的10种最严重的自然灾害之一，不仅能够引起森林、油库火灾，还可能造成供电、通信系统故障或损坏，对航空航天、矿山、文物建筑以及一些重要而敏感的高技术装备造成重大威胁。雷电具有瞬时性和随机性，这也增加了雷电防护工程设计和雷电事故分析的难度，而雷电定位、雷电预警技术则为解决这一难题提供了途径。

2、传统的雷电预警通常需要将独立的大气电场仪和雷电定位装置数据分别采集上报，再汇总处理来提高闪电定位精度和预警准确度。最新提出的新型组合雷电预警方案采用场磨式电场仪和基于时差法的闪电定位仪，实现雷电预警通常需要三套设备进行组网，增加了安装及维护成本，不利于市场化的推广与应用。

技术实现思路

1、为了便利安装，降低安装和使用成本，适于市场化推广应用本技术提供一种单站雷电定位与预警装置。

2、本技术提供的一种单站雷电定位与预警装置采用如下的技术方案：

3、一种单站雷电定位与预警装置，包括：

4、防雨外壳，内部设有屏蔽底板；

5、磁场感应线圈，固定于所述屏蔽底板上并与所述屏蔽底板垂直设置，用于探测闪电回击时产生的磁场信号；

6、快天线感应电极，安装在所述磁场感应线圈的顶部，用于探测雷电来临时快速变化的电场信号；

7、电场感应电极，用于探测雷电产生前电场的积聚变换及雷电放电过程中的电场变化；

8、电路处理模块，固定在所述屏蔽底板的底部，包括通过第一屏蔽线与所述磁场感应线圈连接的磁场电路处理模块、通过第二屏蔽线与所述快天线感应电极连接的快天线处理模块、通过第三屏蔽线与所述电场感应电极连接的电场处理模块以及核心处理模块，所述电场处理模块包括mems电场敏感器件及其驱动电路，所述核心处理模块上连接有供电与数据电缆，所述防雨外壳上开设有供所述供电与数据电缆伸出的开孔。

9、通过采用上述技术方案，本技术基于mems（microelectro mechanical systems，微机电系统）电场探测技术和电磁闪电定位技术实现单站闪电定位、电场强度测量以及雷电预警。由于使用mems电场敏感器件和电场感应电极（mems电场传感器的主要元件）对雷电产生前和雷电放电过程中的电场变化进行探测，mems电场敏感器件探头的尺寸较小，空间分辨率高，且无可动器件，从而可以同磁场感应线圈、快天线感应电极一起集成安装在防雨外壳内，在进行检测时，仅需使用本技术一个设备即可实现单站闪电定位、电场强度测量以及雷电预警，更加便于安装，可以有效降低安装和使用成本；mems电场敏感器件可以对雷电来临前的静电场的电场信号进行检测，有利于提高雷电预警信息准确性。

10、优选的，所述mems电场敏感器件通过密封胶密封设置在空腔内，所述电路处理模块集成在金属壳体内，所述金属壳体的表面喷涂有三防漆。

11、通过采用上述技术方案，对mems电场敏感器件和电路处理模块均进行防水防潮处理，有利于保障mems电场敏感器件的正常使用，以及保障信号处理和信号传输的精度和灵敏性，延长本技术单站雷电定位与预警装置的使用寿命。

12、优选的，所述快天线感应电极为使用薄金属片或者pcb板制作成的平板电极，且所述快天线感应电极平行于所述屏蔽底板设置。

13、通过采用上述技术方案，快天线感应电极探测闪电回击时产生快速变化的电场信号,该电场信号近似垂直于大地，将快天线感应电极设计为与屏蔽底板平行，接收到的电场信号强度更强。

14、优选的，所述磁场感应线圈采用包括正交式分布、三路对称式分布的立体分布；

15、所述磁场感应线圈为使用排线首尾相接组成、使用软板pcb布线而成或使用漆包线进行缠绕而成的球形线圈。

16、通过采用上述技术方案，磁场感应线圈探测闪电回击时产生的磁场信号，闪电回击时，将放电通道近似为无限长通电直导线，测量点的磁感应强度与测量点到闪电回击点的距离成反比，与闪电强度成正比，将磁场感应线圈设置成立体分布的球形线圈，通过增加磁场感应线圈的的匝数以及所围面积以增加测量的灵敏度。

