一种雷电供电峰值电流记录卡的制作方法

[0001]
本公开涉及雷电监控技术领域，尤其涉及一种雷电供电峰值电流记录卡。


背景技术：

[0002]
雷电是一种壮观的自然现象，其电压可高达数mv～10mv，其电流可达数十ka～数百ka，具有极大破坏力。因此，常常由于雷击而造成人畜伤亡、建筑物被毁、引发爆炸、火灾及电力系统停电、电气设备遭受破坏等严重事故。雷电流幅值的测量是进行雷电研究的基础工作，对研究雷电特性、分析雷害事故、探讨防雷对策均具有十分重要的意义。
[0003]
现有技术中，对于雷电采集采用磁条卡型的雷电流记录卡，该磁条卡型雷电流记录卡只能记录最大的一次电流峰值，且磁条卡型雷电流记录卡不能实现无线传输，只能通过专用的磁条卡读卡器读写，且磁条卡型雷电流记录卡为模拟信号，读写的精度较低，误差较大。


技术实现要素：

[0004]
本公开实施例提供一种雷电供电峰值电流记录卡，能够解决现有传统磁条型雷电流记录卡的数据采集读写精度差，稳定性低等问题。所述技术方案如下：
[0005]
根据本公开实施例的第一方面，提供一种雷电供电峰值电流记录卡，包括：
[0006]
采集盒、采集盒内设置有雷电采集线圈、自积分电路、供电与采集电路、微控制器以及rfid单元，供电与采集电路包括供电电路和采集电路；
[0007]
雷电采集线圈用于感应雷电信号，并将感应的雷电信号输入至自积分电路，自积分电路的输出端分别与供电电路和采集电路的输入端连接，供电电路的输出端与微控制器和rfid单元连接，用于给微控制器和rfid单元进行供电，采集电路的输出端与微控制器的输入端连接，微控制器与rfid单元通信连接。
[0008]
本公开实施例提供的雷电供电峰值电流记录卡，是一种可利用雷电流供电，且具有雷电流峰值采集的峰值电流采集卡，通过对瞬态电流的采集，将雷电流转化为自身供电电源，并通过波形保持等技术，将雷电流峰值进行采集。采集后的数据通过内部存贮器进行存贮，通过rfid设备可直接无接触进行数据读取，并且可同时记录多次数据。解决了传统磁条型雷电流记录卡的数据采集读写精度差，稳定性低等问题，且具有雷电流峰值采集功能，将传统的雷电流监测系统与磁条型雷电流记录卡功能合并，形成可数字化供电和采集的峰值电流采集卡，通过rfid技术无线读取数据，提高了读取数据的稳定性。
[0009]
在一个实施例中，自积分电路包括第一电阻和第二电阻；
[0010]
雷电采集线圈感应的雷电信号输入第一电阻的第一端，第一电阻的第二端与第二电阻的第一端连接；第二电阻的第一端分别与供电电路和采集电路的输入端连接，第二电阻的第二端接地。
[0011]
在一个实施例中，采集电路包括电压处理电路、信号保持电路、信号处理电路；
[0012]
电压处理电路的输入端与自积分电路的输出端连接，电压处理电路的输出端与信
号保持电路的输入端连接，信号保持电路的输出端与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路的输出端与微控制器的输入端连接。
[0013]
在一个实施例中，电压处理电路包括第一电容、第三电阻和第四电阻；
[0014]
第一电容的第一端与自积分电路的输出端连接，第一电容的第二端与第三电阻的第一端连接，第三电阻的第二端连接基准电压，第四电阻的第一端与第三电阻的第一端连接，第四电阻的第二端接地。
[0015]
在一个实施例中，信号保持电路包括第一电感、第五电阻和第二电容；
[0016]
第一电感的第一端与电压处理电路的输出端连接，第一电感的第二端与第五电阻的第一端连接，第五电阻的第二端与第二电容的第一端连接，第二电容的第一端与信号处理电路的输入端连接，第二电容的第二端接地。
[0017]
在一个实施例中，信号处理电路包括依次连接的电压跟随电路、分压电路和滤波电路；电压跟随电路包括第六电阻和运算放大器，分压电路包括第六电阻和第七电阻，滤波电路包括第八电阻、第二电感和第三电容；
[0018]
第六电阻的第一端与信号保持电路的输出端连接，第六电阻的第二端与运算放大器的反相输入端连接，运算放大器的同相输入端与运算放大器的输出端连接，运输放大器的输出端与第七电阻的第一端连接，第七电阻的第二端与第八电阻的第一端连接，第八电阻的第二端接地；第九电阻的第一端与第八电阻的第一端连接，第九电阻的第二端与第二电感的第一端连接，第二电感的第二端与第三电容的第一端连接，第三电容的第一端与微控制器的输入端连接，第三电容的第二端接地。
[0019]
