专利名称：一种全波形雷电流测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及雷电流测量装置，具体地指一种全波形雷电流测量装置，用于输电线路杆塔或各种高塔的雷电流参数测量。
背景技术：
雷电流参数的测量对探讨防雷对策，提高防雷设施性能，评价防雷设施对各种设备及建筑物的保护范围以及分析雷害事故，区分事故责任，具有十分重要的意义。同时，雷电流参数的测量也是进行雷电特性研究的基础工作。雷电流参数的测量有遥测和直接测量两种方式，遥测测量是利用雷电探测天线探测从远处传播过来的雷电电磁波并以此反推雷电流幅值和波形的雷电流参数测量方式。由于雷电探测天线远离雷电发生点，雷电电磁波在传播过程中，受地形、建筑物等影响，存在不同程度的衰减和色散，因此，通过遥测测量得到的雷电流参数准确度不高；直接测量是在雷击发生点对雷电流进行直接测量的方式，由于雷击某一物体或物体的某一处是一个小概率事件，因此，雷电流直接测量只能是“广种薄收”，这就需要一种不但测量准确度高而且成本也较低的测量装置，目前，一般是采用在输电线路杆塔上安装磁钢棒的方法，这种方法优点是成本低便于大量安装，但缺点是测量结果误差大，不能记录雷击时间、而且获取数据不方便，劳动量非常大。申请号为200410028110.5中的国发明专利公开了一种“记录雷击电流强度和发生时间的方法及设备”，该技术方案解决了测量精度的问题，但只能记录某一时间段内雷击发生的强度、时间和次数，而且该设备内时钟累计误差不能被修正，所以记录的雷击时间准确性不高。申请号为200520105910.2的中国实用新型专利公开了一种“高压输电线路雷击遥测设备”，该设备的主要用途是雷击故障点的快速查找，通过雷击信息管理装置查询杆塔是否有雷击记录，从而快速查找雷击故障点，虽然也测量了雷电流的强度和时间，但并未记录完整的雷电流信息，比如极性和陡度。此外，该设备采用了移动通讯网络的通讯方式，由于通讯网络数据传输存在网络延时，而且延时具有不确定性，所以该设备内累计的时钟误差也不能被准确的修正，所记录的雷击时间准确性也不高，该装置后端采用计算机信息管理系统，从技术角度分析，该设备的整体成本比较高。
发明内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种全波形雷电流测量装置，该测量装置成本低，测量的雷电流参数精度高。实现本实用新型目的采用的技术方案是:一种全波形雷电流测量装置，包括:雷电流传感器，用于检测雷电流；以及雷电流测量组件，与所述雷电流传感器的输出端连接，用于接收并处理所述检测的雷电流，并将处理后的雷电流信号通过无线信号发出。[0010]进一步地，所述的雷电流全波形测量装置，还包括:金属壳体，设于所述雷电流测量组件的外部。在上述技术方案中，所述雷电流传感器为空心的无源软体罗柯夫斯基线圈，或者为光纤电流传感器。在上述技术方案中，所述雷电流测量组件包括:信号调理电路，信号输入端与所述雷电流传感器的输出端连接；高速信号采集电路，信号输入端与所述信号调理电路的信号输出端连接；可编程逻辑单元，信号输入端与所述高速信号采集电路的信号输出端连接；动态存储模块，与所述可编程逻辑单元连接；微控制器单元，通过串行接口与所述可编程逻辑单元连接；掉电存储模块，通过串行接口与所述微控制器单元连接；无线通信模块，通过串行通信接口与所述微控制器单元连接；以及电源模块，与所述微控制器单元连接。进一步地，所述雷电流测量组件还包括:全球定位系统(GPS)模块，通过串行通信接口与所述微控制器单元连接。在上述技术方案中，所述的雷电流全波形测量装置还包括太阳能供电模块，该太阳能供电模块包括:太阳能电池板，设于所述金属壳体外；铅酸蓄电池，设于所述金属壳体中；以及太阳能控制器，设于所述金属壳体中，分别与所述太阳能电池板和铅酸蓄电池连接，所述太阳能控制器的电源输出端与所述电源模块连接。在上述技术方案中，所述无线通信模块包括:GSM频段无线通信模块，通过GPRS传输所述无线信号；以及ISM频段无线通信模块，通过ISM频段传输所述无线信号。本实用新型具有以下优点:测量值精度高、低功耗、GPS时间精度和位置精度高(保证时间误差控制在0.1微秒)、使用简便、可靠性高、整体成本低，可大量安装。
