一种雷电告警设备及通信基站的制作方法

一种雷电告警设备及通信基站的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种雷电告警设备及通信基站，雷电告警设备包括：盘锥天线，雷电次声波接收装置，雷电信号中心处理装置，声光告警指示装置。通过对雷电的电磁波信号和次声波信号综合处理及逻辑分析判断，准确对雷电进行预警并预测雷电距离通信基站的实际距离，确定雷电对通信基站的威胁等级并发出雷电声光告警信号，从而有效提醒警示监控人员(或中控设备)在雷电来临前主动切断用电设备与供电线路，改变了通信基站传统的防雷方式，变被动泄放式防雷为主动防御式防雷，大大降低通信基站用电设备遭雷击时的损坏率。该设备可满足于通信基站的防雷安全需求，主动保护通信基站敏感的电子通信设备，有效提高通信基站雷电预测防护综合能力。
【专利说明】一种雷电告警设备及通信基站

【技术领域】
[0001] 本申请涉及通信工程防雷【技术领域】，尤其涉及一种雷电告警设备及通信基站。

【背景技术】
[0002] 雷电是自然界最壮观的和重要的大气现象之一，伴随雷电有声、光、电等多种物理 现象。据统计，全世界每年因雷击造成的经济损失达10亿美元以上。雷电灾害是联合国国 际减灾十年委员会公布的对人类威胁最严重的自然灾害之一。
[0003] 随着通信行业的持续发展，通信网络规模不断扩大，通信基站的数量也日趋增多， 分布也越来越广。目前，通信工程防雷【技术领域】普遍采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网、 电涌防护器等防护装置，通过接闪、引下、接地、布线、屏蔽、等电位、分流等措施对通信基站 进行被动防护。
[0004] 但因为通信基站的天线设置大多安装在铁塔和建筑物的高处，电源线路和传输线 路大都采用架空线路。另外，由于自身设备构造结构、设置位置及电源、信号系统取线方式 等原因，基站内的有源通信设备实施受雷电侵害的事故仍然不可避免的频频发生。部分通 信基站屡次遭遇雷击，配电箱、低压供电电缆及通信线路等频繁受到雷击破坏，导致设备毁 损、屏蔽层击穿、系统终止等事故发生。通信设备毁损、修理，通信系统中断及抢修，使通信 运营维护企业承受着巨大的维护成本和经济损失。


【发明内容】

[0005] 本发明了提供了一种雷电告警设备及通信基站，以解决通信基站防雷效果差的技 术问题。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种雷电告警设备，设置在通信基站上，包 括：
[0007] 盘锥天线，用于接收雷电产生的电磁波信号；
[0008] 雷电次声波接收装置，用于采集并放大雷电产生的次声波信号；
[0009] 雷电信号中心处理装置，分别和所述盘锥天线、所述雷电次声波接收装置连接，用 于综合处理所述电磁波信号和所述次声波信号，以判断雷电是否发生，并在雷电发生时估 计雷电与所述通信基站的距离，并根据所述雷电与所述通信基站的距离获得所述雷电对所 述通信基站的威胁程度；
[0010] 声光告警指示装置，用于根据所述雷电对所述通信基站的威胁程度发出对应的声 音报警信号和对应的光警报信号。
[0011] 优选的，所述盘锥天线的频带宽度为25MHz - 1500MHz。
[0012] 优选的，所述盘锥天线包括：天线振子、天线座、天线杆、同轴电缆以及安装夹；
[0013] 其中，所述天线杆和所述天线座通过所述安装夹固定在一起，用于共同支撑并固 定所述天线振子；
[0014] 所述天线振子，安装在所述天线杆和所述天线座上用于采集所述电磁波信号；
[0015] 所述同轴电缆的一端设置于所述天线座内部且和所述天线振子连接，用于传输所 述电磁波信号。
[0016] 优选的，所述雷电次声波接收装置包括：自由场声传感器，前置放大器和连接线；
[0017] 其中，所述自由场声传感器和所述前置放大器螺接；
[0018] 所述自由场声传感器用于采集所述次声波信号；
[0019] 所述前置放大器，用于对所述次声波信号进行放大；
[0020] 所述连接线，连接所述雷电次声波接收装置和雷电信号中心处理装置。
[0021] 优选的，所述雷电信号中心处理装置包括：模拟信号处理模块，模数变换模块，数 字信号处理模块，电源，接口模块，风扇和机箱；
[0022] 所述模拟信号处理模块，用于对所述电磁波信号和所述次声波信号进行处理后， 获得电磁波模拟信号和次声波模拟信号；
[0023] 所述模数变换模块，和所述模拟信号处理模块连接，用于对所述电磁波模拟信号 和所述次声波模拟信号分别进行数字采样，得到电磁波数字信号和次声波数字信号；
