远程雷电频率监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种远程雷电频率监测系统，包括设置在多个雷电监控点的雷电频率计数器及与雷电频率计数器电连接的无线网络适配器，设置在雷电监控管理中心的雷电监控主机及与雷电监控主机网络连接的具有无线网络功能的网络交换机，多个雷电监控点的无线网络适配器均与雷电监控管理中心的网络交换机无线网络连接。本实用新型能对多个地点的雷电频率进行实时监测。
【专利说明】
远程雷电频率监测系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及电变量设备技术领域，具体涉及一种远程雷电频率监测系统。
【背景技术】
[0002]雷电灾害，具有损害程度大，危害严重等特点，是自然界中的十大灾害之一。为了有效降低雷电对航空、通讯、电力、建筑、国防等部门的影响，就需要对特定区域的雷电发生情况进行监测。通过雷电监测，根据监测结果进行相应的雷电防护措施，从而有效降低雷电带来的危害。
[0003]雷电发生频率，是用于研究雷电的重要参数，某一地区的雷电发生频率，是指该地区在一定时期内雷电发生的次数。通过雷电发生频率的统计，可以为该地区的相应防雷部门提供雷电防护相关资料，以便设计出相适应的防雷设备，及有针对性、优化的防雷设备安装安装技术方案。
[0004]现有的雷电发生频率统计方案，最原始的方法是采用单个地点进行人工观测，人工记录的方式;人工方式进行雷电发生频率统计，受限于人力资源的布置，随意性较大，记录数据准确性较差。现有的雷电发生频率统计方案，还采用单个地点机电结合方式进行计数，该方案机械部分的制造成本较高，且受到外界环境的影响，容易出现故障，使用寿命较低;现有的雷电发生频率统计方案，还单个地点采用电子计数的方式，但该方案的电路结构较为复杂，电路结构防浪涌能力较差，从而严重影响到雷电频率电子计数器的使用寿命。
[0005]对于布局比较广泛的电信和电力系统来说，单个地点监测雷电发生频率实用性受到很大限制，需要建立专门的雷电监测管理中心，对多个区域的多个点进行实时雷电频率监测。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能对多个地点的雷电频率进行实时监测的远程雷电频率监测系统，从而进一步增强雷电频率监测质量和监测效率。
[0007]本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是:
[0008]远程雷电频率监测系统，包括设置在多个雷电监控点的雷电频率计数器及与雷电频率计数器电连接的无线网络适配器，设置在雷电监控管理中心的雷电监控主机及与雷电监控主机网络连接的具有无线网络功能的网络交换机，多个雷电监控点的无线网络适配器均与雷电监控管理中心的网络交换机无线网络连接;雷电频率计数器，包括罗氏线圈L1、第一电阻R1、第二电阻R2、光电耦合器，罗氏线圈LI套设在雷电泄放导线上，罗氏线圈L1、第一电阻R1、第二电阻R2、光电耦合器顺次串接构成电流回路，第一电阻Rl串接罗氏线圈LI的电流输出端，光电耦合器串接罗氏线圈LI的电流输入端;雷电频率计数器，还包括与第二电阻R2并联连接的电容器Cl，与光电耦合器的电信号输出端电连接的单片机微控制器，与单片机微控制器的显示信号输出端电连接的多位LED数码管，及与单片机微控制器电连接的晶振电路和复位电路;光电耦合器包括发光二极管D3、受光器，发光二极D3的正极电连接第二电阻R2，发光二极D3的负极电连接罗氏线圈LI的电流输入端，受光器的电信号输出端电连接单片机微控制器的电信号输入端。
[0009]进一步，雷电频率计数器，还包括两个反相串接的瞬态二极管，两个瞬态二极管的正极分别电连接罗氏线圈的电流输出端、电流输入端。
[00? O]进一步，受光器为光电二极管、光敏三极管、光敏电阻、光电晶闸管中的一种。
[0011]进一步，无线网络适配器为GSM无线网卡、WCDMA无线网卡、CDMA无线网卡、TD-SCDMA无线网卡中的任意一种。
