一种基于纳米机电传感器的地震监测基站防雷系统的制作方法

本发明涉及地震监测基站防雷技术领域，特别涉及一种使用物理隔离防止雷电造成破坏的基于纳米机电传感器的地震监测基站防雷系统。

背景技术：

雷电灾害是传统地震台站的主要灾害之一，由于雷电的危害损坏监测系统，造成

工作中断、监测资料缺损。我国年平均雷电日25天，高的可达100多天，大部分地震台站都受雷电干扰，严重的和比较严重的约占1/3至1/4。做好防雷工作，保证监测系统正常运行，产出连续、稳定、可靠的数据，减少损失是有重要意义的。

现有防雷技术的主要分为外部防雷和内部防雷。外部防雷主要指建筑物的防雷，它是防雷技术的重要组成部分，其技术措施可分接闪器(避雷针、避雷带、避雷网等金属接闪器)、引下线和接地体。内部防雷系统主要是对建筑物内易受过电压破坏的设备，如：计算机等电子设备加装过压保护装置，在设备受到过电压侵袭时，保护装置能快速动作泄放能量，从而保护设备免受损坏。内部防雷又可分为电源防雷和信号防雷。即在电源线入口处安装电源避雷器和在信号线上安装信号避雷器。多数采用的避雷方法也均局限于此。

在防雷技术的发展过程中，还有一种最有效的防雷方法，即躲避方法，这是防雷措施中最经济有效的方法。地震台站长久以来就有在雷雨来临之前紧闭门窗，关机、断电、拔信号电缆头等做法，这种简单易行的防雷手段在任何时候都是有效的。如广东地震台站前兆观测系统防雷综合方法中再电源防护用引用了这一方法：遇到雷雨天气时，应及时断开传输电缆。目前，地震系统对于躲避避雷法的使用还紧局限于电源避雷和非实时传输的数据信号避雷，但其存在继电器控制隔离间隙过小，防雷效果有限和非工作时段断电隔离的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种使用物理隔离防止雷电造成破坏的基于纳米机电传感器的地震监测基站防雷系统。

本发明的技术方案是：单片机与步进电机系统中的控制触点通导、断开的步进电机连接；单片机与雷电监测系统的雷电探头连接；单片机还与gprs模块、储存器和无线传输模块的wifi模块连接；所述雷电探头是纳米机电系统传感器，所述纳米机电传感器是由最下层为50nm厚的指状pd电极、中间层为250nm厚的氮化铝、上层为250nm厚的10层磁电异质结构层。磁电异质结构层是由厚度为20nm的fegab和厚度为5nm的三氧化二铝组成。

指状pd电极为钙钛矿发电电池的金属电极层。

gprs模块是工业gprs模块。

步进电机是控制双电瓶交换充电、放电的步进电机，且与交流市电的距离为大于10厘米。

所述wifi模块连接包括wlan、红外传输或蓝牙传输。

本发明的优点是电源部分设计为步进电机控制双电瓶交换充电、放电，保证本设备与交流市电完全隔离，且间距大于10cm以达到有效的防雷效果；信号传输部分设计为通过wlan（无线局域网）、红外或蓝牙等方式将测震信号传输到网关，而后再通过有线或无线网络进行数据传输。此设计的好处是使我们测震核心设备与市电和外线完全物理隔离以达到最好的防雷效果。同时采用先进的纳米机电技术研究制作纳米传感器用于检测空间电磁场的变化，根据电磁场的变化和相应算法判断当地是否发生雷电，控制部分将雷电信息通过gprs无线模块传送到监控中心，中心人员判断信息并对远端设备进行相应操控；此方式为物理断开方式保护设备，具有其它方式不可比拟的防雷效果，在电源输入和信号输出控制端拟采用步进电机进行控制以克服继电器控制所带来的间隙过小所导致的空气击穿问题。本发明还具有操作简便、稳定性好、安全性高等特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的雷电探头结构示意图。

下面将结合附图通过实例对本发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求为准。

具体实施方式

参见图1~2，单片机1与步进电机系统中的控制触点通导、断开的步进电机2连接，

单片机与步进电机之间设置有步进电机控制电路；单片机与雷电监测系统的雷电探头3连接，单片机与雷电探头之间设置有雷电检测电路；单片机还与gprs模块4、储存器5和无线传输模块6的wifi模块连接；所述雷电探头是纳米机电系统传感器，所述纳米机电传感器是由传感器最下层为50nm厚的有n个嵌入的指状pd电极，其长度为l，总宽度为w，指状电极宽度为w0；、中间层为250nm厚的氮化铝、上层为250nm厚的10层磁电异质结构层，在其一端设置有硅块10，硅块上附着有金片层11。

磁电异质结构层是由厚度为20nm的fegab和厚度为5nm的三氧化二铝组成。

指状pd电极为钙钛矿发电电池的金属电极层。接入钙钛矿发电电池可以在雷电发出闪光时，进行对环境的检测，尤其是一定范围内发生短波光的检测数据，在防雷的同时进行进一步的科学研究。

磁电纳米机电系统传感器的共振频率可表示为

w0为形成指状转换器的指状电极的宽度，eeq为传感器等效的杨氏模量，为传感器的等效密度，经计算本传感器在没有磁场的环境中。改变指状电极的宽带可改变传感器的共振频率。在设计中电场检测传感器应用中可等效为lc震荡电路，其优点是体积小，性能稳定。在直流磁场环境中的改变，会改变传感器中fegab层中的杨氏量纲，导致传感器等效杨氏量纲的改变，达到用磁场改变检测电场频率的目的。

gprs模块是工业gprs模块。

步进电机是控制双电瓶交换充电、放电的步进电机，且与交流市电的距离为大于10厘米。

纳米机电传感器的端部由硅块连接，硅块上部设置有铜片。

所述wifi模块连接包括wlan、红外传输或蓝牙传输。

所述钙钛矿发电电池的结构自上而下依次为透明导电阳极、蜂窝状空穴传输层、钙钛矿层、电子界面层、空穴界面层、有机太阳能电池层、电子传输层和金属阴极；上述钙钛矿电池的制备方法如下：

1）在经过丙酮和无水乙醇清洗的透明导电阳极上采用狭缝挤出涂布工艺依次印刷和热退火后处理制备蜂窝状空穴传输层、钙钛矿层、电子界面层、空穴界面层、有机太阳能电池层、电子传输层；

2）蜂窝状空穴传输层为通过聚苯乙烯纳米微球作为模板，制备蜂窝状聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐（pedot:pss）层；

3）钙钛矿层前驱体溶液为以1：1比例的pbi2和mai混合溶液；使用掺杂5%聚氨酯（pu）的聚乙氧基乙烯亚胺（peie）增强叠层电池的柔韧性和保证电荷传输；

4）空穴界面层为掺杂5%高弹性聚苯乙烯（sbs）的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]即ptaa

5）有机太阳能电池层前驱体溶液混合比例为1：1.5的浓度为13mg/ml的ptb7-th与foic；6）电子传输层为富勒烯衍生物pc61bm；

7）采用真空镀膜技术制备带有金属银离子的阴极。