一种本地及远程探测相结合的一体式雷电预警组合探头及其探测方法与流程

本发明涉及雷电预警技术领域，尤其涉及一种本地及远程探测相结合的一体式雷电预警组合探头及其探测方法。

技术背景

雷电灾害被联合国列为“最严重的十种自然灾害之一”，可引起森林和油库火灾，造成供电、通讯信息系统故障或损坏，严重威胁着人类生命及财产安全，特别是近几十年以来，现代建筑修得越来越高，钢材及金属的普遍使用，使建筑物遭受雷击的概率加大。由于雷击危害巨大、成灾迅速，且雷电发生的时间和空间具有很大的随机性，从而给其研究、预报和防治带来了极大的困难。

现有的雷电预警技术主要由以下三种方式实现：

1)通过对大气电离现象或科罗娜效应进行探测。

2)通过射频探测。

3)通过静电场探测。

这三种方式的基本原理描述如下：

1)通过对大气电离现象或科罗娜效应进行探测：

此种探测方式测量由雷电活动引起的电场变化所产生的电流，特别是在雷闪前产生的畸变。此种测量方式的缺点在于仅对电场的畸变进行探测，因此对于雷电的提前预知时间几乎为零。因此这种方式仅能探测到已经发生的雷电活动

2)通过射频探测：

射频探测方式探测雷电活动在大气中产生的电磁场的变化。这种探测方式对于探测远距离正在进行的雷电活动非常有效。同样，此种探测方式并不能在雷电形成前得到任何有用的信息，对于探测器上方形成的雷电的提前预知时间几乎为零。

3)通过静电场探测：

此种探测方式探测大气中的静电场。当雷电靠近或在探测器上方形成时，带电云层会引起探测器附近的大气电场的上升。通过实时探测大气电场值，可以提前预知探测器上方产生的雷电活动。此种探测方式的缺点为探测的范围小于前两种方式，对远处活动的雷电云的运动趋势无法提前预知。

技术实现要素：

针对上述现有技术的缺陷，本发明的主要目的在于用单一的探头结合不同的探测方式，对远处正在活动的雷电所产生的电磁场畸变以及本地即将产生的雷电所引起的电场上升进行综合探测，从而实现远近程雷电综合预警的特点。

一种本地及远程探测相结合的一体式雷电预警组合探头，包括壳体、底盘、固定螺栓、支撑杆以及组合探头。

所述的壳体为半圆柱体结构，具有稳固和保护内部零部件的功能。所述的底盘用于探头密封，及承载内部元器件。所述的固定螺栓用于将所述的组合探头固定于支撑杆上。

所述的组合探头内置传感控制模块，所述的传感控制模块包括静电场探测MEMS模块、静电场探测AD模块、电磁场探测模块、电磁场AD模块、单片机、POE转换接口、电源及连接端子。其中，所述的静电场探测MEMS模块和电磁场探测模块通过各自相连的AD模块分别进行AD数模转换后与单片机连接，所述的单片机再通过UART接口与POE转换接口连接；所述的POE转换接口一端与电源连接，所述的电源与静电场探测MEMS模块及电磁场探测模块相连，用于5v供电。所述的POE转换接口另一端通过接线端子与外部进行连接。

所述的静电场探测MEMS模块和电磁场探测模块分别用于采集大气电场数值和电磁场畸变数据，然后由单片机进行数据转换及整合，再通过POE转换模块输出雷电活动的本地和远程综合信息。

如上所述的组合探头实现的综合探测方法如下：

1)大气静电场探测模块工作，通过单片机输出大气电场数据。

2)电磁场探测模块工作，输出远程雷电活动范围数据。

3)以上数据通过单片机整合输出至POE转换接口。

4)数据通过POE转换接口输出至探头外部。

5)POE模块同时对大气静电场传感器及电磁场传感器供电。

本发明的大气静电场探测模块采用微型电机MEMS芯片，可在完全封闭的壳体中探测外部的大气电场数值，探测精度至少为20V/m，量程至少为±50000V/m。电磁场探测模块采用电磁场探测芯片，通过对雷电产生的畸变电磁场探测，输出远程雷电的活动范围，最大探测直径为80km。

本发明可以有效的提高雷电预警探头的探测能力，将传统的单一的本地探测和远程探测结合在一起。与现有技术相比，本发明中的本地和远程探测相结合的一体式雷电预警探头结构简单，探测方式全面，输出的雷电活动信息完整，同时实现了预警的提前性和大范围探测的能力，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明一体式探头的外部结构示意图。

图2为本发明一体式探头的内部结构拓扑图。

附图标记说明：

1-壳体 2-底盘 3-固定螺栓 4-支撑杆

5-静电场探测模块 6-电磁场探测模块 7-AD模块 8-AD模块

9-单片机 10-POE转换模块 11-电源 12-接线端子

A-组合探头

实施方式

实施例1

一种本地及远程探测相结合的一体式雷电预警组合探头，其外部结构如图1所示，包括壳体1、底盘2、固定螺栓3及支撑杆4。所述的壳体1为半圆柱体结构，具有稳固和保护内部零部件的功能。所述的组合探头内置传感控制模块，其内部结构拓扑图如图2所示，包括静电场探测模块5、电磁场探测模块6、静电场探测AD模块7、电磁场探测AD模块8、单片机9、POE转换模块10及电源模块11。所述的静电场探测MEMS模块5和电磁场探测模块6分别采集大气电场数值和电磁场畸变数据，通过静电场探测AD模块7、电磁场探测AD模块8进行数模转换后，由单片机9进行数据转换及整合，通过POE转换模块10输出雷电活动的本地和远程综合信息。