一种利用钡铁氧体薄膜测量雷电流的装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用钡铁氧体薄膜测量雷电流的装置，包括钡铁氧体薄膜传感器模块、磁场强度测量模块，所述钡铁氧体薄膜传感器模块与外部建筑物的接闪器相连，所述磁场强度测量模块通过测量雷击前后钡铁氧体薄膜传感器模块中磁场强度的变化，推导出相应的雷电流的大小。本发明采用钡铁氧体薄膜导磁材料来进行雷电流的间接测量，可以大范围的对接闪器进行监测，测量雷击前后导磁材料磁场强度的变化，相应的反推出雷电流的大小，为防雷工程设计引下线的数量及位置提供理论依据。
【专利说明】一种利用钡铁氧体薄膜测量雷电流的装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用钡铁氧体薄膜测量雷电流的装置，属于雷电科学与【技术领域】。
【背景技术】
[0002]雷电发生闪击时，雷电压可达到数百万伏到数千万伏，雷电流可达到几十到几百千安培，雷电具有极大的破坏作用，常引起爆炸、火灾、造成人畜的伤亡、电力系统停电、电气设备损坏等严重事故。雷电流幅值的测量是进行雷电危害研究的基础工作，对研究雷电特性、分析雷击事故，研究防雷措施具有十分重要的意义。
[0003]目前用来测量雷电流的方法主要是利用罗氏线圈测量，罗氏线圈的原理是利用电磁感应的原理，能够较准确地测量雷电流的幅值及波形。但是如果进行大范围、多点进行雷电流监测，利用罗氏线圈测量是十分不方便的，因为罗氏线圈对雷电流取样后还要进行数据处理，才能得到雷电流的波形及幅值参数。
[0004]本发明提出采用钡铁氧体薄膜这种导磁材料来进行雷电流的间接测量，安装方便，可以大范围的对接闪器进行监测，测量雷击前后导磁材料磁场强度的变化，相应的反推出雷电流的大小。钡铁氧体薄膜材料测量雷电流装置中使用的是磁铅石型的钡铁氧体材料，它是一种具有六角晶体结构的亚铁磁性氧化物，具有良好的化学稳定性和抗腐蚀性，高频时具有高电阻率和介电常数。钡铁氧体薄膜具有高矫顽力，较高的饱和磁化强度，良好的机械强度和化学稳定性，以及巨大的单轴各向异性能，是一种良好的纵向和垂直磁记录介质，广泛的用于垂直磁记录，本发明主要是利用它的这些特点来进行设计的。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种利用钡铁氧体薄膜测量雷电流的装置，采用钡铁氧体薄膜这种导磁材料来进行雷电流的间接测量。本发明安装方便，可以大范围的对接闪器进行监测，测量雷击前后导磁材料磁场强度的变化，从而相应的反推出雷电流的大小。
[0006]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
本发明提供一种利用钡铁氧体薄膜测量雷电流的装置，包括钡铁氧体薄膜传感器模块、磁场强度测量模块，所述钡铁氧体薄膜传感器模块与外部建筑物的接闪器相连，所述磁场强度测量模块通过测量雷击前后钡铁氧体薄膜传感器模块中磁场强度的变化，推导出相应的雷电流的大小，其中:
所述钡铁氧体薄膜传感器模块包括钡铁氧体薄膜、高绝缘耐腐蚀型材质的塑料箱、绝缘棒、绝缘螺丝、固定卡；所述固定卡装在建筑物的接闪器上；所述绝缘棒的一端通过固定卡固定在接闪器上；所述塑料箱通过绝缘螺丝固定在绝缘棒的另一端上；所述钡铁氧体薄膜平整放置在塑料箱内；
所述磁场强度测量模块包括依次连接的霍尔传感器、差分放大电路、滤波电路、单片机、显示器；所述霍尔传感器将接收到的磁场信号转换为电信号，然后经过差分放大电路将电信号进行放大，放大后的电信号经过滤波电路进行滤波后输出其中的直流信号，单片机对接收到的直流信号进行处理后，将计算出的雷电流值传输至显示器进行显示。
[0007]作为本发明的进一步优化方案，所述钡铁氧体薄膜选用在厚度为30nm的AIN衬底上沉积出厚度为50nm的钡铁氧体薄膜，其宽度为10mm、长度为30mm。