在一个实施例中，供电电路包括供电稳压电路和供电保持电路，供电稳压电路包括第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第三电感和第十电阻，供电保持电路包括稳压器、第八电容和第九电容；
[0020]
第四电容的第一端和第五电容的第一端分别与第三电感的第一端连接，第四电容的第二端和第五电容的第二端接地；第三电感的第二端分别与第六电容的第一端、第七电容的第一端以及第十电阻的第一端连接，第六电容的第二端和第七电容的第二端接地，第十电阻的第二端与稳压器的输入端连接，稳压器的输出端与微控制器和rfid单元连接，第八电容的第一端和第九电容的第一端与稳压器的输出端连接，第八电容的第二端和第九电容的第二端接地。
[0021]
在一个实施例中，rfid单元包括rfid芯片和rfid天线；
[0022]
供电电路的输出端与rfid芯片连接，用于为rfid芯片进行供电，rfid芯片的输入端与微控制器的输出端连接，rfid芯片的输出端与rfid天线连接，外部rfid设备通过rfid天线读取数据。
[0023]
在一个实施例中，雷电供电峰值电流记录卡垂直安装于风机叶片的引下线上
[0024]
在一个实施例中，雷电供电峰值电流记录卡在引下线上采用扎带捆扎和铆钉固定的方式。
[0025]
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
[0026]
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
[0027]
图1是本公开实施例提供的一种雷电供电峰值电流记录卡的结构图；
[0028]
图2是本公开实施例提供的一种雷电供电峰值电流记录卡的结构图；
[0029]
图3是本公开实施例提供的一种雷电供电峰值电流记录卡的结构图；
[0030]
图4是本公开实施例提供的一种供电电路的结构图；
[0031]
图5是本公开实施例提供的一种雷电供电峰值电流记录卡的结构图；
[0032]
图6是本公开实施例提供的一种获取基准电压的结构图；
[0033]
图7是本公开实施例提供的一种雷电供电峰值电流记录卡的安装结构示意图；
[0034]
图8是本公开实施例提供的一种雷电供电峰值电流记录卡的内部布局结构示意图；
[0035]
图9是本公开实施例提供的一种雷电供电峰值电流记录卡的内部布局结构示意图。
具体实施方式
[0036]
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0037]
本公开实施例提供一种雷电供电峰值电流记录卡，如图1所示，该雷电供电峰值电流记录卡包括：采集盒10、采集盒10内设置有雷电采集线圈101、自积分电路102、供电与采集电路103、微控制器104以及rfid单元105，供电与采集电路103包括供电电路1031和采集电路1032；
[0038]
雷电采集线圈101用于感应雷电信号，并将感应的雷电信号输入至自积分电路102，自积分电路102的输出端分别与供电电路1031和采集电路1032的输入端连接，供电电路1031的输出端与微控制器104和rfid(射频识别，radio frequency identification)单元105连接，用于给微控制器(mcu，microcontroller unit)104和rfid单元105进行供电，采集电路1032的输出端与微控制器104的输入端连接，微控制器104与rfid单元105通信连接。
[0039]
参考图2所示，采集电路1032包括电压处理电路21、信号保持电路22、信号处理电路23；其中，电压处理电路21的输入端与自积分电路102的输出端连接，电压处理电路21的输出端与信号保持电路22的输入端连接，信号保持电路22的输出端与信号处理电路23的输入端连接，信号处理电路23的输出端与微控制器104的输入端连接。
[0040]
参考图2所示，供电电路1031包括供电稳压电路31和供电保持电路32。其中，供电稳压电路31的输入端与自积分电路102的输出端连接，供电稳压电路31的输出端与供电保持电路32的输入端连接，供电保持电路32的输出端分别微控制器104和rfid单元105连接。
[0041]
参考图2所示，rfid单元105包括rfid芯片51和rfid天线52。其中，供电电路103的输出端与rfid芯片51连接，用于为rfid芯片51进行供电，rfid芯片51的输入端与微控制器104的输出端连接，rfid芯片51的输出端与rfid天线52连接，外部rfid设备通过rfid天线52
