專利名稱：記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的方法及設(shè)備，特別是一種記錄因雷擊感應(yīng)而產(chǎn)生的浪涌電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
雷擊是一種古老而常見的自然現(xiàn)象，其本質(zhì)是空間帶電云層之間或者帶電云層與地面物體之間的放電，雷電蘊(yùn)藏著巨大的能量，雷擊直接發(fā)生時(shí)的電壓極高，雷擊核心會(huì)產(chǎn)生極大的放電電流，直擊雷的直接破壞力及其對(duì)人類的傷害是眾所周知的。雷擊的發(fā)生有著極大的隨機(jī)性，當(dāng)雷擊發(fā)生的時(shí)候，通過空間電磁感應(yīng)的作用，會(huì)在其周圍很大范圍內(nèi)的各種導(dǎo)體上產(chǎn)生浪涌電壓，這種因雷擊感應(yīng)而產(chǎn)生的浪涌電壓，同樣有著極大的危害。這是因?yàn)樵陔娮踊⑿畔⒒叨劝l(fā)展的今天，人們大量應(yīng)用著包括計(jì)算機(jī)、交換機(jī)在內(nèi)的各種電子設(shè)備，這些電子設(shè)備工作在低功耗、低電壓的條件下，其抗浪涌電壓的能力極差，雷擊形成的浪涌電壓很容易對(duì)這些電子設(shè)備造成破壞，因而對(duì)雷電的檢測和防護(hù)現(xiàn)在已經(jīng)變得愈來愈重要。這里所說的雷電檢測不是指對(duì)天空發(fā)生的直擊雷的檢測，而是指當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，對(duì)我們所關(guān)心的電源線或者信號(hào)線上由于感應(yīng)或者傳導(dǎo)產(chǎn)生的浪涌電壓或者浪涌電流的檢測。因而更準(zhǔn)確的說應(yīng)當(dāng)是雷電浪涌檢測。
雷電浪涌檢測裝置和防雷裝置幾乎同時(shí)出現(xiàn)，在設(shè)計(jì)防雷箱時(shí)，很早就有人在防雷箱上安裝了雷擊計(jì)數(shù)器。但是直到目前，這些雷擊浪涌記錄裝置仍然停留在雷擊計(jì)數(shù)器的水平上，包括一些獨(dú)立使用的裝置。雷擊計(jì)數(shù)器只能記錄自過去的某一時(shí)刻開始到當(dāng)前的時(shí)間段內(nèi)，在被檢測位置發(fā)生浪涌的次數(shù)。由于無法記錄雷擊強(qiáng)度，只能設(shè)定一個(gè)起始記錄的門限值，當(dāng)浪涌電壓的強(qiáng)度超過這一門限時(shí)，計(jì)數(shù)器都會(huì)計(jì)數(shù)加一，事后無法知道雷擊當(dāng)時(shí)的具體情況。而當(dāng)前我國對(duì)于應(yīng)當(dāng)記錄的最小雷擊強(qiáng)度并無標(biāo)準(zhǔn)，各種雷擊計(jì)數(shù)器對(duì)起始閥值的設(shè)置有很大差異，因而當(dāng)前雷擊計(jì)數(shù)器的記錄結(jié)果只是一個(gè)含糊的定性概念，無任何橫向比較價(jià)值。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，使人們對(duì)電源、信號(hào)線路上的浪涌干擾愈加敏感，人們需要了解線路上出現(xiàn)浪涌電流的波動(dòng)情況，尤其是其發(fā)生的的次數(shù)、時(shí)間和強(qiáng)度。目前監(jiān)測線路浪涌電壓、電流可以使用記憶示波器，但是其成本高，使用不方便，不可能大量推廣應(yīng)用?？梢哉f目前尚無一種具有實(shí)用價(jià)值可以大量推廣應(yīng)用的雷擊電流強(qiáng)度記錄設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的方法及設(shè)備，要解決的技術(shù)問題是準(zhǔn)確檢測因雷擊感應(yīng)而產(chǎn)生的浪涌電流強(qiáng)度，并記錄這種浪涌電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的方法，包括以下步驟(1)提取雷擊時(shí)的電流信號(hào)；(2)對(duì)提取的信號(hào)進(jìn)行整流；(3)對(duì)經(jīng)過整流的電流從雷擊開始至雷擊結(jié)束的時(shí)間進(jìn)行積分運(yùn)算；(4)將積分運(yùn)算得出的模擬結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；(5)用微處理器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，得出雷擊電流的強(qiáng)度，儲(chǔ)存并記錄發(fā)生的時(shí)間。