[0024] 所述数字信号处理模块，用于对所述电磁波数字信号和所述次声波数字信号进行 综合处理，判决是否有雷电的发生并估计所述雷电与所述通信基站的距离，并根据所述雷 电与所述通信基站的距离获得所述雷电对所述通信基站的威胁程度。
[0025] 优选的，所述接口模块包括：雷电声信号输入接口，雷电电磁信号输入接口，雷电 告警信号输出接口，数字信号输出端接口，直流电源接口，交流电源接口，接地接口。
[0026] 优选的，所述模拟信号处理模块包括：
[0027] 限幅器，无源功分器，第一 30dB功率放大器，第二30dB功率放大器，290MHz中心频 率10MHz带宽带通滤波器，25MHz中心频率4MHz带宽带通滤波器，下变频器，环形器；
[0028] 其中，所述限幅器和所述同轴电缆连接，用于限制所述电磁波信号的幅度，避免所 述雷电信号中心处理装置饱和，并且保护所述雷电信号中心处理装置中的各个器件；
[0029] 所述无源功分器，和所述限幅器连接，用于将所述电磁波信号分离为第一路信号 和第二路信号；
[0030] 所述第一 30dB功率放大器和所述无源功分器连接，用于放大所述第一路信号；
[0031] 所述290MHz中心频率10MHz带宽带通滤波器，通过所述环形器和所述第一 30dB 功率放大器连接，用于对放大后的第一路信号进行滤波，获得290MHz中心频率10MHz带宽 的电磁波模拟信号；
[0032] 所述下变频器，通过所述环形器和所述290MHz中心频率10MHz带宽带通滤波器连 接，用于将所述290MHz中心频率10MHz带宽的电磁波模拟信号降频至15MHz中心频率6MHz 带宽的电磁波模拟信号；
[0033] 所述第二30dB功率放大器和所述无源功分器连接，用于放大所述第二路信号；
[0034] 25MHz中心频率4MHz带宽带通滤波器，通过所述环形器和所述第二30dB功率放大 器连接，用于对放大之后的第二路信号进行滤波，获得25MHz中心频率4MHz带宽的电磁波 信号；
[0035] 所述环形器用于单向隔离前后级信号。
[0036] 优选的，所述模数变换模块包含第一模数变换器，第二模数变换器和第三模数变 换器；
[0037] 其中，所述第一模数变换器通过所述环形器和所述雷电次声波接收装置连接，用 于将所述次声波模拟信号进行变换获得所述次声波数字信号，其中，所述次声波模拟信号 是通过和所述雷电次声波接收装置连接的环形器处理之后获得的；
[0038] 所述第二模数变换器连接所述下变频器，用于对15MHz中心频率6MHz带宽的电磁 波模拟信号进行变换，获得15MHz中心频率6MHz带宽的电磁波数字信号；
[0039] 所述第三模数变换器通过所述环形器连接25MHz中心频率4MHz带宽带通滤波器， 用于对所述25MHz中心频率4MHz带宽的电磁波模拟信号进行变换，获得25MHz中心频率 4MHz带宽的电磁波数字信号。
[0040] 优选的，所述数字信号处理模块包括：
[0041] 20Hz数字低通滤波器，峰值测量与过门限检测器，逻辑判断器，距离估计器，报警 信号产生器，系统时钟；
[0042] 其中，所述20Hz数字低通滤波器，连接所述第一模数变换器，用于将所述次声波 数字信号进行滤波，获得20Hz以下的次声波数字信号。
[0043] 所述峰值测量与过门限检测器有三个，分别用于提取所述20Hz以下的次声波数 字信号、所述15MHz中心频率6MHz带宽的电磁波数字信号、所述25MHz中心频率4MHz带宽 的电磁波数字信号各自的最大数值，并和各自设定的门限比较，若超过门限值即输出真，反 之输出为否，还用于分别存储所述20Hz以下的次声波数字信号的数值、所述15MHz中心频 率6MHz带宽的电磁波数字信号的数值、所述25MHz中心频率4MHz带宽的电磁波数字信号 的数值；
[0044] 所述逻辑判断器，与所述峰值测量与过门限检测器连接，用于按照设定的判决逻 辑最终判断雷电是否发生；
[0045] 所述系统时钟，用于统一控制所述数字信号处理模块的处理时序；
[0046] 所述距离估计器，用于估计所述雷电与所述通信基站的距离，并将所述雷电与所 述通信基站的距离传输给雷电距离显示屏显示；
[0047] 所述报警信号产生器分别和所述逻辑判断器和所述距离估计器连接，用于根据所 述雷电与所述通信基站的距离获知所述雷电对所述通信基站的威胁程度，且产生报警信 号，所述报警信号用于表征所述雷电的威胁程度。
[0048] 本发明提供了 一种通信基站，包括如上述技术方案所述的雷电告警设备。
[0049] 通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：