读取数据。
[0042]
下面，结合图3～图6对各个电路进行具体描述。
[0043]
参考图3所示，自积分电路102包括第一电阻r1和第二电阻r2；
[0044]
雷电采集线圈101(如图3中ch所示)感应的雷电信号输入第一电阻r1的第一端，第一电阻r1的第二端与第二电阻r2的第一端连接，第二电阻r2的第一端与供电电路1031和采集电路1032的输入端连接，第二电阻r2的第二端接地。
[0045]
参考图3所示，电压处理电路21包括第一电容c1、第三电阻r3和第四电阻r4。
[0046]
第一电容c1的第一端与自积分电路102的输出端连接，具体的，第一电容c1的第一端与第二电阻r2的第一端连接，第一电容c1的第二端与第三电阻r3的第一端连接，第三电阻r3的第二端连接基准电压vref1，第四电阻r4的第一端与第三电阻r3的第一端连接，第四电阻r4的第二端接地。
[0047]
参考图3所示，信号保持电路22包括第一电感l1、第五电阻r5和第二电容c2；
[0048]
第一电感l1的第一端与电压处理电路22的输出端连接，具体的，第一电感l1的第一端与第三电阻r3的第一端连接，第一电感l1的第二端与第五电阻r5的第一端连接，第五电阻r5的第二端与第二电容c2的第一端连接，第二电容c2的第一端与信号处理电路23的输入端连接，第二电容c2的第二端接地。
[0049]
参考图3所示，信号处理电路23包括依次连接的电压跟随电路231、分压电路232和滤波电路233；电压跟随电路231包括第六电阻r6和运算放大器ua，分压电路232包括第七电阻r7和第八电阻r8，滤波电路233包括第九电阻r9、第二电感l2和第三电容c3；
[0050]
第六电阻r6的第一端与信号保持电路23的输出端连接，具体的，第六电阻r6的第一端与第五电阻r5的第二端连接，第六电阻r6的第二端与运算放大器ua的反相输入端(图3中2脚所示)连接，运算放大器ua的同相输入端(图3中3脚所示)与运算放大器ua的输出端(图3中1脚所示)连接，运输放大器ua的输出端与第七电阻r7的第一端连接，第七电阻r7的第二端与第八电阻r8的第一端连接，第八电阻r8的第二端接地；第九电阻r9的第一端与第八电阻r8的第一端连接，第九电阻r9的第二端与第二电感l2的第一端连接，第二电感l2的第二端与第三电容c3的第一端连接，第三电容c3的第一端与微控制器103的输入端连接，第三电容c3的第二端接地。
[0051]
参考图4所示，供电稳压电路31包括第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7、第三电感l3和第十电阻r10，供电保持电路32包括稳压器pr、第八电容c8和第九电容c9；
[0052]
第四电容c4的第一端和第五电容c5的第一端分别与第三电感l3的第一端连接，第四电容c4的第二端和第五电容c5的第二端接地；第三电感l3的第二端分别与第六电容c6的第一端、第七电容c7的第一端以及第十电阻r10的第一端连接，第六电容c6的第二端和第七电容c7的第二端接地，第十电阻r10的第二端与稳压器pr的输入端vin连接，稳压器pr的输出端vout与微控制器104和rfid单元105连接，第八电容c8的第一端和第九电容c9的第一端与稳压器pr的输出端vout连接，第八电容c8的第二端和第九电容c9的第二端接地。
[0053]
参考图5所示，稳压器pr的输出端vout所产生的供电电压vcc分别与mcu和rfid芯片(rfid ic)连接，用于为mcu和rfid芯片进行供电，同时，图3中所处理得到的雷电流电压信号ad_input输入至mcu，mcu和rfid ic通过i2c进行通信。
[0054]
根据上述图1～图5所示的雷电供电峰值电流记录卡，下面对雷电供电峰值电流记录卡的工作原理进行说明。
[0055]
在本公开实施例中，雷电采集线圈可采用罗氏线圈，罗氏线圈作为一种电流互感器，一旦有雷电信号到来，根据电磁感应原理，就会感应到雷电流，根据雷电信号的能量大小，输出的电流信号会有所不同。
[0056]
在将雷电供电峰值电流采集卡采用图7～图9所示的方式安装好之后，当有雷电产生且雷电流流过叶片引下线时，在引下线上产生电磁场，穿过雷电供电峰值电流采集卡，经雷电供电峰值电流采集卡的雷电流采集线圈进行电压采集。
[0057]
