基于计算机的智能防雷监测设备的制作方法

本发明涉及一种防雷监测设备，尤其涉及一种基于计算机的智能防雷监测设备。

背景技术：

大部分防雷装置在安装使用过程中，对其工作状态和使用环境，一直没有有效的监控。相关标准和规范仅规定对防雷装置的检测周期为1年或半年一次，对防雷装置的故障因监测数据的缺失不能分析引起故障的原因，包括雷击、防雷装置老化或环境使用条件（温度、电压等）异变等因素。目前智能城市各系统的防雷装置、无人值守变电站和无人值守通信机房的防雷装置等都提出了对防雷装置的运行进行监测和故障预防等要求，因此，防雷装置的智能化监测已成为防雷装置生产行业的重要研究课题。

根据相关标准和实际要求，用于防雷装置的智能监测应满足下列四个基本要求：

第一，采用现代计算机技术，使各分散安装的防雷装置都具有模块化的状态监测功能，并能将状态的数据传输到一个后台进行数据贮存、分析和集中监测；

第二，可根据被监测对象的特点进行监测功能的扩展；

第三，可根据被监测对象的数量进行监测通道的电气连接扩展；

第四，可将被监测对象的监测数据和异常状态传输到后台，给予贮存、异常报警和显示。

技术实现要素：

本发明的目的就在于克服现有技术存在缺点和不足，提供一种基于计算机的智能防雷监测设备；要求此监测设备应具备监测防雷装置的工作状态、异常情况和数据传输性能等特点，并采用不同功能的监测单元叠置结构和监测通道的串口连接。

本发明所采用的技术方案是：

设置有监测装置和后台计算机；

防雷装置、监测装置和后台计算机依次连接；

所述的防雷装置是一种设置有防雷元件、热熔断器和动开触点的装置；

所述的监测装置是一种包括电压监测单元、工作状态监测单元和雷击记录单元的装置；

所述的后台计算机是一种包括计算机主机、显示器和rj45电缆的装置。

本发明具有下列优点和积极效果：

①可根据监测参数的不同，灵活更换监测单元，形成安装形式相同但具备不同监测功能的装置；

②多个监测单元可并联组合，实现多通道的监测扩展；

③通过计算机，可对室内外的防雷装置的工作状态进行监测、记录和贮存。

④适用于通信机房、直放站内防雷装置的运行状态、工作电压和雷电活动的智能监测。

附图说明

图1是本发明的结构方框图；

图2是防雷装置00的电原理图；

图3是电压监测单元11的电原理图；

图4是工作状态监测单元12的电原理图；

图5是雷电流监测单元13的电原理图。

图中：

00—防雷装置；

10—监测装置，

11—电压监测单元，

12—防雷装置工作状态监测单元，

13—雷电流监测单元13；

20—后台计算机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

1、总体

如图1，本设备包括工作对象——防雷装置00；

设置有监测装置10和后台计算机20；

防雷装置00、监测装置10和后台计算机20依次连接；

所述的防雷装置00是一种设置有防雷元件01、热熔断器02和动开触点06的装置；

所述的监测装置10是一种包括电压监测单元11、工作状态监测单元12和雷击记录单元13的装置；

所述的后台计算机20是一种包括计算机主机、显示器和rj45电缆的装置。

2、功能部件

0）防雷装置00

如图2，防雷装置00包括防雷元件01、热熔断器02、电源端子03、接地端子04、工作电压测量线05、动开触点06、工作温度传感器07和电流传感器08；

电源端子03、热熔断器02、防雷元件01和接地端子04依次连接构成防雷主回路；

工作电压测量线05和电源端子03连接，测量防雷装置00的工作电压；

动开触点06和热熔断器02机械联动，工作温度传感器07和动开触点06连接，测量热熔断器02的通断状态；

电流传感器08设置在接地端子04上，测量流经防雷装置00的雷电流。

其工作机理是：

防雷元件01与热熔断器02串联，一端接在电源端子03上，另一端通过引线接在接地端子04上，防止雷电波的危害；热熔断器02用于在防雷元件01长期带电工作和雷电流作用下劣化短路引起的高温时从电路中切除防雷元件01，避免火灾等。

工作电压测量线05的一端连接电源端子03、另一端连接到监测装置10中电压监测单元11的电压信号输入端子j1上。

热熔断器02的动开触点06与热熔断器02采用机械连杆连接，当热熔断器02动作时，动开触点06由闭合转为断开，动开触点06和内嵌的工作温度传感器07串联，动开触点06监测热熔断器02的断开，工作温度传感器07可将防雷元件01的工作温度的渐变通过电阻值变化测定，确定防雷装置00的工作状态；

电流传感器08通过穿过其中心环的防雷装置00的接地引线，在雷电流流过时，将雷电流的大小转化为相应电压大小经电缆线输入到监测装置10的雷击记录单元13的雷电流信号输入端子j3。

1）监测装置10

如图1，监测装置10包括电压监测单元11、工作状态监测单元12和雷击记录单元13；

（1）电压监测单元11

如图3，电压监测单元11包括电流型电压互感器t、输入电阻r1、输出电阻r2、第1过压保护管tvs1、电压输入端子j1、第1电压信号输出端子j2-1和第2电压信号输出端子j2-2；

输入电阻r1和电压互感器t的初级线圈串联，经电压输入端子j1与工作电压测量线05构成工作电压的输入回路，第1过压保护管tvs1和电压互感器t的初级线圈并联，防止过电压；

