一种雷电波形的记录方法与流程

本发明涉及防雷技术领域，具体涉及一种雷电波形的记录方法。

背景技术：

雷电是自然界存在的一种放电现象，当云层中的的电荷量积累到一定程度时，会通过打雷形式进行放电，雷电的电压极高能够达到上亿伏特，对于电网来说来说是一种灾难性的打击；对于雷电的检测是非常重要的，对雷电流进行监测时需要对雷电流的特性进行研究，因此需要采集雷电波形，由于雷电是一种非常剧烈的放电现象，在放电的过程中，其内部的波动非常剧烈，一般的记录仪器难以精确的采集雷电波形，造成研究的误差。雷电流包含了正电流和负电流，对雷电流进行采样时需要将交流电流转换为直流电流，所得到的波形无法区分正电流和负电流，因此目前没有合理的记录雷电波形的方法。

技术实现要素：

为了解决上述存在的问题，本发明提供一种能够获得雷电波形的记录方法，其具体技术方案如下：

一种雷电波形的记录方法，包括如下步骤：

步骤一、利用接闪器接引雷电流并将雷电流传递至引下线，然后利用互感线圈对流经引下线的雷电流互感产生交变的感应电流；

步骤二、将步骤一中所获得的感应电流依次经过判断电路和采样电阻后形成连续变换的感应电压信号，并且当感应电流经过判断电路时产生脉冲信号；

步骤三、利用mcu处理器接收判断电路产生的脉冲信号，当mcu处理器接收到判断电路所产生的脉冲信号后，利用mcu处理器记录步骤二中连续变换的感应电压信号形成感应电压波形；

步骤四、根据mcu处理器所接受的脉冲信号判断步骤三中所得到的感应电压波形的第一个半波为正半波还是负半波；

步骤五、保留正半波的波形并将负半波的波形沿时间轴向下翻转，将翻转后负半波的波形与正半波的波形结合得到转换波形；当步骤四中感应电压波形的第一个半波为正半波时，所有第2n个波形均为负半波，所有第2n-1个波形均为正半波；当步骤五中感应电压波形的第一个半波为负半波时，所有第2n个波形均为正半波，所有第2n-1个波形均为负半波，其中n为正整数；

步骤六、利用梯形算法对步骤五中所得到的转换波形进行积分，得到雷电流所对应的雷电波形。

进一步的，所述判断电路包括整流桥、前端比较器和后端比较器，所述整流桥的两个交流端分别通过保护电阻与互感线圈的两端连接，所述整流桥直流端的负极接地，所述前端比较器连接于整流桥的一交流端，所述后端比较器连接于整流桥直流端的正极。

进一步的，所述步骤四中感应电压波形的第一个半波的判断过程如下：当mcu首先接收到前端比较器输出的脉冲信号时，此时先通过互感线圈的电流为正电流，感应电压波形的第一个半波为正半波；当mcu首先接收到后端比较器输出的脉冲信号时，此时先通过互感线圈的电流为负电流，感应电压波形的第一个半波为负半波。

进一步的，所述整流桥全桥整流桥。

进一步的，所述互感线圈为罗氏线圈。

有益效果：本发明通过互感线圈以及整流桥获得雷电流所对应的感应电压波形，然后两个比较器信号的先后顺序区分整流后的波形所对应的雷电流是正电流还是负电流，再对负电流所对应的波形进行处理，最后通过积分获得真实的雷电波形。该方法通过对比较器的合理运用能够区分感应电压波形所对应的正、负电流，从而使得所获得的雷电波形更加真实、准确。

附图说明

图1为本发明具体步骤的结构框图；

图2为本发明实体实施方式中电路的示意图；

图3为感应电压波形示意图；

图4为感应电压波形反转后的示意图；

图5为还原后的雷电波形。

附图标记：1-判断电路；2-前端比较器；3-后端比较器；4-采样电阻；5-整流桥；6-保护电阻；7-互感线圈。

具体实施方式

下面结合附图以及具体的实施例对本发明所提供雷电波形的采集方法进行进一步的说明。

根据图1所示的整体逻辑框图，记录雷电波形的具体步骤如下：

第一步、在雷电环境中，利用接闪器接引雷电流，同时接闪器会将雷电流传递至引下线并安全的引导至大地中，在雷电流经过引下线时，利用罗氏线圈对雷电流进行互感，从而产生交变的感应电流。