图1为本实用新型全波形雷电流测量装置的结构框图；图2为图1中雷电流测量组件的结构框图；图3为本实用新型的使用状态示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。如图1所示，全波形雷电流测量装置包括:雷电流传感器100、雷电流测量组件200和太阳能供电模块300，雷电流传感器100用于检测雷电流，雷电流测量组件200用于分析所检测的雷电流信号，太阳能供电模块300用于为雷电流测量组件200供电。本实施例中雷电流传感器100为空心的无源软体罗柯夫斯基线圈或者光纤电流传感器，设于输电线路杆塔或其它高塔上，用于检测雷电流信号。[0038]如图2所示，雷电流测量组件200包括信号调理电路201、高速信号采集电路202、可编程逻辑单元203、微控制器单元204、动态存储模块205、电源模块206、掉电存储模块207、全球定位系统模块208和无线通信模块209。信号调理电路201的信号输入端与雷电流传感器100的信号输出端连接，信号调理电路201的信号输出端与高速信号采集电路202的信号输入端连接，高速信号采集电路202的信号输出端与可编程逻辑单元203连接，可编程逻辑单元203通过串行接口与微控制器单元204连接，全球定位系统模块208和无线通信模块209通过串行通信接口与微控制器单元204连接。本实施例中雷电流测量组件200中各组成部分具体为:信号调理电路201和高速信号采集电路202均为现有技术中所常用的电路，此处不再赘述。可编程逻辑单元203具体使用的是MAX V系列中的5M1270ZT144，它具有1270个逻辑单元，980个典型的宏单元，4个全局时钟输入，以及8192bits的用户FLASH存储空间，最大支持271个I/O 口。MAX V系列CPLD的功耗仅为市场上其他密度相当CPLD的50%。微控制器单元204具体使用的是意法半导体公司的ARM芯片STM32L151，STM32L151是32位ARM Cortex M3核微控制器，最高32MHz主频，超小LQFP48封装。16kB的片内静态RAM，4kB片内EEPROM和128kB的片内Flash程序存储器，12位A/D转换器提供24路模拟输入(每个通道的转换时间低至lus)，以及特定的结果寄存器来最大限度地减少中断开销。芯片集成8个串行接口，包括3个UART(IS07816接口)、2个高速I2C、2个SPI (16Mbit/s)和 I 个 USB2.0 接口。掉电存储模块207为可掉电存储的FLASH存储器，通过串行外设接口与微控制器单元204连接。全球定位系统(GPS)模块208具体使用的是UBLOX公司的LEA_6T_0模块。无线通信模块209包括短距离无线通信模块2091和远距离无线通信模块2092。其中，短距离无线通信模块2091为ISM频段无线通信模块，通过ISM频段传输所述无线信号，具体使用的是上海桑博电子科技有限公司的STR-36型微功率ISM频段无线通信模块，最大IOmff的发射功率，串口接口，可靠传输离距为500m。远距离无线通信模块2092为GSM频段无线通信模块，通过GPRS传输所述无线信号，具体使用的是采用UBLOX公司的LE0N-G100/G200模块。本实施例所用太阳能供电模块300包括太阳能电池板、铅酸蓄电池、分别与太阳能电池板和铅酸蓄电池连接太阳能控制器，该太阳能控制器的输出端与电源模块206连接，用于为电源模块206提供电能，以使得电源模块206为雷电流测量组件200保证供电。雷电流测量组件200外部设有金属壳体，用于增强电磁屏蔽效果。其中，为了便于无线通信，全球定位系统模块208和无线通信模块209的天线设于该金属外壳的外部，如图3中所示的主机即为内设有雷电流测量组件200的金属壳体。本全波形雷电流测量装置的工作过程如下:雷击杆塔时，雷电流传感器100检测雷击电流。