[0050] 本发明通过对雷电的电磁波信号和次声波信号综合处理及逻辑分析判断，准确对 雷电进行预警并预测雷电距离通信基站的实际距离，确定雷电对通信基站的威胁等级并发 出雷电声光告警信号，从而有效提醒警示监控人员（或中控设备）在雷电来临前主动切断 用电设备与供电线路，改变了通信基站传统的防雷方式，变被动泄放式防雷为主动防御式 防雷，大大降低通信基站用电设备遭雷击时的损坏率。该设备可满足于通信基站的防雷安 全需求，主动保护通信基站敏感的电子通信设备，有效提高通信基站雷电预测防护综合能 力，大幅降低通信企业运营维护成本。

【专利附图】

【附图说明】
[0051] 图1为本发明实施例中防雷告警设备的实施原理图；
[0052] 图2为本发明实施例雷电告警设备的模块构成图；
[0053] 图3为本发明实施例雷电告警设备具体的内部结构示意图；
[0054] 图4为本发明实施例盘锥天线的结构示意图；
[0055] 图5为本发明实施例雷电次声波接收装置的结构示意图；
[0056] 图6为本发明实施例雷电信号中心处理装置的模块示意图；
[0057] 图7为本发明实施例接口的具体示意图；
[0058] 图8为本发明实施例判决的流程图。
[0059] 附图标记说明：雷电距离显示屏a，背面板b，盘锥天线1，雷电次声波接收装置2， 雷电信号中心处理装置3,声光告警指示装置4,天线振子5,天线座6,天线杆7,同轴电缆 8,安装夹9,自由场声传感器10,前置放大器11，连接线12,模拟信号处理模块13,模数变换 模块14,数字信号处理模块15,电源模块16,接口模块17,风扇18和机箱19,雷电声信号输 入接口 20,雷电电磁信号输入接口 21，雷电告警信号输出接口 22,数字信号输出端①接口 23,数字信号输出端②接口 24,数字信号输出端③接口 25,直流电源接口 26,交流电源接口 27,接地接口 28,限幅器29,无源功分器30,第一 30dB功率放大器31，第二30dB功率放大器 32, 290MHz中心频率10MHz带宽带通滤波器33, 25MHz中心频率4MHz带宽带通滤波器34， 下变频器35,环形器36,第一模数变换器37,第二模数变换器38,第三模数变换器39, 20Hz 数字低通滤波器40,峰值测量与过门限检测器41，逻辑判断器42,距离估计器43,报警信号 产生器44,系统时钟45。

【具体实施方式】
[0060] 为了使本申请所属【技术领域】中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图， 通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。
[0061] 本发明的构造了一种防雷告警设备，包括：盘锥天线，雷电次声波接收装置，雷电 信号中心处理装置以及声光告警指示装置。通过加装在通信基站的盘锥天线和雷电次声 波接收装置，分别采集雷电刚形成时产生的电磁波信号和次声波信号（其中，电磁波信号 先经过雷电信号中心处理装置的无源功分器分离）。接着将这些雷电特有的信号转换传 送至雷电信号中心处理装置进行HF(High Frequency，高频）电磁信号、VHF(Ultra High Frequency，甚高频）电磁信号和次声波信号的处理与检测，经过联合逻辑分析判断雷电是 否发生以及估计雷电至通信基站的距离，确定并预报雷电对通信基站的威胁等级，发出声 光指示报警，警示监控人员（或中控设备）在雷电来临前主动切断用电设备与供电线路。 [0062] 为了更好地说明和解释本发明，本申请先根据上面的结构，简单描述下防雷告警 设备的实施原理，如图1所示。
[0063] S1，盘锥天线采集电磁波信号。
[0064] S2,雷电次声波接收装置采集次声波信号。
[0065] S3,电磁波信号经过功分器分离。分离之后，会获得HF电磁信号，VHF电磁信号。
[0066] S4, HF电磁信号的处理和检测。
[0067] S5, VHF电磁信号的处理和检测。
[0068] S6,次声波信号的处理和检测。
[0069] S7,逻辑判决雷电。
[0070] S8，估计雷电至通信基站的距离。
[0071] S9,声光指示告警。
[0072] 下面请参看具体的实施方式，对雷电告警设备的结构、安装方法、原理等做具体描 述。
[0073] 实施例一：
[0074] 本发明首先介绍雷电告警设备的具体结构。
[0075] 下面请参看图2-图3,图2是本发明实施例中的雷电告警设备的模块构成图。图 3是本发明实施例中的雷电告警设备具体的内部结构示意图。
[0076] 在具体的实施过程中，雷电告警设备具体包括：盘锥天线1，雷电次声波接收装置 2,雷电信号中心处理装置3以及声光告警指示装置4。
[0077] 其中，盘锥天线1，雷电次声波接收装置2,声光告警指示装置4三者分别连接于雷 电信号中心处理装置3。
[0078] 下面介绍本发明实施例中各个装置的具体作用。
