专利名称：可远程维护的触发式避雷针的制作方法
技术领域：
该发明为一个带有可远程测试其工作状态的装置的触发式避雷针。
背景技术：
能在雷雨天气里提供防止雷击的系统不仅局限于单茎式避雷针(PTS)。事实上，存在着一整个系列的被称为“触发式”的避雷针。触发式避雷针利用一种使金属尖端周围空气电离的物理现象，从而达到将雷电吸引到该尖端的目的。通过使用这种方法，触发式避雷针的作用半径可以比同尺寸的普通单茎式避雷针的大。
我们已经知道，触发式避雷针可以使其尖端附近的空气产生电离。国家工业环境及危险协会在2001年发表的P.Gruet先生的文献《带有触发设备的避雷针的研究》介绍了关于这种装置的研究。这种电离作用的一种实现方法，是在避雷针尖端附近分开放置两个电极，然后使这两个电极击穿它们之间的空气而进行放电。
另外，文献“EP0192000”描述了一种尖端极化型的避雷针。在这种避雷针中，其尖端被一个火花隙实现了和大地的电绝缘。同时，尖端和一个高压发电器的一极相连。这个高压发电器可以是一个低压/高压变压器的次级线圈。在这种情况下，避雷针尖端可产生一个周期性的高电压。
在拥有可使空气电离的电子装置的同时，触发式避雷针还可以带有一个同步系统。该系统可以检测到来自云层的前期放电。这种前期放电在雷电的初期发生，也就预示了雷电的马上降临。感知到前期放电的同步系统控制高压发电器，产生高压使避雷针尖端周围的空气电离。这样，这个电离过程与来自云层的前期放电的降临同步发生，并产生一个上行的放电过程。该上行放电过程很有可能与来自云层的前期放电相遇。
应该指出，在这些文献中描述的不同种类的避雷针都可以实现能源自给。比如，它们的能量来源可以通过连接几个太阳能电池板的集中器来实现。
触发式避雷针的安装是为了保护一个区域，比如一个工厂，免受雷电的损坏。该避雷针的特性应该取决于希望达到的保护等级，所在地的地理条件等。特别地，应该仔细选择代表避雷针效能的保护半径这一参数。
触发式避雷针包含有很多电子系统。当雷击来临时，这些系统工作在比较恶劣甚至非常恶劣的条件下。所以，避雷针的正常使用期是有限的。因此，明确地知道避雷针是否处于正常工作状态就非常重要了。
一般的检测设备都需要维护人员在实地进行操作。由于避雷针总是安装在建筑的高处，接近的难度较大。这样，维护工作就变得非常棘手。事实上，这样的维护工作很少被实行。
发明内容
这里介绍的发明提供了一个带有远程测试功能的触发式避雷针。该远程测试功能使操作者可以在远程测试避雷针的工作状态，实现远程维护。
该发明的首要目的是一个触发式避雷针。它可以实现尖端周围空气的电离。该避雷针的特性由其含有的以下部件描述出-测试装置通过与其相连的至少一个传感器的测量结果，产生能够反映避雷针工作状态的状态信号。
-发射装置根据系统的状态信号，发射一个发射信号。
-接收装置收到发射装置送出的发射信号后，产生一个接收信号。
-信号显示装置根据接收信号，显示出避雷针系统的工作状态。
根据一种系统的实现模式，发射装置将使用事先确定的频率发射信号。
我们倾向于将接收装置和信号显示装置安装在远程的控制箱中。
根据一种系统的实现模式，测试装置产生的系统工作状态信号中含有一个预先制定好的对应于该避雷针的识别号。
另外，远程的控制箱还可以包含一个识别号选择装置。该装置确定一个识别号，并将其交给信号显示系统来显示所对应的避雷针的工作状态。
发明中的避雷针可以实现从休眠状态到活动状态的转换。当雷电的临近被检测到时，系统便启动活动状态。然后，经过一段时间，没有任何的雷电被检测到，系统又变为休眠状态。而检测装置产生系统状态信号，以及发射装置送出发射信号，都是在休眠状态进行的。
在一种较佳的实施例中，避雷针是尖端极化型的，并处于休眠状态。其尖端被周期性地赋予一个标准电压。一个分压器取得尖端的这个标准电压的一部分，将其送至测试装置用来生成系统状态信号。
发射装置和接收装置之间的距离最好在几十米左右。
下面将描述本发明的一个具体实施例。通过这个过程，本发明可以被更好地理解，其细节、特性以及优点也会更加明显。当然，这里给出的只是一种描述，本发明并不局限与此。可以参考附图。在附图中-图1是尖端极化避雷针系统中电子设备的原理图。
-图2是图1所示避雷针系统所用的维护设备的原理图。
具体实施例方式
下面给出了一种尖端极化避雷针的实现细节。而远程维护系统可以装配各种触发式避雷针系统。