[0012]本实用新型的远程雷电频率监测系统适用于航空、通讯、电力、国防等部门的雷电监测，及防护。
[0013]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0014]1、本实用新型的远程雷电频率监测系统，由于采用具有电路结构简单、抗环境干扰能力强、使用寿命长、雷电频率计数精准的雷电频率计数器来实时采集各雷电监控点的雷电频率计数信息，从而提高远程雷电频率监测系统工作的可靠性和稳定性；由于采用无线网络适配器及具有无线网络功能的网络交换机，搭建无线通信链路，从而在雷电监控管理中心可以对多个雷电监控点的雷电情况进行实时监控；由于采用雷电监控主机来实时统计分析多个雷电监控点的雷电频率计数信息，从而提高多个雷电监控点雷电监控的有效性，以此为依据，及时根据雷电频率计数信息，优化各雷电监控点的雷电防护措施。
[0015]本实用新型的各组件，在技术上相互关联，在功能上相互配合，协同使用，从整体上获得在雷电监控管理中心就能实时了解各个区域的雷电频率计数信息，并以雷电频率计数信息为依据优化各雷电监控点的雷电防护措施;从而进一步增强雷电频率监测质量和监测效率。
[0016]2、本实用新型的远程雷电频率监测系统，由于通过优化雷电频率计数器的防浪涌能力，从而提高远程雷电频率监测系统的工作可靠性和使用寿命；由于通过采用成熟且规模生产的光电耦合器，从而进一步降低雷电频率计数器的制造和维护成本，也相应进一步降低远程雷电频率监测系统的搭建成本和维护成本；由于通过选择优化的无线网络适配器，提高无线网络连接能力，从而进一步提高远程雷电频率监测系统的运行效率和运行稳定性。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的远程雷电频率监测系统的结构框图。
[0018]图2为本实用新型的雷电频率计数器组件的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0020]如图1、图2所示，本实用新型的远程雷电频率监测系统，包括设置在多个雷电监控点的雷电频率计数器及与雷电频率计数器电连接的无线网络适配器，设置在雷电监控管理中心的雷电监控主机及与雷电监控主机网络连接的具有无线网络功能的网络交换机，多个雷电监控点的无线网络适配器均与雷电监控管理中心的网络交换机无线网络连接;雷电频率计数器，包括罗氏线圈L1、第一电阻R1、第二电阻R2、光电耦合器，罗氏线圈LI套设在雷电泄放导线上，罗氏线圈L1、第一电阻R1、第二电阻R2、光电耦合器顺次串接构成电流回路，第一电阻Rl串接罗氏线圈LI的电流输出端，光电耦合器串接罗氏线圈LI的电流输入端;雷电频率计数器，还包括与第二电阻R2并联连接的电容器Cl，与光电耦合器的电信号输出端电连接的单片机微控制器，与单片机微控制器的显示信号输出端电连接的多位LED数码管，及与单片机微控制器电连接的晶振电路和复位电路;光电耦合器包括发光二极管D3、受光器，发光二极D3的正极电连接第二电阻R2，发光二极D3的负极电连接罗氏线圈LI的电流输入端，受光器的电信号输出端电连接单片机微控制器的电信号输入端。
[0021]如图1所示，本实用新型的远程雷电频率监测系统的设计思路为:
[0022]通过设置在雷电监控点的雷电频率计数器实时采集雷电监控点的雷电频率计数信息，通过无线网络适配器及具有无线网络功能的网络交换机构成的无线通信链路，将雷电频率计数信息实时传递给雷电监控管理中心的雷电监控主机，通过雷电监控主机实时统计分析各雷电监控点的雷电频率，并将雷电监控主机的统计分析信息通过显示设备显示出来。