本發(fā)明提取雷擊時(shí)的電流信號(hào)采用感應(yīng)的方式提取，并轉(zhuǎn)換成正比的電壓信號(hào)，然后經(jīng)整流轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)電壓信號(hào)，再將單向脈動(dòng)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成正比的單向脈動(dòng)電流信號(hào)。
本發(fā)明雷擊浪涌電流過后對(duì)積分運(yùn)算電路進(jìn)行放電。
一種記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的設(shè)備包括順序連接的感應(yīng)式取樣電路、整流電路、電壓電流轉(zhuǎn)換電路、電流積分電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換及中央控制電路。
本發(fā)明感應(yīng)式取樣電路和整流電路之間連接有泄流負(fù)載及限幅電路；整流電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換及中央控制電路之間連接有雷電信號(hào)捕捉電路；電流積分電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換及中央控制電路之間連接有可控泄放電路；模數(shù)轉(zhuǎn)換及中央控制電路還包括存儲(chǔ)器和時(shí)鐘電路。
本發(fā)明感應(yīng)式取樣電路是感應(yīng)式取樣器，取樣器的感應(yīng)電路與橋式整流電路連接，橋式整流電路的輸出正端串接由第三十一電阻和第三電阻串聯(lián)構(gòu)成的電壓電流轉(zhuǎn)換電路，第三電阻的另一端連接第三二極管的正極，第三二極管的負(fù)極與地之間串接有第三電容和第五電阻，第三二極管的負(fù)極還通過第二雙向模擬開關(guān)與微處理器連接。
本發(fā)明積分電路連接有自然放電電阻和可控放電回路，包括第三電容兩端并聯(lián)的第四電阻和第三雙向模擬開關(guān)。
本發(fā)明橋式整流電路的輸出正端還順序連接有第一電阻和第一二極管，第一二極管的負(fù)極與第五電阻之間分別并聯(lián)有第二電阻、第六電容、穩(wěn)壓二極管和第四雙向模擬開關(guān)，第四雙向模擬開關(guān)導(dǎo)通的信號(hào)傳遞給微處理器。
本發(fā)明取樣器的主回路連接有防止過載的防雷元件，微處理器連接有顯示及信息輸出設(shè)備。
本發(fā)明微處理器選用P89LPC935，存儲(chǔ)器選用24WC64，時(shí)鐘電路選用PCF8563，整流橋選用IN4007二極管構(gòu)成，第二、第三和第四雙向模擬開關(guān)選用MAX4610，第三電容選用1μ/35v鉭電容，第六電容選用0.001μ薄膜電容，第三和第一二極管選用IN4148，第一電阻選用51K，第二電阻選用1M，第三電阻選用900Ω，第三十一電阻選用200Ω精密多圈電位器，第四電阻選用1M，穩(wěn)壓二極管選用3.0V精密穩(wěn)壓管，雷電取樣器的變比選用以環(huán)形鐵氧體磁環(huán)制成，變比在6-30∶1范圍內(nèi)，或使用硅鋼片，所有電阻均選用四分之一瓦金屬膜優(yōu)質(zhì)電阻。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過雷電取樣器提取雷電涌流信號(hào)，經(jīng)整流，將雷擊取樣信號(hào)進(jìn)行積分運(yùn)算，再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最終由微處理器處理并儲(chǔ)存，準(zhǔn)確記錄某一時(shí)間段內(nèi)雷擊發(fā)生的強(qiáng)度、時(shí)間和次數(shù)。


圖1是一次雷擊時(shí)導(dǎo)體中電流與時(shí)間的波形圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的電路功能框圖。
圖3是本發(fā)明的電路原理圖(一)。
圖4是本發(fā)明的電路原理圖(二)。