采集的雷电流信号首先经过第一电阻r1和第二电阻r2的分压，以避免电流信号过大，经过第一电阻r1和第二电阻r2的分压的雷电流信号通过第四电容c4和第五电容c5组成的电容组进行储能，然后，经第三电感l3平稳电流，由第六电容c6和第七电容c7组成的电容组再次进行储能，再由第九电阻r9进行限流，实现电压持续时间加长的结果；接着，经过后端的稳压器pr稳压以及第八电容r8和第九电容r9的组成的电容组的储能，最终形成平稳电源vcc，该平稳电源vcc用于给mcu和和rfid芯片进行供电。经过供电稳压电路和供电保持电路，产生电压可持续约10ms以上。需要说明的是，参考图6所示，基准电压vref1是vcc通过基准电路获取得到的。
[0058]
另外，采集的雷电流信号经过第一电阻r1和第二电阻r2的分压，同时经过第二电阻r2实现电流信号的自积分，形成电压信号。由于电压信号有正负之分，这里通过电压处理电路c2、r5和r10，将负电压转化为正电压，具体的，第一电容c1将电位进行抬升，同时通过第三电阻r3和第四电阻r4的分压，将将负电压转化为正电压。负电压转化为正电压后，mcu至少需要1ms左右进行复位，再经过约3ms左右实现程序初始化，因此，转化后的电压通过信号保持电路进行电压保持，信号保持电路主要是通过第一电感l1对脉冲信号的阻隔，将高频分量滤除，低频的雷电信号通过第五电阻r5和第二电容c2组成的rc延时电路，将原有雷电波形的峰值延时到ms级，便于mcu进行采集。
[0059]
在经过信号保持电路后，还可以对得到的信号进一步处理，以便满足mcu所能采集的范围。具体的，经过信号保持电路后的电压信号经过第六电阻r6后通过运放ua进行电压跟随，然后经过第七电阻r7和第八电阻r8再次分压，使得电压满足mcu所能采集的范围，约0-3v，满足mcu足采集所需的最短采集时间；再经过第九电阻r9、第二电感l2和第三电容c3的滤波后输出雷电流电压信号，即图中所示ad_input。
[0060]
雷电流电压信号ad_input输入至mcu后，mcu经过i2c通讯的方式，将采集到的雷电流电压信号转化为电流值数据，发送给rfid芯片进行存储，在读取数据时使用专用的rfid设备通过rfid天线即可读取。
[0061]
对于图7～图9所描述的雷电供电峰值电流记录卡的固定方式，下面进行详细描述。具体的，参考图7所示，雷电供电峰值电流记录卡垂直安装于风机叶片的引下线上，可采用扎带捆扎和铆钉的方式将雷电供电峰值电流记录卡在引下线上进行固定。采用在引下线上扎带捆扎固定的方式，大大减少了安装的复杂程度，提高了雷电流采集的稳定性。
[0062]
在本公开实施例中，采集盒为雷电供电峰值电流记录卡的外部包装盒，雷电采集线圈和rfid天线可采用参考图8和图9所示的方式进行布局。示例性的，可以在原有的磁条卡型雷电流记录卡的安装基础上，采用卡盒式设计，尺寸接近原有雷电流记录卡及卡套，方
便安装，可作为原位替换。
[0063]
以图8所示为例，图8中斜线所示的环形部分为雷电采集线圈，雷电采集线圈沿采集盒内部四周环绕设置，雷电采集线圈的宽度为5～6毫米；图8中黑色粗线所示为rfid天线，沿雷电采集线圈内部环绕设置，供电与采集电路分别与雷电采集线圈和rfid天线连接，对于其他部件在图8中未示出。
[0064]
以图9所示为例，图9中斜线所示的环形部分为雷电采集线圈，占据采集盒内部的上半部分且环绕设置，雷电采集线圈的宽度为5～6毫米；图9中黑色粗线所示为rfid天线，占据采集盒内部的下半部分且环绕设置，供电与采集电路分别与雷电采集线圈和rfid天线连接，对于其他部件在图9中未示出。对于采用上下部分设置的雷电采集线圈和rfid天线，可以更加有效的避免信号之间的干扰。
[0065]
本公开实施例提供的雷电供电峰值电流记录卡，是一种可利用雷电流供电，且具有雷电流峰值采集的峰值电流采集卡，通过对瞬态电流的采集，将雷电流转化为自身供电电源，并通过波形保持等技术，将雷电流峰值进行采集。采集后的数据通过内部存贮器进行存贮，通过rfid设备可直接无接触进行数据读取，并且可同时记录多次数据。解决了传统磁条型雷电流记录卡的数据采集读写精度差，稳定性低等问题，且具有雷电流峰值采集功能，将传统的雷电流监测系统与磁条型雷电流记录卡功能合并，形成可数字化供电和采集的峰值电流采集卡，通过rfid技术无线读取数据，提高了读取数据的稳定性。
[0066]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0067]
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。