输出电阻r2和电压互感器t的次级线圈并联构成工作电压信号的输出回路，经第1电压信号输出端子j2-1和第2电压信号输出端子j2-2连接到雷击记录单元13；

电压互感器t隔离防雷装置00和监测装置10之间的高电压连接。

其工作机理是：

输入电阻r1和电压互感器t的初级线圈串联，经电压输入端子j1与工作电压测量线05连接和公共地构成电压输入回路；

输出电阻r2、电流型电压互感器t的次级线圈，构成电压信号输出回路，经第1电压信号输出端子j2-1和第2电压信号输出端子j2-2连接到雷击记录单元13；

电压输入回路和电压信号输出回路通过电流型电压互感器t的铁芯的电磁感应作用实现电压信号传输和电隔离。

（2）工作状态监测单元12

工作状态监测单元12是一种实现防雷装置工作状态参数工作温度采集处理和工作电压处理的电路。

如图4，工作状态监测单元12包括第1高速运放芯片u1、第3电阻r3、第4电阻r4、第5电阻r5、第1电容c1和第2过压保护管tvs2、第1工作状态输入端子j4和第2工作状态输入端子j5；

其连接关系是：

第1高速运放芯片u1内的直流稳压电源+5v供电，第1高速运放芯片u1的供电引脚端接电容c1到地；

第3电阻r3的一端接电源+5v，另一端接第1高速运放芯片u1的供电引脚端；

第5电阻r5的一端接第1高速运放芯片u1的负脚，另一端接第1高速运放芯片u1的输出脚；

第4电阻r4一端接第1高速运放芯片u1的负脚，另外一端接地；

第2过压保护管tvs2的一端接高速运放芯片的u1的引脚，另一端接地；

工作状态输入端子j4通过电缆连接防雷装置00的动开触点06；

第1高速运放芯片u1的输出脚通过接线端子j5与雷电流监测单元13连接。

其工作机理是：

工作温度传感器07经与第3电阻r3组成电阻分压电路，向第1高速运放芯片u1提供防雷装置00的工作状态的信号，通过第1高速运放芯片u1得到放大，输出到雷电流监测单元13，第2过压保护管tvs2用于防止雷电过电压对第1高速运放芯片u1损坏，第1电容c1对输入信号起滤波作用。

（3）雷击记录单元13

雷击记录单元13是一种包括可编程芯片的实现数据处理和上传的电路。

如图5，雷击记录单元13包括第2高速运放芯片u2，第3高速运放芯片u3，第6、7、8、9、10电阻r6、r7、r8、r9、r10，第2、3、4、5、6、7、8电容c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8，双向二极管d，模数转换器a/d，微处理器cpu和信号输出器out；

其连接关系是：

第6电阻r6的一端接雷电流信号的输入端子j3，另一端接第8电阻r8，第8电阻r8的另一端接第2运算放大器u2的正输入脚，第7电阻r7的一端接第6电阻r6和第8电阻r8的连接点，另一端接地；双向二极管d的一端接第2运算放大器u2的正输入脚，另一端接电源+5v，第2运算放大器u2的负脚与第2运算放大器u2的输出端短接；第9电阻r9的一端与第2运算放大器u2的输出脚连接，另一端与模数转换器a/d的ain端连接；第3运算放大器u3的正脚与模数转换器a/d的vref（27脚）连接，负脚与输出脚短接；第10电阻r10的一端接第3运算放大器u3的输出脚，另一端与模数转换器a/d的ain端连接；

第2电容c2和第3电容c3并联接入模数转换器a/d的reftf之间；第4电容c4的一端接地，另一端接在模数转换器a/d的reftf脚；第5电容c5的一端接地，另一端接在模数转换器a/d的reftf脚；第6电容c6和第7电容c7的一端接在第3运算放大器u3的正脚，另一端接地；第8电容c8一端接在第9电阻r9和第10电阻r10的公共点，另一端接地；

模数转换器a/d的数字信号8位二进制输出端接入微处理器cpu，同时接线端子j2-1、j2-2、j5、j6分别接入微处理器cpu，微处理器cpu的输出脚接信号输出器out的输入脚，信号输出器out的输出端接rj45电缆。

其工作机理是：

第3高速运放芯片u3、第10电阻r10组成基础电压跟随器，提供基础电压；

第6电阻r6、第7电阻r7构成分压器，将输入信号分压后传输到第2高速运放芯片u2；

第8电阻r8、第9电阻r9组成输入信号跟随器，输入雷电流信号，经运算后，输入到模数转换器a/d；

模数转换器a/d输出的数字信号，接线端子j2-1、j2-2、j5、j6接收的电压信号、工作状态信号分别输入到微处理器cpu，经过运算和处理，通过信号输出器out转换为rs485信号、can信号或rj45信号传送到后台计算机20。

2）后台计算机20

后台计算机20包括计算机主机、显示器和rj45电缆；

计算机主机为通用pc配置，具备160g以上的存贮容量；

显示器为17英寸的显示屏；

其连接关系是：

监测装置10通过rj45电缆，连接到计算机主机，计算机主机与显示器连接。

其工作机理是：

通过后台计算机20的运行，接收、贮存和计算监测装置10传送的防雷装置00的监测数据，记录监测数据并在显示器上显示，将计算结果与设置的阀值对比，对超过阀值的数据进行提示和显示，对监测结果以表格格式输出，输出监测报表。