专利名称：遥测雷电电流的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及雷电参数测量领域，特别是一种遥测雷电电流的装置。
背景技术：
在各种防雷设计中，雷电电流参数是必不可少的参数之一。为了优化 雷电防雷系统，针对每个地区，甚至一些特殊建筑物，都应该有一套比较 真实的雷电电流参数。可我国的雷电电流参数基本上是沿用国外的数据， 不能够反映我国的地域特性。而且国外的雷电电流参数也主要是通过测量 打到较高铁塔上的雷电得到的。打到较高铁塔上的雷一般是上行雷，缺少 打到一般建筑物(比如送电铁塔或各种楼房)上的雷电中所包含的首次回 击。也就是国外的雷电电流参数本身的真实性也不是很高。最近也有一些 雷电定位装置可以测雷电回击电流峰值及变化率，但误差非常大。而且，一个雷电除了回击以外，还有M-分量及连续电流，对于这些成分现有雷 电定位装置不能进行测量。发明内容因此，本实用新型的任务是提供 一 种能够遥测雷电电流的装置。 本实用新型的另一任务是提供一种光信号测量装置。一方面，本发明提供的一种遥测雷电电流的装置，其特征在于，包括雷电光信号测量装置，用于测量雷电近地面通道不同高度下所发出的 光信号；雷声测量装置，用于测量雷电发出的声信号； 电磁辐射场测量装置，用于测量雷电所产生的电》兹辐射场；以及雷电三维通道及落雷点距离装置，分别与所述雷电光信号测量装置和 雷声测量装置电连接，用于根据所述雷电的声信号和光信号计算雷电三维 通道和落雷点距离；雷电回击速度装置，分别与所述雷电光信号测量装置和所述雷电三维 通道及落雷点距离装置电连接，用于根据所述雷电光信号、所述雷电三维 通道及落雷点距离计算雷电回击速度；
近地雷电光信号装置，与所述雷电光信号测量装置电连接，用于根据
所述雷电光信号得到最靠近地面的雷电光信号；
雷电回击电流峰值装置，分别与所述雷电三维通道及落雷点距离装 置、雷电回击速度装置和电磁辐射场测量装置电连接，用于根据所述雷电 的电磁辐射场信号、雷电回击速度、雷电三维通道以及落雷点距离来获取
回击电流峰值；
雷电电流装置，分别与所述近地雷电光信号装置和雷电回击电流峰值 装置电连接，用于根据所述最靠近地面的雷电光信号和所述回击电流峰值 得到雷电电流的波形。
上述装置中，所述回击电流峰值优选继后回击电流峰值。 上述装置中，所述光信号测量装置优选光信号图像获取装置。 上述装置中，所述雷声测量装置还优选包括麦克风阵列。 进一步地，所述麦克风阵列优选立体阵列。
进一步地，所述麦克风阵列中任一麦克风距离地面的高度优选大于1米。
进一步地，所述麦克风阵列中相邻麦克风的距离优选为l米。 进一步地，所述雷电光信号测量装置，包括用于成像的镜头、多个光 电二极管和多根光纤，所述光纤包括输入端和输出端，所述光纤的输入端 组成光纤阵列并设置于所述镜头像平面处，所述光电二极管设置在所述光 纤的输出端。
上述装置中，优选每个光电二极管接收多根光纤的输出。
本发明装置不但可以测量回击电流波形，还能测量M-分量及连续电 流的波形，可以广泛应用在电力部门，通信部门，铁道交通部门，及各地 防雷公司。
以下，结合附图来详细说明实用新型的实施例，其中 图1为遥测雷电电流装置的示意图；图2a为实施例中的一种雷电近地面通道不同高度所发出的光信号测 量装置结构图，图2b为光纤输入端排成的阵列结构示意图； 图3为雷声三维定位实施例的麦克风阵列图； 图4为遥测雷电电流的装置结构示意图。
具体实施方式
图1是一个遥测雷电电流装置的实施例。该实施例中的遥测雷电电流 装置包括，
雷电电流装置，用于根据所述最靠近地面的雷电光信号和所述回击电 流峰值得到雷电电流的波形。雷电光信号测量装置1，用于测量雷电近地 面通道不同高度下所发出的光信号，其中，如图4所示，；
雷声测量装置7，用于测量雷电发出的声信号； 电石兹辐射场测量装置4,用于测量雷电所产生的电f兹辐射场； 雷电三维通道及落雷点距离装置，分别与所述雷电光信号测量装置和
雷声测量装置电连接，用于根据所述雷电的声信号和光信号计算雷电三维
通道和落雷点距离；
雷电回击速度装置，分别与所述雷电光信号测量装置和所述雷电三维
通道及落雷点距离装置电连接，用于根据所述雷电光信号、所述雷电三维
通道及落雷点距离计算雷电回击速度；