在图1中可以看出，尖端极化避雷针不同于普通单茎式避雷针之处在于，前者的尖端1与大地之间是电绝缘的(从动态的角度讲，是在没有雷电降落到尖端1的时候)。这个绝缘由火花隙2实现。火花隙2可以由相距4厘米的两个半球构成，两者之间为空气。当雷电到达尖端1时，火花隙中两个半球间的电场就会大于27kV/cm的临界电场值。在这一临界值之上，空气被电离，从而成为导电体。这样，当雷电降落到避雷针的尖端1上时，火花隙2成为导体，电流流入大地，不会经过其他的电子器件。
尖端极化避雷针带有一个高压极化电路3。它可以使尖端1的电压升到高达几万伏的高压。它接到一个电压/电压转换器6上。在时钟7产生的方波信号的基础上，电压/电压转换器6产生脉冲电流为处于高压极化电路3中的电容C充电。当极化电路3被电子开关T启动时，电容C向低压/高压变压器THT的初级线圈放电。这样就在其次级线圈产生几万伏特的高压。这样，尖端附近的空气就被电离。
高压极化电路3由控制电路4控制。控制电路4与至少一个传感器5相连。传感器5接有一个金属板，可以接受乌云电荷影响而产生电荷。传感器5所带电荷也就与乌云所带电荷电性相反。当雷电的前期放电来临时，传感器5中的电荷量变化剧烈，产生一股电流。当该电流的强度超过预先指定的临界值时，它便产生一个检测信号，表示前期放电的到来。这个信号的电流同样与前期放电相关。
传感器5将这一检测信号发到控制电路4的一个输入端。根据该检测信号，控制电路4产生一个同步信号并送给高压极化电路3。
这个同步信号的到来关闭高压极化电路3中的电子开关T，从而引发电容C向高压变压器THT的初级线圈放电。
同时，根据检测信号电流的正负，也就是根据云层前期放电电荷的正负，控制电路4向高压极化电路3发出一个极化信号。该极化信号使一个双稳器件(图中没有表示)从一个状态过渡到另一个状态。根据这个双稳器件的位置，系统控制穿过高压变压器初级线圈的电流的方向，从而使避雷针尖端的极化电性与乌云电性相反。
最后，发明中的避雷针带有一个能量集中器8。它可以由几个太阳能电池板9a-9c提供能量，便能产生6V的电压来供给避雷针的各个电子装置。避雷针就实现了能源自给。
在图2中描述了维护装置。它让使用人员可以在远程得到避雷针工作状态的信息。
总的来说，需要做的是利用尖端极化避雷针中的电子装置产生一个状态信号。通过读取这个信号，就可以了解电子器件的工作状态，从而知道避雷针的工作状态。
当传感器5探测到预示雷电到来的前期放电时，避雷针就从休眠状态转换到活动状态。同样地，若传感器5探测到周围电场的强度超过了预先设定的临界值，避雷针的活动状态也会被激活。
满足一定条件，尖端极化避雷针就会从活动状态过渡到休眠状态。比如说，传感器在45分钟内没有探测到任何前期放电的雷电活动。当然，这个时间段的长度是可以设定的。
当尖端极化避雷针处于休眠状态时，它的尖端1被周期性地极化。在发明中，我们倾向于将该周期时间设为90秒。
在休眠状态，将尖端周期性极化的方法与电离尖端周围空气的方法几乎是一样的；唯一的区别是其电压值的数量级不同。在休眠状态，尖端的电压被周期地升到几千伏；而在活动状态，它的电压高达几万伏。
尖端1被火花隙2与大地绝缘；又被高压/低压变压器THT赋予一个电压。该变压器THT的初级、次级线圈都表示在了图2中。两个串连电容C1、C2将尖端和大地连接，形成一个分压器。我们选择C1、C2的值，使得C2两端的电压只有几个伏特。对于休眠状态下尖端的10kV电压，C1可选择400pF，而C2选择0.5F。这样，C2两端得电压就为10V。
从C2的两端采集的电压被送到单稳器件10。尖端1的极化会引起电势的变化。作为响应，单稳器件10在其输出端发出一个事先定义好的控制信号。比如0～6V，周期为240秒的方波。
由单稳器件10的输出端发出的控制信号被送到编码器11的输入端。编码器11可以使用，比如，Motorola MC145026。
控制信号触发编码器11。后者在其输出端送出一个状态信号。这个状态信号由一个预先定义的，可确定避雷针的识别号构成。
为了给识别号编码，编码器11使用一种建立在一个9位三进制数序列的基础上的协议。每一位数在三进制的基础上进行编码。也就是说，可以代表三种不同的状态。比如0V、3V和6V。编码器11向发射器12连续发出3次这个状态信号。