[0079] 对于盘锥天线1 :
[0080] 盘锥天线1用于接收雷电产生的电磁波信号。
[0081] 具体来说，盘锥天线1的结构请参看图4。
[0082] 在图4中，盘锥天线1包括：天线振子5、天线座6、天线杆7、同轴电缆8以及安装 夹9。
[0083] 其中，天线杆7和天线座6通过安装夹9固定在一起，用于共同支撑并固定天线振 子5。
[0084] 天线振子5安装在天线杆7和天线座6上，用于采集电磁波信号。
[0085] 同轴电缆8的一端设置于天线座6内部且和天线振子5连接，同轴电缆8的另一 段连接雷电信号中心处理装置3。同轴电缆8具体用于传输电磁波信号。
[0086] 盘锥天线1的顶部呈圆盘型，由同轴线的心线馈电，下部呈圆锥型，接同轴线的外 导体，其特点是其具有超宽带接收特性，频带宽度为25MHz - 1500MHz。盘锥天线1可接收 不同频段的电磁波信号。在盘锥天线1的安装时，盘锥天线1可通过支架（木质、塑钢等绝 缘材料）安装在通信基站天线顶端，或直接将盘锥天线1的天线杆7固定在通信基站天线 10米范围内的地面上。
[0087] 对于雷电次声波接收装置2 :
[0088] 雷电次声波接收装置2,用于采集并放大雷电产生的次声波信号。
[0089] 具体来说，雷电次声波接收装置2的结构请参看图5。
[0090] 雷电次声波接收装置2包括：自由场声传感器10,前置放大器11和连接线12。
[0091] 其中，自由场声传感器10和前置放大器11螺接。自由场声传感器10用于采集次 声波信号。前置放大器11用于对次声波信号进行放大。连接线12连接雷电次声波接收装 置2和雷电信号中心处理装置3。
[0092] 进一步的，自由场声传感器10需选择高灵敏度的自由场声传感器10。连接线12 可选择七芯LEM0连接线。当然，在实际应用中，自由场声传感器10和连接线12的型号根 据实际情况而定，本发明不做限制。
[0093] 当雷电发生时，其最显著的特征之一是会产生低频次声波，其能量集中在 1. 3HZ-6HZ。而通常的环境干扰频率在20Hz以上，因此采集雷电次声波信号并以此作为判 决雷电发生的参量是合理以及有效的。
[0094] 高灵敏度自由场声传感器10的特点是其可探测的声波频带宽，频率响应范围在 2. 6Hz-18kHz，涵盖大部分雷电次声波频带，并能将次声波信号变为电信号。在采集到次声 波信号后，使用低通滤波器分离出次声波低频信号就能准确判决雷电发生。
[0095] 对于雷电信号中心处理装置3 :
[0096] 雷电信号中心处理装置3,分别和盘锥天线1、雷电次声波接收装置2连接。
[0097] 雷电信号中心处理装置3用于综合处理电磁波信号和次声波信号，以判断雷电是 否发生，并在雷电发生时估计雷电与通信基站的距离，并根据雷电与通信基站的距离获得 雷电对通信基站的威胁程度。
[0098] 具体来说，雷电信号中心处理装置3的模块示意图请参看图6。
[0099] 雷电信号中心处理装置3包括：模拟信号处理模块13,模数变换模块14,数字信号 处理模块15,电源模块16,接口模块17,风扇18和机箱19。
[0100] 模拟信号处理模块13,用于对电磁波信号和次声波信号进行处理后，获得电磁波 模拟信号和次声波模拟信号。
[0101] 模数变换模块14,和模拟信号处理模块13连接，用于对电磁波模拟信号和次声波 模拟信号分别进行数字采样，得到电磁波数字信号和次声波数字信号。
[0102] 数字信号处理模块15用于对电磁波数字信号和次声波数字信号进行综合处理， 判决是否有雷电的发生并估计雷电与通信基站的距离，并根据雷电与通信基站的距离获得 雷电对通信基站的威胁程度。
[0103] 电源模块16由外供电源、电池、控制电路组成，为雷电信号中心处理装置3内部各 模块供电。
[0104] 在具体的实施过程中，请结合图2-图3,对雷电信号中心处理装置3中的各个部件 进行具体的描述。
[0105] 首先介绍接口。接口模块17的具体示意图请参看图7。
[0106] 图7描述的是雷电信号中心处理装置3的外观图。
[0107] 在图7中，雷电距离显示屏a设置在机箱19的外面，接口大多设置在机箱19的背 面板b上。涉及的接口包括：雷电声信号输入接口 20,雷电电磁信号输入接口 21，雷电告警 信号输出接口 22,数字信号输出端①接口 23,数字信号输出端②接口 24,数字信号输出端 ③接口 25,直流电源接口 26,交流电源接口 27,接地接口 28。
[0108] 其次介绍模拟信号处理模块13。
[0109] 模拟信号处理模块13具体包括：限幅器29,无源功分器30,第一 30dB功率放大器 31和第二30dB功率放大器32, 290MHz中心频率10MHz带宽带通滤波器33, 25MHz中心频率 4MHz带宽带通滤波器34,下变频器35,环形器36。