近地雷电光信号装置，与所述雷电光信号测量装置电连接，用于根据
所述雷电光信号得到最靠近地面的雷电光信号；
雷电回击电流峰值装置，分别与所述雷电三维通道及落雷点距离装 置、雷电回击速度装置和电磁辐射场测量装置电连接，用于根据所述雷电 的电磁辐射场信号、雷电回击速度、雷电三维通道以及落雷点距离来获取 回击电流峰值；
雷电电流装置，分别与所述近地雷电光信号装置和雷电回击电流峰值 装置电连接，用于根据所述最靠近地面的雷电光信号和所述回击电流峰值 得到雷电电流的波形。
在本实施例中，雷电三维通道及落雷点距离装置、雷电回击速度装置、 近地雷电光信号装置、雷电回击电流峰值装置和雷电电流装置全部由计算 机11担当，其功能通过软件来实现。为了提高信号强度和便于后续数据处理，还分别使用了信号放大器对采集到的信号进行;汶大，并使用A/D板 将放大后的模拟信号转换成数字信号，如图l所示，雷电光信号测量装置 1至所述计算机11之间的电路上顺序设有第一信号放大器2和第一 A/D 板3，雷电光信号测量装置1测量得到的信号经过第一信号放大器2的放 大和第一 A/D板3的模数转换后，再由计算机ll进行处理；雷声测量装 置7至所述计算机11之间的电路上顺序设有第三信号放大器8和第一 A/D 板9,雷声测量装置7测量得到的信号经过第三信号放大器8的放大和第 一 A/D板9的模数转换后，再由计算机11进行处理；电磁辐射场测量装 置4至所述计算机11之间的电路上顺序设有第二信号放大器5和第一 A/D 板6,电磁辐射场测量装置4测量得到的信号经过第二信号放大器5的放 大和第二 A/D板6的模数转换后，再由计算机11进行处理。
其中，雷电光信号测量装置1的结构采用如图2a和图2b所示的一种 光信号测量装置，图2a为该光信号测量装置的示意图，该装置包括照相 机、多个光电二极管15和多才艮光纤13,所述光纤13包括输入端和输出端， 光纤13的输入端排列成平面阵列，如图2b所示，并设置在照相机镜头12 后的像平面上，由照相机镜头12所成的图像被光纤13输入端的阵列采集， 阵列中各光纤的输出端分别耦合输入光电二极管15,由于本实施例中需要 测量的雷电形状主要是线状，出于成本上的考虑，本实施例的雷电光信号 测量装置1中的光纤阵列每一行光纤的输出端都耦合入一个光电二极管 中。图2的雷电光信号测量装置的响应时间可以^:到小于IO纳秒，而一 般闪电中一次回击的上升时间为50纳秒到几孩i秒之间，所以本实施例的 测量装置完全可以满足速度上的需求，捕捉到闪电的瞬间。另外，对应于 雷电光信号测量装置的多通道第一信号放大器2带宽优选大于20MHz,第 一 A/D板3的采样速率优选大于60MHz。
图3所示为本实施例中所采用的立体麦克风阵列作为雷声测量装置， 由4个麦克风组成，其中的三个组成等边三角形，另外一个设置在该等边 三角形 一个顶角的上方。该阵列中各个麦克风彼此之间的距离优选为1米， 并且所有的麦克风距离地面的高度应当大于l米。麦克风阵列对应的多通 道第三信号放大器8的带宽优选大于20kHz,第三A/D板9的采样速率优 选大于40kHz。
所述电磁辐射场测量装置可以使用通常的雷电辐射电磁场探头，这对 本领域技术人员是熟知的，相应于电磁辐射场测量装置的多通道第二信号放大器5带宽优选大于5MHz，第二 A/D板6的采样速率优选大于5MHz。 优选地，本实施例中还将GPS天线10的输出信号直接连接到计算机 11，用来确保世界标准时间。
本实施例的遥测雷电电流测量装置釆用全自动工作方式。用所述雷电 光信号触发整个测量装置。对于每一个要记录的雷电，其光信号与电磁辐 射信号的记录时间长度优选达到 一秒左右。其声音信号的记录时间长度优 选大于20秒。当记录完所有信号后，开始按照如下所述的流程进行各种 处理。
首先，雷电三维通道及落雷点距离装置根据测到的雷电光信号及雷声 信号确定雷电的三维通道及落雷点距离；
之后，雷电回击速度装置根据雷电三维通道中不同部位的光信号，找 出它们之间的时间差，计算出雷电回击速度；
然后，雷电回击电流峰值装置利用测到的雷电电^t辐射场信号及上述 的落雷点距离和雷电回击速度算出雷电回击电流峰值。进行该处理时如果 所记录的雷电包含有继后回击，优选计算继后回击中的回击电流峰值；