圖5是雷擊涌流電流波形圖。
圖6是感應(yīng)式取樣器輸出的電壓波形圖。
圖7是感應(yīng)式取樣器輸出電壓整流后的電壓波形圖。
圖8是電壓電流轉(zhuǎn)換器輸出的電流波形圖。
圖9是流入第三電容的充電電流波形圖。
圖10是第三電容充電時(shí)兩端的電壓波形圖。
圖11是模擬測量時(shí)整流器輸出的波形圖。
圖12是模擬測量時(shí)第三電容的充電電壓波形圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的方法原理為雷電對(duì)某一導(dǎo)體上產(chǎn)生的浪涌電流都是從零到高峰值再衰減為零，如果以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以電流為縱坐標(biāo)，這樣在該坐標(biāo)系上描述雷擊在某一導(dǎo)體上產(chǎn)生的浪涌電流類似一個(gè)正弦波的半周扇形。雷電的破壞力由最大電流與雷擊電流的持續(xù)時(shí)間共同決定，如果單獨(dú)以電流的變化時(shí)間或是電流的高峰值來確定其破壞力都是不恰當(dāng)?shù)?，由于各浪涌電流的幅度、持續(xù)時(shí)間都有很大的隨機(jī)性，描述在坐標(biāo)系中的波形有所不同，所以只有用坐標(biāo)系中雷擊波形所包含的類扇形面積來描述雷擊在某一導(dǎo)體上產(chǎn)生的浪涌才是比較準(zhǔn)確。
如圖1所示，這是一次雷擊感應(yīng)在某一導(dǎo)體上產(chǎn)生的浪涌電流的波形。如何描述這一浪涌電流的強(qiáng)度，這是要首先確定的一個(gè)重要概念。從破壞力分析，我們已經(jīng)知道，這一浪涌電流的最大值ILm愈大，其破壞力必然愈大；同時(shí)，這一浪涌電流的持續(xù)時(shí)間Δt愈長，其破壞力也必然愈大。顯然，我們單獨(dú)用ILm或者單獨(dú)用Δt來描述雷擊浪涌都是不準(zhǔn)確的，因?yàn)槔擞啃盘?hào)不是方波，所以用ILmΔt來表示也不恰當(dāng)。我們認(rèn)為反映雷擊的真實(shí)情況，最為準(zhǔn)確合理反映雷擊強(qiáng)度的應(yīng)當(dāng)是L=∫t2t1iLdt]]>這里L(fēng)既雷擊強(qiáng)度。L描述的實(shí)質(zhì)上是雷擊波形所包含的面積。由于雷擊浪涌的幅度、持續(xù)時(shí)間都有很大的隨機(jī)性，由此導(dǎo)致波形的不同，只有這樣才能夠最準(zhǔn)確地描述雷擊包含能量的本質(zhì)特征。
本發(fā)明記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的方法包括以下步驟(1)采用感應(yīng)的方式提取雷擊時(shí)的電流信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成正比的電壓信號(hào)；(2)對(duì)提取的信號(hào)進(jìn)行整流，經(jīng)整流轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)電壓信號(hào)，再將單向脈動(dòng)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成正比的單向脈動(dòng)電流信號(hào)；(3)對(duì)上述脈動(dòng)電流信號(hào)從雷擊開始至雷擊結(jié)束進(jìn)行積分運(yùn)算；(4)將積分運(yùn)算得出的模擬結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；(5)用微處理器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，得出雷擊浪涌電流的強(qiáng)度，儲(chǔ)存并記錄發(fā)生的時(shí)間；(6)雷擊浪涌電流過后對(duì)積分運(yùn)算電路進(jìn)行放電，以備下次測量。