[0008]作为本发明的进一步优化方案,所述塑料箱的尺寸规格为10cm*10cm*10cm。
[0009]作为本发明的进一步优化方案，所述绝缘棒为长方体，尺寸规格为20cm*2cm*2cm。
[0010]作为本发明的进一步优化方案，所述固定卡装在建筑物的接闪器上有两种情况:一种是固定卡装在接闪器的接闪杆的底端，另一种是固定卡装在接闪器的引下线的上端。
[0011]作为本发明的进一步优化方案，所述单片机的型号为MSP430。
[0012]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
1)本发明设计钡铁氧体薄膜传感器，设计简单、安装方便，磁场强度可通过测量装置直接读取，测量简单方便；同时钡铁氧体薄膜传感器具有灵敏度高，矫顽力大，线性好，不易饱和的优点；
2)本发明中采用霍尔传感器，是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，具有高精度、线性度好的优点；
3)本发明设计了差分放大电路，具有抗干扰能力强、测量精度高的特点；
4)本发明成本低，能直接有效地记录实际雷电流，可广泛的应用于雷电流的监测，可用在接闪器上、防雷装置的引下线以及电涌保护器的接地线上监测雷电流的情况。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的结构框图。
[0014]图2是钡铁氧体薄膜传感器模块的结构示意图。
[0015]图3是磁场强度测量模块的电路示意图。
[0016]其中:1-接闪杆；2_固定卡；3_绝缘棒；4_绝缘螺丝；5_塑料箱。
【具体实施方式】
[0017]下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0018]本【技术领域】技术人员可以理解的是，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
[0019]本【技术领域】技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0020]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
本发明设计一种利用钡铁氧体薄膜测量雷电流的装置，如图1所示，包括相连的钡铁氧体薄膜传感器模块、磁场强度测量模块，所述钡铁氧体薄膜传感器模块与外部建筑物的接闪器相连，所述磁场强度测量模块通过测量雷击前后钡铁氧体薄膜传感器模块中磁场强度的变化，推导出相应的雷电流的大小。
[0021]所述钡铁氧体薄膜传感器模块如图2所示，包括钡铁氧体薄膜、高绝缘耐腐蚀型材质的塑料箱5、绝缘棒3、绝缘螺丝4、固定卡2 ;所述固定卡2装在建筑物的接闪器上；所述绝缘棒3的一端通过固定卡2固定在接闪器上，即装在接闪器的接闪杆I的底端或引下线的上端；所述塑料箱5通过绝缘螺丝4固定在绝缘棒3的另一端上；所述钡铁氧体薄膜平整放置在塑料箱5内。
[0022]因为当导体流过电流时，它的周围存在磁场，处于磁场中的铁磁性材料内部众多的微子磁畴会按磁力线方向排布，当外加磁场消失后，铁磁材料内部磁畴仍按此方向排布而成自身的磁性，这种磁性就是所谓剩磁。而当雷击发生时，雷电流通道周围形成很大的瞬时变化磁场，在这个磁场内，钡铁氧体薄膜会受到很强的磁化作用，钡铁氧体薄膜将会留下较多的剩磁，因此可由剩磁的大小和极性来判断雷击电流的大小和方向。
[0023]本发明一种利用钡铁氧体薄膜测量雷电流的装置的实施例中，钡铁氧体薄膜选用30nm厚的AIN衬底上沉积出50nm厚的钡铁氧体薄膜，其最佳矫顽力饱和磁化强度分别可达到325kA/m和395kA/m。钡铁氧体薄膜的尺寸规格为宽度为10mm、长度为30mm。塑料箱5采用高绝缘且耐腐蚀型材质，尺寸规格为10cm*10cm*10cm。绝缘棒3采用尺寸规格为20cm*2cm*2cm的长方体。测量时，保持水平放置，与接闪杆I或引下线保持垂直。