信号调理电路201接收雷电流传感器100检测的雷电流信号，对该雷电流信号进行处理后传输至高速信号采集电路202，高速信号采集电路202将处理后的雷电流信号传输至可编程逻辑单元203，可编程逻辑单元203实时判断该处理后的雷电流信号是否超过阈值，如超过阈值，则表示有雷击事件发生，可编程逻辑单元203对超过阈值的雷电流信号打上标签，并将该超过阈值的雷电流信号及其对应的相关参数(如雷击时间和经纬度坐标，电流的波形、幅值、极性和陡度)存储到动态存储模块205中，微控制器单元204将动态存储模块205中的数据转存到掉电存储模块207中，然后控制远距离无线通信模块2092将掉电存储模块207中的数据通过GSM网络发送给中心站服务器，或者控制短距离无线通信模块2091通过ISM频段无线网传输至手持式ISM信号接收终端(图3所示的便携机)上。作为本实用新型在实际使用中的需要，当需要测量同一输电线路杆塔不同部位的雷电流时，雷电流测量组件200可以同时接入多路雷电流传感器，即雷电流测量组件200设有多路信号调理电路201和高速信号采集电路202分别接收不同位置处雷电流传感器100接收的信号。本实用新型的雷电流测量组件200中可编程逻辑单元203使用的5M1270ZT144芯片，微控制器单元204使用的STM32L151芯片，以及无线通信模块209的功耗小、成本低。本实用新型的整体装置具有集成度高、使用简便、可靠性高、功耗低、性价比高的优点，且测量的雷电流参数值精度高。此外，通过GPS模块提高了时间的精度和位置的精度，保证时间误差控制在0.1微秒。本实用新型采用太阳能供电模块300，能够保证雷电流测量组件200工作的稳定性。
权利要求1.一种全波形雷电流测量装置，其特征在于，包括: 雷电流传感器，用于检测雷电流；以及 雷电流测量组件，与所述雷电流传感器的输出端连接，用于接收并处理所述检测的雷电流，并将处理后的雷电流信号通过无线信号发出。
2.根据权利要求1所述的全波形雷电流测量装置，其特征在于，还包括: 金属壳体，设于所述雷电流测量组件的外部。
3.根据权利要求1或2所述的全波形雷电流测量装置，其特征在于，所述雷电流传感器为空心的无源软体罗柯夫斯基线圈，或者为光纤电流传感器。
4.根据权利要求1或2所述的全波形雷电流测量装置，其特征在于，所述雷电流测量组件包括: 信号调理电路，信号输入端与所述雷电流传感器的输出端连接； 高速信号采集电路，信号输入端与所述信号调理电路的信号输出端连接； 可编程逻辑单元，信号输入端与所述高速信号采集电路的信号输出端连接； 动态存储模块，与所述可编程逻辑单元连接； 微控制器单元，通过串行接口与所述可编程逻辑单元连接； 掉电存储模块，通过串行接口与所述微控制器单元连接； 无线通信模块，通过串行通信接口与所述微控制器单元连接；以及 电源模块，与所述微控制器单元连接。
5.根据权利要求4所述的全波形雷电流测量装置，其特征在于，所述雷电流测量组件还包括: 全球定位系统模块，通过串行通信接口与所述微控制器单元连接。
6.根据权利要求4所述的全波形雷电流测量装置，其特征在于，还包括太阳能供电模块，该太阳能供电模块包括: 太阳能电池板，设于所述金属壳体外； 铅酸蓄电池，设于所述金属壳体中；以及 太阳能控制器，设于所述金属壳体中，分别与所述太阳能电池板和铅酸蓄电池连接，所述太阳能控制器的电源输出端与所述电源模块连接。
7.根据权利要求4所述的全波形雷电流测量装置，其特征在于，所述无线通信模块包括: GSM频段无线通信模块，通过GPRS传输所述无线信号；以及 ISM频段无线通信模块，通过ISM频段传输所述无线信号。
专利摘要本实用新型涉及一种全波形雷电流测量装置，该装置包括用于检测雷电流的雷电流传感器以及雷电流测量组件，所述雷电流测量组件与所述雷电流传感器的输出端连接，用于处理所述检测的雷电流，并将处理后的雷电流信号通过无线信号发出，雷电流测量组件连接有GPS模块和无线通信模块。本实用新型测量值精度高、低功耗、GPS时间精度和位置精度高、使用简便、可靠性高、整体成本低，可大量安装。
文档编号G01R19/00GK202948048SQ20122070031
公开日2013年5月22日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者谷山强, 蔡剑青, 邵立政, 方玉河, 李哲, 许远根, 汪俊雄, 陈扬, 高翔, 章涵 申请人:国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司, 湖北省电力公司, 国家电网公司