如圖2所示，本發(fā)明是記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的設(shè)備，包括順序連接的感應(yīng)式取樣電路、泄流負(fù)載及限幅電路、整流電路、電壓電流轉(zhuǎn)換電路、積分電路、模擬開關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換及中心控制電路和顯示及信息輸出設(shè)備，模數(shù)轉(zhuǎn)換及中心控制電路為一微處理器，整流電路和微處理器之間連接有雷電信號(hào)捕捉電路；電流積分電路與數(shù)模轉(zhuǎn)換及中央控制電路之間連接有可控泄放電路；微處理器還連接有存儲(chǔ)器和時(shí)鐘電路。取樣器的主回路連接有防止過載的防雷元件，取樣器的感應(yīng)電路與整流器連接；積分器聯(lián)接有自然放電電阻和可控放電回路，保證一個(gè)浪涌電流過后，及時(shí)放電，為下一個(gè)充電做好準(zhǔn)備；在微處理器所完成的工作中不僅僅是計(jì)算出雷擊強(qiáng)度的具體數(shù)值，它可以很方便地加入實(shí)時(shí)時(shí)鐘，把發(fā)生雷擊的時(shí)間和雷擊強(qiáng)度同時(shí)記錄下來，并編制成歷史檔案加以保存。它還可以建立一個(gè)方便有效的查詢系統(tǒng)。
如圖3所示，取樣器的感應(yīng)電路與橋式整流電路連接，橋式整流電路的輸出正端串接由第三十一電阻R31和第三電阻R3串聯(lián)構(gòu)成的電壓電流轉(zhuǎn)換電路，第三電阻R3的另一端連接第三二極管D3的正極，第三二極管D3的負(fù)極與地之間串接有第三電容C3和第五電阻R5，第三二極管D3的負(fù)極還通過第二雙向模擬開關(guān)U4B與微處理器連接。積分電路的自然放電電阻和可控放電回路，包括第三電容C3兩端并聯(lián)的第四電阻R4和第三雙向模擬開關(guān)U4C。雷電信號(hào)捕捉電路連接在橋式整流電路的輸出正端，包括順序連接的第一電阻R1和第一二極管D1，第一二極管D1的負(fù)極與第五電阻R5之間分別并聯(lián)有第二電阻R2、第六電容C6、穩(wěn)壓二極管D2和第四雙向模擬開關(guān)U4D，第四雙向模擬開關(guān)U4D導(dǎo)通的信號(hào)傳遞給微出理器。存儲(chǔ)器和時(shí)鐘電與微處理器相連接。微處理器連接有一連接器，以備連接不同輸出形式的終端設(shè)備，如顯示及信息輸出設(shè)備。
微處理器選用P89LPC935，存儲(chǔ)器選用24WC64，時(shí)鐘電路選用PCF8563，整流橋選用IN4007二極管構(gòu)成，第二、第三和第四雙向模擬開關(guān)選用MAX4610，第三電容C3選用1μ/35v鉭電容，第六電容C6選用0.001μ薄膜電容，第三和第一二極管D3、D1選用IN4148，第一電阻R1選用51K，第二電阻R2選用1M，第三電阻R3選用900Ω，第三十一電阻R31選用200Ω精密多圈電位器，第四電阻R4選用1M，穩(wěn)壓二極管D2選用3.0V精密穩(wěn)壓管，雷電取樣器以環(huán)形鐵氧體磁環(huán)制成，變比在6～30∶1范圍內(nèi)選配，也可以使用硅鋼片制作，全部其余電阻選用四分之一瓦金屬膜優(yōu)質(zhì)電阻。
如圖4所示，為本發(fā)明的電源和泄流負(fù)載及限幅電路，通過插頭與主電路相連。
如圖5和圖6所示，假定在我們所關(guān)心的導(dǎo)線L上出現(xiàn)了浪涌電流iL，我們可以通過一個(gè)感應(yīng)式取樣器將iL轉(zhuǎn)換成取樣器的輸出電壓u1，u1與iL成正比，但u1的幅度可以通過改變?nèi)悠鞯膮?shù)使其處于所需要的范圍內(nèi)。既u1＝K1iLK1為轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換系數(shù)。
如圖7和圖8所示，由于雷擊電壓的隨機(jī)性，iL的極性不定，因而u1的極性也是隨機(jī)的。為了測量方便，我們使u1通過一個(gè)整流橋，不管浪涌電壓方向如何，都使其轉(zhuǎn)換成同一極性的脈動(dòng)信號(hào)u2。極性不會(huì)影響以下分析計(jì)算，因而在以下分析中不考慮極性。即有u1＝u2
在做以下模擬電路技術(shù)分析中，首先我們將第三電容C短路使其放電，適當(dāng)選擇R31的值，當(dāng)浪涌電壓出現(xiàn)的時(shí)候，u2升高，將會(huì)有一個(gè)電流iR流過電阻R31和R3，iR必然與u2成正比，即iR＝K2u2其中K2＝1/(R31+R3)適當(dāng)選擇第三電容C的值，使(R31+R3)C＝τ≈10Δt，這樣在接入第一電容C的條件下，由于在Δt的充電時(shí)段，uC值充電升高的幅度與u2相比可忽略不計(jì)。我們可以近似認(rèn)為iR仍然與u2保持正比關(guān)系，即iC＝iR＝K2u2電容C上電壓的變化，可用下述公式描述uC＝∫iCdt。