[0024]所述磁场强度测量模块包括依次连接的霍尔传感器、差分放大电路、滤波电路、单片机、显示器；所述霍尔传感器将接收到的磁场信号转换为电信号，然后经过差分放大电路将电信号进行放大，放大后的电信号经过滤波电路进行滤波后输出其中的直流信号，单片机对接收到的直流信号进行处理后，将计算出的雷电流值传输至显示器进行显示。
[0025]本发明一种利用钡铁氧体薄膜测量雷电流的装置的实施例中，所述磁场强度测量模块的电路图如图3所示。霍尔传感器利用霍尔效应，将接收到的磁场信号转换为电信号，实现磁电转换，具有灵敏度高的特点。运算放大器IC1、运算放大器IC2、运算放大器IC3、可变电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7构成差分放大电路，对霍尔传感器输出的电信号进行放大。差分放大电路通过电阻R8与滤波电路相连接，运算放大器IC4、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容Cl、电容C2构成滤波电路，对放大后的电信号进行滤波，取出其中的直流信号。滤波电路通过电阻R12与单片机相连，将滤波后输出的直流信号传至单片机进行处理后，单片机将计算出的雷电流值传输至显示器进行显示。
[0026]以上所述，仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种利用钡铁氧体薄膜测量雷电流的装置，其特征在于，该装置包括钡铁氧体薄膜传感器模块、磁场强度测量模块，所述钡铁氧体薄膜传感器模块与外部建筑物的接闪器相连，所述磁场强度测量模块通过测量雷击前后钡铁氧体薄膜传感器模块中磁场强度的变化，推导出相应的雷电流的大小，其中: 所述钡铁氧体薄膜传感器模块包括钡铁氧体薄膜、高绝缘耐腐蚀型材质的塑料箱、绝缘棒、绝缘螺丝、固定卡；所述固定卡装在建筑物的接闪器上；所述绝缘棒的一端通过固定卡固定在接闪器上；所述塑料箱通过绝缘螺丝固定在绝缘棒的另一端上；所述钡铁氧体薄膜平整放置在塑料箱内； 所述磁场强度测量模块包括依次连接的霍尔传感器、差分放大电路、滤波电路、单片机、显示器；所述霍尔传感器将接收到的磁场信号转换为电信号，然后经过差分放大电路将电信号进行放大，放大后的电信号经过滤波电路进行滤波后输出其中的直流信号，单片机对接收到的直流信号进行处理后，将计算出的雷电流值传输至显示器进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种利用钡铁氧体薄膜测量雷电流的装置，其特征在于，所述钡铁氧体薄膜选用在厚度为30nm的AIN衬底上沉积出厚度为50nm的钡铁氧体薄膜，其宽度为10mm、长度为30mm。
3.根据权利要求1所述的一种利用钡铁氧体薄膜测量雷电流的装置，其特征在于，所述塑料箱的尺寸规格为10cm*10cm*10cm。
4.根据权利要求1所述的一种利用钡铁氧体薄膜测量雷电流的装置，其特征在于，所述绝缘棒为长方体，尺寸规格为20cm*2cm*2cm。
5.根据权利要求1所述的一种利用钡铁氧体薄膜测量雷电流的装置，其特征在于，所述固定卡装在建筑物的接闪器上有两种情况:一种是固定卡装在接闪器的接闪杆的底端，另一种是固定卡装在接闪器的引下线的上端。
6.根据权利要求1所述的一种利用钡铁氧体薄膜测量雷电流的装置，其特征在于，所述单片机的型号为MSP430。
【文档编号】G01R33/07GK103926446SQ201410134299
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】李祥超, 周中山, 陈璞阳, 叶挺 申请人:南京信息工程大学