[0110] 限幅器29和同轴电缆8连接，用于限制电磁波信号的幅度（能量），避免雷电信号 中心处理装置3饱和，并且保护雷电信号中心处理装置3中的各个器件。
[0111] 无源功分器30,和限幅器29连接，用于将电磁波信号分离为第一路信号和第二路 信号。无源功分器30具体为无源1:2功分器。
[0112] 第一 30dB功率放大器31和无源功分器30连接，用于放大第一路信号。
[0113] 290MHz中心频率10MHz带宽带通滤波器33,通过环形器36和第一 30dB功率放大 器31连接，用于对放大后的第一路信号进行滤波，获得290MHz中心频率10MHz带宽的电磁 波模拟信号。
[0114] 下变频器35,通过环形器36和290MHz中心频率10MHz带宽带通滤波器33连接， 用于将送290MHz中心频率10MHz带宽的电磁波模拟信号降频至15MHz中心频率6MHz带宽 的电磁波模拟信号，这样做的目的是为了减轻模数变换的采样负担。
[0115] 第二30dB功率放大器32和无源功分器30连接，用于放大第二路信号。
[0116] 25MHz中心频率4MHz带宽带通滤波器34,通过环形器36和第二30dB功率放大器 32连接，用于对放大之后的第二路信号进行滤波，获得25MHz中心频率4MHz带宽的电磁波 信号。
[0117] 环形器36在模拟信号处理模块13设置了 5个，具体用来单向隔离前后级信号。环 形器36是一种使电磁波单向环形传输的器件，它是一个多端口器件，其中信号的传输只能 沿单方向环行，反方向是隔离的。它起到前后级隔离的作用，防止后级器件反射的能量影响 前级器件的工作状态，或损害前级器件。
[0118] 另外，环形器36还用于处理次声波信号，以获得次声波模拟信号。
[0119] 再次，介绍模数变换模块14。
[0120] 模数变换模块14包含第一模数变换器37,第二模数变换器38和第三模数变换器 39 〇
[0121] 其中，第一模数变换器37通过环形器36和雷电次声波接收装置2连接，用于将次 声波模拟信号进行变换获得次声波数字信号。其中，所述次声波模拟信号是通过和所述雷 电次声波接收装置连接的环形器36处理之后获得的。
[0122] 第二模数变换器38连接下变频器35,用于对15MHz中心频率6MHz带宽的电磁波 模拟信号进行变换，获得15MHz中心频率6MHz带宽的电磁波数字信号。
[0123] 第三模数变换器39通过环形器36连接25MHz中心频率4MHz带宽带通滤波器34， 用于对25MHz中心频率4MHz带宽的电磁波模拟信号进行变换，获得25MHz中心频率4MHz 带宽的电磁波数字信号。
[0124] 下面介绍数字信号处理模块15。
[0125] 数字信号处理模块15可以使用MCU(Micro Control Unit,微控制单元）处理芯 片。
[0126] 具体的，数字信号处理模块15包括：20Hz数字低通滤波器40,峰值测量与过门限 检测器41，逻辑判断器42,距离估计器43,报警信号产生器44,系统时钟45。
[0127] 其中，20Hz数字低通滤波器40,连接第一模数变换器37,用于将次声波数字信号 进行滤波，获得20Hz以下的次声波数字信号。
[0128] 峰值测量与过门限检测器41有三个，分别用于提取20Hz以下的次声波数字信号 (0Hz-20Hz)、15MHz中心频率6MHz带宽的电磁波数字信号、25MHz中心频率4MHz带宽的电 磁波数字信号各自的最大数值，并和各自设定的门限比较，若超过门限值即输出真，反之输 出为否，还用于分别存储20Hz以下的次声波数字信号的数值、15MHz中心频率6MHz带宽的 电磁波数字信号的数值、25MHz中心频率4MHz带宽的电磁波数字信号的数值。
[0129] 逻辑判断器42,与三个峰值测量与过门限检测器41都连接，用于按照设定的判决 逻辑最终判断雷电是否发生。在具体的实施过程中，判决的方式如图8所示。
[0130] S801，15MHz电磁信号门限判决。
[0131] 若门限判决有，转入S802, 25MHz电磁信号门限判决。若无，转入S803, 25MHz电磁 信号门限判决。
[0132] 在S802中，若有，转入S804,0Hz-20Hz次声波信号判断。若无，转入S805,0Hz-20Hz 次声波门限判决。
[0133] 在S803中，若有，转入S805。若无，转入S806,输出信号代码00。
[0134] 在S804中，若有，转入S807,输出信号代码11。若无，转入S808,输出信号代码10。
[0135] 在S805中，若有，转入S808,输出信号代码01。若无，转入S806。
[0136] 在图8中，两个25MHz电磁信号门限判决的步骤相同，两个0Hz-20Hz次声波信号 门限判决的步骤也相同。是在判决逻辑链路进行的必要过程。