假定在一個(gè)浪涌電壓到來之前，uC起始電壓為0，在這一個(gè)浪涌電壓結(jié)束之后，電容C上的電壓值為uC0，則有UC0=∫t1t2icdt]]>=∫t1t2irdt]]>=∫t1t2k2U2dt]]>=∫t1t2k2U1dt]]>=∫t1t2k1k2iLdt]]>=k1k2∫t1t2iLdt]]>＝k1k2L＝KL其中K＝k1k2如圖9和圖10所示，在電路中，由于第三二極管D3的存在，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端又是高阻狀態(tài)，第三電容C3無放電回路。因而在一個(gè)浪涌電流周期過后，在第三電容C3上保留了該浪涌電流使其充電的結(jié)果，即上述uC0值，顯然uC0正比于浪涌電流對(duì)時(shí)間的積分值，也就是我們前面定義的雷擊強(qiáng)度L。我們只要對(duì)uC0進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并送到微處理器乘上適當(dāng)?shù)南禂?shù)，就可以較準(zhǔn)確地得出L的數(shù)值，其單位是千安.微秒。通過改變?nèi)悠鞯膮?shù)及調(diào)整R31，可以使uC0的值與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)幅度的要求相適應(yīng)。
本發(fā)明模擬測量中使用深圳錦天樂防雷技術(shù)有限公司制造的CL-200型200千安培雷電模擬發(fā)生器產(chǎn)生模擬雷電脈沖，模擬雷電脈沖信號(hào)輸入取樣器的主回路，使用美國泰克公司生產(chǎn)的TDS1012記憶示波器，從雷電脈沖發(fā)生器的分流器上捕捉模擬雷電波形及幅度。十次模擬測量顯示并記錄雷電強(qiáng)度值如表1所示，根據(jù)第十次測試的測量值繪制的整流器輸出與積分電容充電電壓的波形如圖11和圖12所示。
如圖11和圖12所示，根據(jù)測量值繪制的整流器輸出和積分電容，即第三電容的充電電壓的波形圖，與理論分析得出的結(jié)果相同。分析可知電阻R31加R3與電容C3構(gòu)成的充電回路的時(shí)間常數(shù)τ＝(R31+R3)C3≈1k*1μ＝1000μs，而一個(gè)雷電脈沖的寬度為20μs。一個(gè)固定電壓對(duì)RC回路的充電周期為3∽5τ。這就是說一個(gè)雷電脈沖的寬度只有(R31+R3)與C3構(gòu)成的充電回路充電周期的4/1000-7/1000，顯然在這樣一個(gè)時(shí)段內(nèi)，電容C3的充電具有良好的線性度。這就是這一方法可以得到比較準(zhǔn)確測量結(jié)果的一個(gè)重要基礎(chǔ)。
表一列出的是模擬測試的試驗(yàn)記錄。試驗(yàn)共進(jìn)行了10次，按照設(shè)定量程0-100kA分級(jí)進(jìn)行，起始記錄點(diǎn)確定為滿量程的10％，即10kA。為保證試驗(yàn)的穩(wěn)定、準(zhǔn)確，每兩次試驗(yàn)間隔5分鐘。首次試驗(yàn)將CL-200型雷電模擬發(fā)生器的設(shè)定電壓選擇在5000V，使用泰克TDS1012記憶示波器記錄雷擊電流波形并測量波形之峰值，即可推算出此次雷擊電流為10.2kA，這時(shí)可以看到記錄儀顯示25，此時(shí)記錄儀軟件設(shè)定在直接顯示A/D轉(zhuǎn)換之結(jié)果。依次改變雷電模擬發(fā)生器的設(shè)定電壓，直到第10次設(shè)定為50000V，雷擊電流為99.8kA，記錄儀顯示253。所使用的A/D轉(zhuǎn)換器為8位，最大轉(zhuǎn)換數(shù)字為255，由于系統(tǒng)在做試驗(yàn)之前已進(jìn)行過滿度校準(zhǔn)，所以100kA雷擊電流顯示正好接近255。滿度校準(zhǔn)是通過改變?nèi)悠鞯脑褦?shù)比和調(diào)節(jié)多圈電位器R31來實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)前面我們確定的理論，記錄儀中A/D轉(zhuǎn)換器輸出的結(jié)果乘以一個(gè)恰當(dāng)?shù)南禂?shù)之后，就是雷擊強(qiáng)度，其單位是千安·微秒(kA·μs)，因?yàn)樗请娏鲗?duì)時(shí)間積分的結(jié)果。但是考慮到人們不習(xí)慣于使用雷擊強(qiáng)度這個(gè)概念，一般情況下人們大多使用雷擊電流峰值來描述雷擊的特性。因此，可以假定所有雷擊波形都是相同的，都是8/20μs標(biāo)準(zhǔn)波形，在實(shí)驗(yàn)室的確如此。將時(shí)間當(dāng)做常數(shù)，自然可以直接給雷擊電流峰值。這個(gè)常數(shù)的確定可以采用滿度校準(zhǔn)法，即我們將表一中的A/D轉(zhuǎn)換器輸出253認(rèn)定為99.8kA，由此算出這個(gè)常數(shù)為KM＝99.8kA/253＝0.394KA。