17、优选的，所述电场感应电极设置在所述防雨外壳内部并通过绝缘柱固定在所述屏蔽底板上，所述电场感应电极与所述快天线感应电极分布在所述屏蔽底板的两侧。

18、通过采用上述技术方案，将电场感应电极通过绝缘柱固定在屏蔽底板上，为一种可以采用的将电场感应电极固定的方式。

19、优选的，所述电场感应电极集成在所述防雨外壳内部，且所述电场感应电极通过绝缘柱固定在所述快天线感应电极的上方。

20、通过采用上述技术方案，通过将电场感应电极固定在快天线感应电极的上方，可以有效节省防雨外壳内的空间，减小防雨外壳的体积，更加便于携带。

21、优选的，所述电场感应电极通过绝缘柱固定于所述防雨外壳外部并做防水处理。

22、通过采用上述技术方案，为了减小防雨外壳的体积，节省防雨外壳内部的空间以及提高电场感应电极对电场信号探测的灵敏度，可以将电场感应电极设置在防雨外壳的外部，并进行防水处理。

23、优选的，所述防雨外壳包括防雨上盖和底板，所述防雨上盖和底板通过卡扣或者螺丝固定在一起且所述防雨上盖与所述底板的连接处设置有密封线圈，所述屏蔽底板通过固定螺柱固定在所述底板上。

24、通过采用上述技术方案，通过将防雨外壳分为防雨上盖和底板两部分，并且防雨上盖和底板通过卡扣或螺丝等方式固定在一起，便于安装和后期维护，在防雨上盖和底板的连接处设置密封线圈，有效提高防雨外壳的密封性能，可以适应户外的恶劣环境，提高本技术单站雷电定位与预警装置的使用寿命。

25、优选的，所述防雨上盖设置为顶板为平面的壳体，或者设置为顶部为圆拱顶的壳体。

26、通过采用上述技术方案，将防雨上盖的顶板设置为平面或者将顶部设计为圆拱顶，可以在不过分增大防雨外壳体积的前提下保障其内部空间，便于内部结构的安装，防雨上盖设计为圆拱顶也可以有效减少雨水灰尘的堆积。

27、优选的，所述磁场电路处理模块内部包括双积分及其防饱和电路、宽频带差分放大电路、滤波电路、高速模数转换电路以及高精度定位授时模块，所述高精度定位授时模块搭载定位天线以实时获得时间定位数据信息；

28、所述快天线处理模块内部包括积分及其防饱和电路、低噪运放电路、滤波电路以及高速模数转换电路；

29、所述电场处理模块内部还包括电流电压转换电路、差分放大电路、仪表放大器电路以及高速模数转换电路；

30、所述核心处理模块包括电源转换模块、可编程器件、微处理器以及信号输出模块。

31、通过采用上述技术方案，所述可编程器件读取磁场电路处理模块、快天线处理模块、电场处理模块的高速adc采样信号，进行并行处理运算得到快天线感应电极的电场信号与磁场感应线圈的磁场信号之间的幅值相位关系，通过公式计算得到闪电距离测量点的方位、距离以及闪电强度等信息，将其与电场感应电极测量的电场信号变化信息整合处理，并将处理后的信号送入微处理器，微处理器结合磁场电路处理模块的定位授时模块数据再次进行算法处理得到雷电预警信息，并将雷电预警信息、闪电定位信息、闪电强度信息等通过信号输出模块及供电及数据电缆将数据远传。

32、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

33、1.本技术基于微机电系统电场探测技术和电磁闪电定位技术，将对雷电来临时的电场变化、雷电放电过程中的电场变化、雷电回击时的磁场变化进行的检测部件均集成在防雨外壳内，而不必使用闪电定位仪、场磨式电场仪的组合，缩小了装置整体的体积、便利了安装并降低了安装和维护成本，适于市场化的推广与应用，mems电场敏感器件检测精度更高，且可以对雷电来临前的静电场的电场信号进行检测，有利于提高雷电预警信息准确性；

34、2.快天线感应电极探测闪电回击时产生的电场信号垂直于大地，通过将快天线平行于屏蔽底板设置，使得快天线感应电极接收到的电场信号更强；

35、3.通过将防雨上盖设计为圆拱顶，有效减少了雨水灰尘的堆积。