之后，雷电电流装置根据这一雷电回击电流峰值，该峰值对应雷电光 信号中光强最大的点，由于雷电的电流信号与雷电光信号强度存在特定的 函数关系，这对本领域技术人员是熟知的，所以通过峰值点的雷电光强度 和电流强度的数据，可以确定所述函数关系，并根据雷电通道最下部的光 信号(由近地雷电光信号装置根据雷电光信号确定)，确定雷电电流的时 域波形；
最后，计算机保存该雷电电流波形，同时，也在计算机屏幕上显示该 雷电电流波形。
通过对雷电电流波形的研究，可以得到各种电流参数，例如对于回击 电流，可以得到电流峰值、上升时间、峰宽、波尾持续时间等。由于能够 准确得到雷电电流波形，本实施例除了可以测量雷电回击的电流波形外， 还可以得到雷电M-分量波形和雷电连续电流的波形，这都是现有雷电电 流遥测技术中无法实现的。
最后应说明的是，以上各附图中的实施例仅用以说明本实用新型遥测 雷电电流装置的结构和技术方案，但非限制。尽管参照实施例对本实用新 型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技 术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种遥测雷电电流的装置，其特征在于，包括雷电光信号测量装置，用于测量雷电近地面通道不同高度下所发出的光信号；雷声测量装置，用于测量雷电发出的声信号；电磁辐射场测量装置，用于测量雷电所产生的电磁辐射场；雷电三维通道及落雷点距离装置，分别与所述雷电光信号测量装置和雷声测量装置电连接，用于根据所述雷电的声信号和光信号计算雷电三维通道和落雷点距离；雷电回击速度装置，分别与所述雷电光信号测量装置和所述雷电三维通道及落雷点距离装置电连接，用于根据所述雷电光信号、所述雷电三维通道及落雷点距离计算雷电回击速度；近地雷电光信号装置，与所述雷电光信号测量装置电连接，用于根据所述雷电光信号得到最靠近地面的雷电光信号；雷电回击电流峰值装置，分别与所述雷电三维通道及落雷点距离装置、雷电回击速度装置和电磁辐射场测量装置电连接，用于根据所述雷电的电磁辐射场信号、雷电回击速度、雷电三维通道以及落雷点距离来获取回击电流峰值；雷电电流装置，分别与所述近地雷电光信号装置和雷电回击电流峰值装置电连接，用于根据所述最靠近地面的雷电光信号和所述回击电流峰值得到雷电电流的波形。
2. 根据权利要求1所述的遥测雷电电流的装置，其特征在于，所述回 击电流峰值为继后回击电流峰值。
3. 根据权利要求1所述的遥测雷电电流的装置，其特征在于，所述光 信号测量装置为光信号图像获取装置。
4. 根据权利要求1所述的遥测雷电电流的装置，其特征在于，所述雷 声测量装置包括麦克风阵列。
5. 根据权利要求4所述的遥测雷电电流的装置，其特征在于，所述麦 克风阵列为立体阵列。
6. 根据权利要求4或5所述的遥测雷电电流的装置，其特征在于，所 述麦克风阵列中任一麦克风距离地面的高度大于l米。
7. 根据权利要求4或5所述的遥测雷电电流的装置，其特征在于，所 述麦克风阵列中相邻麦克风的距离为1米。
8. 根据权利要求1所述的遥测雷电电流的装置，其特征在于，所述雷 电光信号测量装置包括用于成像的镜头、多个光电二极管和多根光纤，所 述光纤包括输入端和输出端，所述光纤的输入端组成光纤阵列并设置于所 述镜头像平面处，所述光电二极管设置在所述光纤的输出端。
9. 根据权利要求8所述的遥测雷电电流的装置，其特征在于，所述每 个光电二极管接收多根光纤的输出。
专利摘要本实用新型公开了一种遥测雷电电流的装置，包括光信号测量装置，用于测量雷电近地面通道不同高度下所发出的光信号；雷声测量装置，用于测量雷电发出的声信号；电磁辐射场测量装置，用于测量雷电所产生的电磁辐射场；雷电三维通道及落雷点距离装置、雷电回击速度装置、近地雷电光信号装置、雷电回击电流峰值装置和雷电电流装置。本实用新型的遥测雷电电流装置不但可以测量回击电流波形，还能测量M-分量及连续电流的波形，可以广泛应用在电力部门，通信部门，铁道交通部门，及各地防雷公司。
文档编号G01R19/00GK201222079SQ20082007952
公开日2009年4月15日 申请日期2008年3月21日 优先权日2008年3月21日
发明者吕伟涛, 青 孟, 张义军, 王道洪 申请人:中国气象科学研究院