以常數(shù)0.394kA.算出記錄儀測出的各次的脈沖電流峰值，此值已在表中列出。以計(jì)算出的脈沖電流峰值與雷電發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖電流峰值相比較，可以算出記錄儀的測量誤差，此誤差也已在表一中出。我們可以看出，記錄儀的測量誤差在±5％以內(nèi)。顯然，對(duì)雷電這樣的隨機(jī)性極強(qiáng)，極不穩(wěn)定的自然變化，能達(dá)到這樣的精度已有充分的使用價(jià)值。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，準(zhǔn)確，適合大批量生產(chǎn)、安裝，可以廣泛應(yīng)用于各種需要檢測雷擊強(qiáng)度、浪涌電流峰值及發(fā)生時(shí)間等參數(shù)的電路中，可以按需要選擇功能。能準(zhǔn)確記錄某一時(shí)間段內(nèi)雷擊發(fā)生的具體時(shí)間、次數(shù)和特性，準(zhǔn)確地描述雷擊包含能量的本質(zhì)特征。
表一試驗(yàn)測試記錄

權(quán)利要求
1.一種記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的方法，包括以下步驟(1)提取雷擊時(shí)的電流信號(hào)；(2)對(duì)提取的信號(hào)進(jìn)行整流；(3)對(duì)經(jīng)過整流的電流從雷擊開始至雷擊結(jié)束的時(shí)間進(jìn)行積分運(yùn)算；(4)將積分運(yùn)算得出的模擬結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；(5)用微處理器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，得出雷擊電流的強(qiáng)度，儲(chǔ)存并記錄發(fā)生的時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的方法，其特征在于所述提取雷擊時(shí)的電流信號(hào)采用感應(yīng)的方式提取，并轉(zhuǎn)換成正比的電壓信號(hào)，然后經(jīng)整流轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)電壓信號(hào)，再將單向脈動(dòng)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成正比的單向脈動(dòng)電流信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的方法，其特征在于所述雷擊浪涌電流過后對(duì)積分運(yùn)算電路進(jìn)行放電。
4.一種記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的設(shè)備，其特征在于包括順序連接的感應(yīng)式取樣電路、整流電路、電壓電流轉(zhuǎn)換電路、電流積分電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換及中央控制電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的設(shè)備，其特征在于所述感應(yīng)式取樣電路和整流電路之間連接有泄流負(fù)載及限幅電路；整流電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換及中央控制電路之間連接有雷電信號(hào)捕捉電路；電流積分電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換及中央控制電路之間連接有可控泄放電路；模數(shù)轉(zhuǎn)換及中央控制電路還包括存儲(chǔ)器和時(shí)鐘電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的設(shè)備，其特征在于所述感應(yīng)式取樣電路是感