[0023]如图2所示，同时参照图1所示，当某一雷电监控点发生雷电时，雷电从雷电泄放导线泄放时，套设在雷电泄放导线上的罗氏线圈LI产生并输出脉冲感应电流，罗氏线圈LI输出的脉冲感应电流流经第一电阻Rl后，脉冲感应电流的电压和电流降低到发光二极D3的工作电压范围内，脉冲感应电流流经第二电阻R2与电容器Cl并联的积分电路时，通过对电容器Cl充电，及电容器Cl放电，对矩形脉冲感应电流进行波形变换成抛物线形电流，从而延长后续电流通过光电耦合器的时间长度，当电流流过光电耦合器的发光二极管D3时，发光二极管D3将电能转换成光能，光电耦合器的受光器接收到发光二极管D3发出的光后，产生脉冲电流，并将该脉冲电流传递给单片机微控制器，单片机微控制器在与其相连的晶振电路、复位电路的联合作用下，对输入的脉冲电流进行处理，得出罗氏线圈LI产生过的感应电流的次数，并将该次数传递给多位LED数码管，多位LED数码管显示雷电频率计数;同时单片机微控制器将该雷电监控点的雷电频率计数信息传递给雷电监控主机。
[0024]上述雷电监控主机，用于实时统计分析各雷电监控点的雷电频率，并将统计分析信息传输给显示设备，如显示器。雷电监控主机可以是PC服务器，也可以PC工作站，还可以是普通的计算机设备。其上具有现有的雷电频率统计分析软件。
[0025]上述无线网络适配器及具有无线网络功能的网络交换机，用于搭建无线通信链路。其中无线网络适配器可以是GSM无线网卡、WCDMA无线网卡、CDMA无线网卡、TD-SCDMA无线网卡中的任意一种;也可以是其他的无线网络适配器，如蓝牙通信模块、2.4G通信模块。
[0026]上述雷电频率计数器，用于实时采集雷电监控点的雷电频率计数信息。其中，
[0027]上述罗氏线圈LI，为Rogowski线圈，也即洛氏线圈，其是电流测量线圈、微分电流传感器，是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈。其具有测量范围宽、精度高、稳定可靠、响应频带宽，可实时测量、响应速度快、不会饱和、几乎没有相位误差的特点，其被广泛用于继电保护，可控硅整流，变频调速，电阻焊等信号严重畸变的场合。
[0028]上述第一电阻Rl，用于对罗氏线圈LI输出的脉冲电流进行调压、限流，其可以是常规电阻，也可以是可调电阻。
[0029]上述第二电阻R2和电容器Cl并联组合起来，构成积分电路，用于对罗氏线圈LI输出的脉冲电流进行波形变换整形，延长后续该电流通过光电耦合器的时间长度。第二电阻R2，可以是常规电阻，也可以是可调电阻，电容器Cl为用于积分电路的常规电容器。
[0030]上述光电耦合器，为以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件，其发光二极管D3，受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光二极管D3的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端。光电親合器对输入、输出电信号有良好的隔离作用，电信号传输具有单向性，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力，其被广泛应用于各种电路。光电耦合器类型具有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。
[0031]上述单片机微控制器，为具有储存、计算功能的单片机微控制器，单片机微控制器可以具有网络连接电路，也可以没有网络连接电路。
[0032]上述晶振电路和复位电路，为与单片机微控制器相匹配的晶振电路和复位电路。
[0033]上述多位LED数码管，由多个单位LED数码管构成，单位LED数码管为由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，其用于显示单片机微控制器输出的数字。