第二步、将雷电流所对应的感应电流依次经过判断电路和采样电阻后形成连续变换的感应电压信号，并且感应电流经过判断电路时会产生脉冲信号传递至mcu处理器内，由于雷电是云层中的正负电荷积累至一定程度后再释放的过程，因此，当一次雷击过后，云层中电荷需要一段时间的积累才能进行下一次雷击，并且雷击是一个短暂且持续的放电过程，在放电过程中，电流产生波动并逐渐减小直到降到零为止。根据如图2所示的电路图，所述判断电路包括整流桥、前端比较器和后端比较器，整流桥的作用在于将交变的感应电流，所述整流桥的两个交流端分别与互感线圈的两端连接，所述整流桥的负极接地，所述前端比较器与整流桥的一交流端连接，所述后端比较器与整流桥直流端的正极连接，比较器的工作原理是当正极输入的电压小于负极的基准电压时，比较器输出为低电平，当正极输入的电压大于负极的基准电压时，比较器输出为高电平，当比较器输出由低电平变为高电平时产生了脉冲信号，所述前端比较器或后端比较器将脉冲信号传递至mcu处理器，所述采样电阻连接于整流桥直流端的正极与负极之间。

第三步、利用mcu处理器接收判断电路所产生的脉冲信号，当mcu处理器接收到判断电路所产生的脉冲信号后，利用mcu处理器记录第二步中连续变换的感应电压信号并形成感应电压波形，所述感应电压波形如图3所示，感应电压波形是感应电流通过采样电阻后形成的波形，在实际的采样过程中，在8us之前感应电压达到峰值，此时雷电流的变化率最大，达到峰值之后感应电压下降，在8us左右感应电压降到0，8us之后感应电压变成负电压，再变换为0；由于感应电流经过整流桥后无法区分正电流和负电流，因此不能直接对该感应电压波形进行积分，需要进行进一步的处理。

第四步、利用mcu所接受的激励信号判断步骤三中所得到的感应电压波形的第一个半波为正半波或负半波，具体的判断方法为：当mcu首先接收到前端比较器输出的脉冲信号时，此时先通过互感线圈的电流为正电流，感应电压波形的第一个半波为正半波；当mcu首先接收到后端比较器输出的脉冲信号时，此时先通过互感线圈的电流为负电流，感应电压波形的第一个半波为负半波。在本发明中，半波表示的是波形中前一个纵坐标为零到下一个纵坐标为零的的区间内的波形。上述判断过程的原理如下：若在雷击时，互感线圈中首先产生的是正电流，由于电流流经整流桥后会产生压降，因此前端整流桥正极输入的电压比后端整流桥输入的电压先超过比较器的基准电压，因此mcu处理器首先接收到的是前端比较器所产生的激励信号；若雷击时，互感线圈中首先产生的是负电流，由于整流桥直流端的电流总是从整流桥的正极流向负极，而且整流桥直流端的负极接地，因此前端比较器正极输入电压为负，无法达到基准电压，而后端比较器的正极输入电压为正，能够超过基准电压，从而产生脉冲信号传递至mcu处理器。

第五步、保留正半波的波形并将负半波的波形沿时间轴向下翻转，将翻转后负半波的波形与正半波的波形结合得到转换波形，所述转换波形如图4所示，当步骤四中感应电压波形的第一个半波为正半波时，所有第2n个波形均为负半波，当所有第2n-1个波形均为正半波，当步骤五中感应电压波形的第一个半波为负半波时，所有第2n个波形均为正半波，所有第2n-1个波形均为负半波，其中n为正整数；

第六步、利用梯形算法对步骤五中所得到的转换波形进行积分，得到雷电流所对应的雷电波形，所述雷电波形如图5所示，在0~8us的时间内，雷电流从0迅速上升到峰值，然后降低为0，其中28us时，雷电流降低到峰值的一半，最后再相对缓慢的的波动直至为0，因此在实际的打雷过程中，刚开始时雷电流非常剧烈，然后再缓慢的释放。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。