发射器12使用一个可用的发射频率433MHz。在这种情况下，发射器12可以选用Aurel公司生产的发射模块HF433MHz TX433 SAW。当然，这个发射频率完全可以根据各个国家不同的频率使用情况来选择。这个由避雷针识别号构成的工作状态信号被加载到433MHz的载波上，由天线14连续三次发出。
在几十米的范围内，该发射信号可以被移动接收装置15接收。这个接收装置包含一个平行六面体控制箱16。在控制箱16的一侧安装了一副套管式天线17。天线17和一个接收器相连。该接收器可以接收电磁发射信号并输出一个接收信号。
这个接收信号随即进入解码器。解码器便可生成一个指示尖端极化避雷针工作状态的信号。如果接收信号包含至少一个和避雷针识别号对应的9位三进制序列，这个指示信号就会点亮发光二极管19，或通过扬声器20发出一个声音信号，用来通知使用者，该避雷针工作正常。
这样，避雷针工作状态的检测就可以在地面方便、快捷地进行了。
在另一实施例中，远程的移动接收装置15装有一系列选择按钮21。利用这些按钮，使用者可以选定周围被检测到的避雷针中的一个。当一个避雷针的识别号被选定后，移动接收装置15中的解码器就只对该识别号对应的信号进行解码；而信号显示装置则显示出该尖端极化避雷针是否工作正常。
尽管我们通过一个具体的实例，尖端极化避雷针，来描述本发明；但它的应用决不会只限于此。实际上，一切与避雷针类似的技术及应用都可以使用本发明。特别地，电子系统中的电压分压器可以用来提取一个电子式避雷针两个电极间电势差的一个分量，从而测量这个电势差。这两个电极被安装在避雷针尖端附近，一端与大地相连，负责将尖端周围的空气电离。同样的方法，这样的电压分压器还可以被用来测量压电式避雷针的中空尖端和位于该尖端内部的细长尖端之间的电势差。
权利要求
1.可使周围空气产生电离的触发式避雷针，其特征在于所述避雷针装配有-测试装置(10、11)，通过与其相连的至少一个传感器(C2)的测量结果，产生能够反映避雷针工作状态的状态信号；-发射装置(12、14)，根据系统的状态信号，发射一个发射信号；-接收装置(17)，收到发射装置送出的发射信号后，产生一个接收信号；-信号显示装置(19、20)，根据接收信号，显示出避雷针系统的工作状态。
2.如权利要求1所述的避雷针，其特征在于所述发射装置(12、14)可以使用预先设定好的频率发射无线电信号。
3.如权利要求1或2所述的的避雷针，其特征在于所述接收装置(17)及信号显示装置(19、20)被安装在远程的控制箱(15)中。
4.如权利要求1所述的避雷针，其特征在于所述测试装置(10、11)产生的工作信号含有预先定义的避雷针的识别号。
5.如权利要求4所述的避雷针，其特征在于所述远程控制箱(15)含有目标选择装置(21)，利用该选择装置，维护人员可以指定一个避雷针的识别号；该信号显示装置(19、20)则显示与该识别号对应的避雷针的工作状态。
6.如权利要求1～5之一所述的避雷针，其特征在于所述避雷针可以在休眠状态和活动状态之间切换；当雷电活动被探测到时，避雷针就转到活动状态；当度过一段没有任何雷电活动的时间后，它又回到休眠状态；在休眠状态下，该避雷针的测试装置(10、11)生成状态信号；其发射装置(12、14)发射相应发射信号。
7.如权利要求6所述的避雷针，其特征在于所述避雷针类型为尖端(1)极化型；在休眠状态下，尖端被周期赋予一个标准电压；一个电压分压器(C1、C2)提取该标准电压的一部分，生成信号并送至测试装置(10、11)，用来生成一个状态信号。
8.如权利要求1～7之一所述的避雷针，其特征在于所述发射装置(14)与接收装置(17)之间的距离为几十米。
全文摘要
本发明涉及一可使周围空气产生电离的触发式避雷针。该避雷针还带有以下装置测试装置(10、11)，用来通过至少一个传感器(C2)的测量结果来产生指示避雷针工作状态的状态信号；发射装置(12，14)，用来根据上述状态信号发射一个发射信号；接收装置(17)，用来根据收到的发射信号产生一个接收信号；以及信号显示装置(19、20)，用来指示避雷针的工作状态。
文档编号H02G13/00GK1507125SQ200310117229
公开日2004年6月23日 申请日期2003年12月8日 优先权日2002年12月6日
发明者C·克拉弗里, J·P·穆尔西亚, C 克拉弗里, 穆尔西亚 申请人:杜瓦尔梅西昂公司