[0034]如图2所示，本实用新型的远程雷电频率监测系统设计和制造时，本领域的技术人员，根据各雷电监控点的雷电特点，及雷电泄放导线的规格尺寸，确定该雷电监控点的雷电频率计数器的罗氏线圈L1、单片机微控制器、多位LED数码管的规格尺寸;根据罗氏线圈LI的输出电流的规格尺寸，确定第一电阻R、第二电阻R2、电容器Cl、光电親合器的规格尺寸；根据单片机微控制器的规格尺寸，确定晶振电路和复位电路的规格尺寸。本领域的技术人员，将罗氏线圈LI套设在雷电泄放导线上，将罗氏线圈LI的电流输出端串接第一电阻R1，第二电阻R2串接第一电阻Rl，光电耦合器的发光二极D3串接第二电阻R2，罗氏线圈LI的电流输入端串接光电耦合器的发光二极D3，将电容器Cl并联第二电阻R2;将晶振电路和复位电路对应电连接单片机微控制器，将单片机微控制器对应电连接光电耦合器的受光器及多位LED数码管。从而制成该雷电监控点的雷电频率计数器。
[0035]如图1所示，本领域的技术人员，根据各雷电监控点的无线网络覆盖情况，确定各雷电监控点的无线网络适配器的规格尺寸，根据雷电监控点数量确定雷电监控管理中心网络交换机及雷电监控主机的规格尺寸。根据雷电频率统计分析任务量及所要达到的功能，确定雷电监控主机上的雷电频率统计分析软件类型。
[0036]如图1所示，本领域的技术人员，将各雷电监控点的雷电频率计数器电连接的无线网络适配器，将雷电监控主机网络连接网络交换机，通过雷电监控主机对网络交换机和各无线网络适配器进行无线网络配置，如IP配置，在各雷电监控点与雷电监控管理中心之间建立无线通信链路，对雷电频率统计分析软件进行相应的配置。通过上述步骤，可以制成本实用新型的远程雷电频率监测系统。
[0037]以上是本实用新型的远程雷电频率监测系统的实施过程。从上述实施过程可以看出，由于采用具有电路结构简单、抗环境干扰能力强、使用寿命长、雷电频率计数精准的雷电频率计数器来实时采集各雷电监控点的雷电频率计数信息，从而提高远程雷电频率监测系统工作的可靠性和稳定性；由于采用无线网络适配器及具有无线网络功能的网络交换机，搭建无线通信链路，从而在雷电监控管理中心可以对多个雷电监控点的雷电情况进行实时监控；由于采用雷电监控主机来实时统计分析多个雷电监控点的雷电频率计数信息，从而提高多个雷电监控点雷电监控的有效性，以此为依据，及时根据雷电频率计数信息，优化各雷电监控点的雷电防护措施。
[0038]本实用新型的各组件，在技术上相互关联，在功能上相互配合，协同使用，从整体上获得在雷电监控管理中心就能实时了解各个区域的雷电频率计数信息，并以雷电频率计数信息为依据优化各雷电监控点的雷电防护措施;从而进一步增强雷电频率监测质量和监测效率。
[0039]为了提高对与罗氏线圈LI连接的电路的防浪涌能力，本实用新型在基础实施方式的基础上作进一步改进，如图2所示，本实用新型的第一优选实施方式为，雷电频率计数器，还包括两个反相串接的瞬态二极管，两个瞬态二极管的正极分别电连接罗氏线圈的电流输出端、电流输入端。
[0040]如图2所示，本第一优选实施方式的远程雷电频率监测系统，其雷电频率计数器，设计和制造时，本领域的技术人员，根据雷电监控点的雷电特点，罗氏线圈LI输出电流的情况确定两个瞬态二极管的规格尺寸;将两个瞬态二极管反相串接，并将两个瞬态二极管的正极分别电连接罗氏线圈的电流输出端、电流输入端，从而制成本第一优选实施方式的远程雷电频率监测系统的雷电频率计数器。
[0041 ]上述瞬态二极管，相对于稳压二极管，具有较大的PN结面积，可耗散的功率较大，允许最大的反向电流可达几安到几十安，其能吸收瞬时高血压脉冲所造成的瞬间大电流。一般稳压二极管的耗散功率为0.5?1W，而瞬态二极管的耗散功率通常为300?1500W，甚至可以高达1KW以上。如一种反向击穿电压为6.4?7.3V，耗散功率为500W的瞬态二极管，其能承受的最大脉冲电流为52?54A。
[0042]本第一优选实施方式的远程雷电频率监测系统，投入使用时，雷电频率计数器的罗氏线圈LI输出电压正常时，瞬态二极管不工作。当罗氏线圈LI输出瞬间高压脉冲时，瞬态二极管吸收了瞬间大电流，将流入第一电阻Rl的电压钳位在工作电压内，从而保护了电路。两个反相串接的瞬态二极管，在罗氏线圈LI输出高压正、反脉冲时，能起到保护作用。
[0043]本第一优选实施方式，通过优化雷电频率计数器的防浪涌能力，从而提高远程雷电频率监测系统的工作可靠性和使用寿命。