[0137] 当雷达发生时，在两路电磁信号（15MHz和25MHz)中至少出现一种才能估计雷电 发生的距离，因此需要25MHz或15MHz的信号作为做全假设判决（即是和否的判决），因此 会出现两个25MHz电磁信号门限判决的步骤。对于0Hz-20Hz的次声波信号的门限判决也 是一样。
[0138] 系统时钟45,用于统一控制数字信号处理模块15中各个器件的时序。
[0139] 距离估计器43,用于估计雷电与通信基站的距离，并将雷电与通信基站的距离传 输给雷电距离显示屏a显示。
[0140] 在具体的实施过程中：
[0141] 当判决逻辑输出代码为"11"时，距离估计方法为：距离=次声波传播速 度X (20Hz次声波信号峰值出现时间-25MHz中心频率电磁信号峰值出现时间）；
[0142] 当判决逻辑输出代码为"01"时，距离估计方法为：距离=次声波传播速 度X (20Hz次声波信号峰值出现时间-15MHz中心频率电磁信号峰值出现时间），其中次声 波传播速度为340m/s。
[0143] 当判决逻辑输出代码为"10"时，表示存在雷电，但距离超出距离估计量程（雷电 最大可预警距离18Km)，此时并在机箱19前面板的雷电距离显示屏a显示888. 8。
[0144] 当判决逻辑输出代码为"00"时，表示无雷电，面板的雷电距离显示屏a无显示。
[0145] 报警信号产生器44分别和逻辑判断器42和距离估计器43连接，用于根据雷电与 通信基站的距离获知雷电对通信基站的威胁程度，且产生报警信号，报警信号用于表征雷 电的威胁程度。
[0146] 下面介绍声光告警指示装置4。
[0147] 声光告警指示装置4,用于根据雷电对通信基站的威胁程度发出对应的声音报警 信号和对应的光警报信号。
[0148] 具体的，雷电声光告警指示装置4在接收到从报警信号产生器44处发过来的报警 信号之后，发出声、光二种警报信号。光信号含红、黄、绿三种，分别代表危险、临近、安全。声 光告警指示装置4由告警器与连接线组成。
[0149] 下面介绍防雷告警设备的安装方法（结合通信基站进行说明）。
[0150] 1、盘锥天线1安装。将轻质铝制天线振子5依次旋转入天线座6接口中。然后利 用高强度镀锌安装夹9,将天线固定至天线杆7,再将同轴电缆8 -端连接到天线座6下端 接口上。将盘锥天线1固定于通信基站天线顶端。
[0151] 2、雷电次声波接收装置2安装。将自由场声传感器10连接在前置放大器11上， 再将前置放大器11与7芯LEM0线连接，雷电次声波接收装置2置于基站机房室内。
[0152] 3、雷电信号中心处理装置3安装。中心处理装置电源供电交流220V、50HZ，直流电 池+12V，直流外接+12V。将机箱19背面板b接地端口接地，7芯LEM0线一端与雷电声信号 输入接口 20连接，盘锥天线1的同轴电缆8与雷电电磁信号输入接口 21相连。
[0153] 4、声光告警指示装置4安装。声光告警指示装置4通过连接线12和背面板b的 雷电告警信号输出接口 22相连。
[0154] 5、完成各部件安装连接后，雷电信号中心处理装置3前面板复位按键的背光灯 亮，声光告警指示装置4告警灯显示绿色。
[0155] 6、当通信基站无雷电威胁时，面板的雷电距离显示屏a无显示。声光告警指示装 置4告警灯显示绿色，提醒通信基站的雷电威胁等级处在"安全"状态，无需后续处理。
[0156] 7、当雷电距离超出距离估计量程，机箱19前面板的雷电距离显示屏a显示888. 8。 声光告警指示装置4告警灯显示绿色。提醒通信基站的雷电威胁等级处在"安全"状态，无 需后续处理。
[0157] 8、当通信基站有雷电威胁时，面板的雷电距离显示屏a显示出雷电的具体"临近" 距离。声光告警指示装置4告警灯显示黄色，提醒通信基站的雷电威胁等级处在"临近"状 态，需提高警惕但暂无需后续处理。
[0158] 9、当通信基站有雷电威胁时，面板的雷电距离显示屏a显示出雷电的具体"危险" 距离。声光告警指示装置4告警灯显示红色，提醒通信基站的雷电威胁等级处在"危险"状 态，立即采取通信设备断开电源等后续处理。
[0159] 雷电告警系统具体工作原理：
[0160] 雷电告警器开机工作状态期间，空中的电磁波信号会被盘锥天线1接收到，并经 过同轴电缆8送入雷电信号中心处理装置3。
[0161] 电磁波信号经过雷电信号中心处理装置3的功分器分离为两路信号。
[0162] 被分离的其中一路信号经过30dB功率放大器，功率得到放大。然后经过290MHz 中心频率10MHz带宽带通滤波器33进行滤波得到中心频率为290MHz的信号，再经过下变 频器35变为15MHz，随后经数字采样得到15MHz的数字信号送入峰值测量与过门限检测。