[0044]在保证光电耦合器具有良好工作能力的情况下，为了降低光电耦合器的使用成本，本实用新型在基础实施方式或者第一优选实施方式的基础上作进一步改进，如图2所不，本实用新型的第二优选实施方式为，受光器为光电二极管、光敏三极管、光敏电阻、光电晶闸管中的一种。
[0045]实施时，采用受光器为光电二极管、光敏三极管、光敏电阻、光电晶闸管的光电耦合器，其为比较成熟且规模生产的器件，市售价格低，有利于进一步降低雷电频率计数器的制造和维护成本。
[0046]本第二优选实施方式，通过采用成熟且规模生产的光电耦合器，从而进一步降低雷电频率计数器的制造和维护成本，也相应进一步降低远程雷电频率监测系统的搭建成本和维护成本。
[0047]为了提高无线网络的数据传输质量和数据传输效率，本实用新型在基础实施方式、第一优选实施方式、第二优选实施方式的基础上作进一步改进，如图2所示，本实用新型的第三优选实施方式为，无线网络适配器为GSM无线网卡、WCDMA无线网卡、CDMA无线网卡、TD-SCDMA无线网卡中的任意一种。
[0048]实施时，本领域的技术人员，根据雷电监控点的无线网络覆盖特性，选择合适运营商的无线网卡，如在中国，WCDMA无线网卡是基于中国联通的无线网络的无线网卡，CDMA无线网卡是基于中国电信的无线网络的无线网卡，TD-SCDMA无线网卡是基于中国移动的无线网络的无线网卡，GSM无线网卡三家运营商均支持，具有最好的无线网络覆盖范围。通过选择合适的无线网络适配器，将雷电频率计数器采集到的雷电频率计数信息，及时有效地传递给雷电监控管理中心的雷电监控主机，从而进一步提高对各雷电监控点的雷电频次监管能力。
[0049]本第三优选实施方式，通过选择优化的无线网络适配器，提高无线网络连接能力，从而进一步提高远程雷电频率监测系统的运行效率和运行稳定性。
[0050]以上是本实用新型的远程雷电频率监测系统的实施过程。从上述实施过程可以看出，本实用新型实现了对多个雷电监控点的雷电频率进行实时监测，从而进一步增强雷电频率监测质量和监测效率。
【主权项】
1.远程雷电频率监测系统，其特征在于，包括设置在多个雷电监控点的雷电频率计数器及与雷电频率计数器电连接的无线网络适配器，设置在雷电监控管理中心的雷电监控主机及与雷电监控主机网络连接的具有无线网络功能的网络交换机，多个雷电监控点的无线网络适配器均与雷电监控管理中心的网络交换机无线网络连接； 所述雷电频率计数器，包括罗氏线圈L1、第一电阻R1、第二电阻R2、光电耦合器，所述罗氏线圈LI套设在雷电泄放导线上，所述罗氏线圈L1、第一电阻R1、第二电阻R2、光电耦合器顺次串接构成电流回路，所述第一电阻Rl串接罗氏线圈LI的电流输出端，所述光电耦合器串接罗氏线圈LI的电流输入端； 所述雷电频率计数器，还包括与第二电阻R2并联连接的电容器Cl，与光电耦合器的电信号输出端电连接的单片机微控制器，与单片机微控制器的显示信号输出端电连接的多位LED数码管，及与单片机微控制器电连接的晶振电路和复位电路； 所述光电耦合器包括发光二极管D3、受光器，所述发光二极D3的正极电连接第二电阻R2，所述发光二极D3的负极电连接罗氏线圈LI的电流输入端，所述受光器的电信号输出端电连接单片机微控制器的电信号输入端。2.根据权利要求1所述的远程雷电频率监测系统，其特征在于，所述雷电频率计数器，还包括两个反相串接的瞬态二极管，所述两个瞬态二极管的正极分别电连接罗氏线圈的电流输出端、电流输入端。3.根据权利要求1或2所述的远程雷电频率监测系统，其特征在于，所述受光器为光电二极管、光敏三极管、光敏电阻、光电晶闸管中的一种。4.根据权利要求1或2所述的远程雷电频率监测系统，其特征在于，所述无线网络适配器为GSM无线网卡、WCDMA无线网卡、CDMA无线网卡、TD-SCDMA无线网卡中的任意一种。
【文档编号】G08C17/02GK205427031SQ201620109591
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年2月3日
【发明人】郑亦菲, 侯应儒, 李宣庆, 袁婷靖
【申请人】四川三普科技有限公司