[0163] 另一路经过30dB功率放大器，功率得到放大。然后经过25MHz中心频率4MHz带 宽带通滤波器34进行滤波得到中心频率为25MHz的信号，随后经数字采样得到25MHz的数 字信号送入峰值测量与过门限检测。
[0164] 雷电产生的自由空间中的声信号会被自由场声传感器10侦测到，并经过前置放 大后以电信号形式通过7芯LEM0线送至雷电信号中心处理装置3。
[0165] 随后经数字采样得数字信号，再经过数字低通滤波器滤除20Hz以上频率分量的 其它声信号，保留20Hz以下的次声波成分。
[0166] 当雷电发生时会产生时间短促的高能电磁辐射和次声波。此时告警器中的三路信 号的能量可能会高于没有发生雷电时的能量，峰值将超过预设门限，实现雷电的判决，并根 据雷电电磁信号峰值与次声波信号峰值间的时间差估计雷电到此的距离。
[0167] 当存在环境干扰时，告警器中的三路信号的能量可能会出现一定的波动，但极少 有干扰源能同时辐射大带宽电磁信号又能产生低频次声波信号，因此采用多雷电效应联合 处理的雷电告警器出现虚警或误报的情况很少。
[0168] 实施例二：
[0169] 本发明实施例公开了一种通信基站，包括上述实施例描述的雷电告警设备。
[0170] 通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：
[0171] 本发明通过对雷电的电磁波信号和次声波信号综合处理及逻辑分析判断，准确对 雷电进行预警并预测雷电距离通信基站的实际距离，确定雷电对通信基站的威胁等级并发 出雷电声光告警信号，从而有效提醒警示监控人员（或中控设备）在雷电来临前主动切断 用电设备与供电线路，改变了通信基站传统的防雷方式，变被动泄放式防雷为主动防御式 防雷，大大降低通信基站用电设备遭雷击时的损坏率。该设备可满足于通信基站的防雷安 全需求，主动保护通信基站敏感的电子通信设备，有效提高通信基站雷电预测防护综合能 力，大幅降低通信企业运营维护成本。
[0172] 尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本 创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包 括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
[0173] 显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精 神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围 之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1. 一种雷电告警设备，设置在通信基站上，其特征在于，包括： 盘锥天线，用于接收雷电产生的电磁波信号； 雷电次声波接收装置，用于采集并放大雷电产生的次声波信号； 雷电信号中心处理装置，分别和所述盘锥天线、所述雷电次声波接收装置连接，用于综 合处理所述电磁波信号和所述次声波信号，以判断雷电是否发生，并在雷电发生时估计所 述雷电与所述通信基站的距离，并根据所述雷电与所述通信基站的距离获得所述雷电对所 述通信基站的威胁程度； 声光告警指示装置，用于根据所述雷电对所述通信基站的威胁程度发出对应的声音报 警信号和对应的光警报信号。
2. 如权利要求1所述的雷电告警设备，其特征在于，所述盘锥天线的频带宽度为 25MHz-1500MHz 〇
3. 如权利要求1或2所述的雷电告警设备，其特征在于，所述盘锥天线包括：天线振 子、天线座、天线杆、同轴电缆以及安装夹； 其中，所述天线杆和所述天线座通过所述安装夹固定在一起，用于共同支撑并固定所 述天线振子； 所述天线振子，安装在所述天线杆和所述天线座上用于采集所述电磁波信号； 所述同轴电缆的一端设置于所述天线座内部且和所述天线振子连接，用于传输所述电 磁波信号。
4. 如权利要求1所述的雷电告警设备，其特征在于，所述雷电次声波接收装置包括：自 由场声传感器，前置放大器和连接线； 其中，所述自由场声传感器和所述前置放大器螺接； 所述自由场声传感器用于采集所述次声波信号； 所述前置放大器，用于对所述次声波信号进行放大； 所述连接线，连接所述雷电次声波接收装置和雷电信号中心处理装置。
5. 如权利要求1所述的雷电告警设备，其特征在于，所述雷电信号中心处理装置包括： 模拟信号处理模块，模数变换模块，数字信号处理模块，电源，接口模块，风扇和机箱； 所述模拟信号处理模块，用于对所述电磁波信号和所述次声波信号进行处理后，获得 电磁波模拟信号和次声波模拟信号； 所述模数变换模块，和所述模拟信号处理模块连接，用于对所述电磁波模拟信号和所 述次声波模拟信号分别进行数字采样，得到电磁波数字信号和次声波数字信号； 所述数字信号处理模块，用于对所述电磁波数字信号和所述次声波数字信号进行综合 处理，判决是否有雷电的发生，并估计所述雷电与所述通信基站的距离，并根据所述雷电与 所述通信基站的距离获得所述雷电对所述通信基站的威胁程度。
6. 如权利要求5所述的雷电告警设备，其特征在于，所述接口模块包括：雷电声信号输 入接口，雷电电磁信号输入接口，雷电告警信号输出接口，数字信号输出端接口，直流电源 接口，交流电源接口，接地接口。
7. 如权利要求5所述的雷电告警设备，其特征在于，所述模拟信号处理模块包括： 限幅器，无源功分器，第一 30dB功率放大器，第二30dB功率放大器，290MHz中心频率 10MHz带宽带通滤波器，25MHz中心频率4MHz带宽带通滤波器，下变频器，环形器； 其中，所述限幅器和所述同轴电缆连接，用于限制所述电磁波信号的幅度，避免所述雷 电信号中心处理装置饱和，并且保护所述雷电信号中心处理装置中的各个器件； 所述无源功分器，和所述限幅器连接，用于将所述电磁波信号分离为第一路信号和第 二路号； 所述第一 30dB功率放大器和所述无源功分器连接，用于放大所述第一路信号； 所述290MHz中心频率10MHz带宽带通滤波器，通过所述环形器和所述第一 30dB功率 放大器连接，用于对放大后的第一路信号进行滤波，获得290MHz中心频率10MHz带宽的电 磁波模拟信号； 所述下变频器，通过所述环形器和所述290MHz中心频率10MHz带宽带通滤波器连接， 用于将所述290MHz中心频率10MHz带宽的电磁波模拟信号降频至15MHz中心频率6MHz带 宽的电磁波模拟信号； 所述第二30dB功率放大器和所述无源功分器连接，用于放大所述第二路信号； 25MHz中心频率4MHz带宽带通滤波器，通过所述环形器和所述第二30dB功率放大器 连接，用于对放大之后的第二路信号进行滤波，获得25MHz中心频率4MHz带宽的电磁波信 号； 所述环形器用于单向隔离前后级信号。
8. 如权利要求7所述的雷电告警设备，其特征在于，所述模数变换模块包含第一模数 变换器，第二模数变换器和第三模数变换器； 其中，所述第一模数变换器通过所述环形器和所述雷电次声波接收装置连接，用于将 所述次声波模拟信号进行变换获得所述次声波数字信号，其中，所述次声波模拟信号是通 过和所述雷电次声波接收装置连接的环形器处理之后获得的； 所述第二模数变换器连接所述下变频器，用于对15MHz中心频率6MHz带宽的电磁波模 拟信号进行变换，获得15MHz中心频率6MHz带宽的电磁波数字信号； 所述第三模数变换器通过所述环形器连接25MHz中心频率4MHz带宽带通滤波器，用于 对所述25MHz中心频率4MHz带宽的电磁波模拟信号进行变换，获得25MHz中心频率4MHz 带宽的电磁波数字信号。
9. 如权利要求8所述的雷电告警设备，其特征在于，所述数字信号处理模块包括： 20Hz数字低通滤波器，峰值测量与过门限检测器，逻辑判断器，距离估计器，报警信号 产生器，系统时钟； 其中，所述20Hz数字低通滤波器，连接所述第一模数变换器，用于将所述次声波数字 信号进行滤波，获得20Hz以下的次声波数字信号； 所述峰值测量与过门限检测器有三个，分别用于提取所述20Hz以下的次声波数字信 号、所述15MHz中心频率6MHz带宽的电磁波数字信号、所述25MHz中心频率4MHz带宽的 电磁波数字信号各自的最大数值，并和各自设定的门限比较，若超过门限值即输出真，反之 输出为否，还用于分别存储所述20Hz以下的次声波数字信号的数值、所述15MHz中心频率 6MHz带宽的电磁波数字信号的数值、所述25MHz中心频率4MHz带宽的电磁波数字信号的数 值； 所述逻辑判断器，与所述峰值测量与过门限检测器连接，用于按照设定的判决逻辑最 终判断雷电是否发生； 所述系统时钟，用于统一控制所述数字信号处理模块的处理时序； 所述距离估计器，用于估计所述雷电与所述通信基站的距离，并将所述雷电与所述通 信基站的距离传输给雷电距离显示屏显示； 所述报警信号产生器分别和所述逻辑判断器和所述距离估计器连接，用于根据所述雷 电与所述通信基站的距离获知所述雷电对所述通信基站的威胁程度，且产生报警信号，所 述报警信号用于表征所述雷电的威胁程度。
10. -种通信基站，其特征在于，包括如权利要求1-9任意权项所述的雷电告警设备。
【文档编号】G01B17/00GK104124993SQ201410367775
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】陈倩倩, 宋世炜, 方园 申请人:武汉钢铁(集团)公司