應(yīng)式取樣器，取樣器的感應(yīng)電路與橋式整流電路連接，橋式整流電路的輸出正端串接由第三十一電阻和第三電阻串聯(lián)構(gòu)成的電壓電流轉(zhuǎn)換電路，第三電阻的另一端連接第三二極管的正極，第三二極管的負(fù)極與地之間串接有第三電容和第五電阻，第三二極管的負(fù)極還通過第二雙向模擬開關(guān)與微處理器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的設(shè)備，其特征在于所述積分電路連接有自然放電電阻和可控放電回路，包括第三電容兩端并聯(lián)的第四電阻和第三雙向模擬開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的設(shè)備，其特征在于所述橋式整流電路的輸出正端還順序連接有第一電阻和第一二極管，第一二極管的負(fù)極與第五電阻之間分別并聯(lián)有第二電阻、第六電容、穩(wěn)壓二極管和第四雙向模擬開關(guān)，第四雙向模擬開關(guān)導(dǎo)通的信號(hào)傳遞給微處理器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的設(shè)備，其特征在于所述取樣器的主回路連接有防止過載的防雷元件，微處理器連接有顯示及信息輸出設(shè)備。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的設(shè)備，其特征在于所述微處理器選用P89LPC935，存儲(chǔ)器選用24WC64，時(shí)鐘電路選用PCF8563，整流橋選用IN4007二極管構(gòu)成，第二、第三和第四雙向模擬開關(guān)選用MAX4610，第三電容選用1μ/35v鉭電容，第六電容選用0.001μ薄膜電容，第三和第一二極管選用IN4148，第一電阻選用51K，第二電阻選用1M，第三電阻選用900Ω，第三十一電阻選用200Ω精密多圈電位器，第四電阻選用1M，穩(wěn)壓二極管選用3.0V精密穩(wěn)壓管，雷電取樣器的變比選用以環(huán)形鐵氧體磁環(huán)制成，變比在6～30∶1范圍內(nèi)，或使用硅鋼片，所有電阻均選用四分之一瓦金屬膜優(yōu)質(zhì)電阻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的方法及設(shè)備，要解決的技術(shù)問題是準(zhǔn)確檢測因雷擊感應(yīng)而產(chǎn)生的浪涌電流強(qiáng)度，并記錄這種浪涌電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間，括以下步驟(1)提取雷擊時(shí)的電流信號(hào)；(2)整流；(3)積分運(yùn)算；(4)將積分運(yùn)算得出的模擬結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；(5)用微處理器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理；一種記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間的設(shè)備包括順序連接的感應(yīng)式取樣電路、整流電路、電壓電流轉(zhuǎn)換電路、電流積分電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換及中央控制電路，與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過雷電取樣器提取雷電涌流信號(hào)，經(jīng)整流，將雷擊取樣信號(hào)進(jìn)行積分運(yùn)算，再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最終由微處理器處理并儲(chǔ)存，準(zhǔn)確記錄某一時(shí)間段內(nèi)雷擊發(fā)生的強(qiáng)度、時(shí)間和次數(shù)。
文檔編號(hào)G01R19/00GK1721862SQ200410028110
公開日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2004年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月14日
發(fā)明者劉宗奇, 姜稀雙, 薛瑞民, 陳建澤 申請(qǐng)人:深圳錦天樂防雷技術(shù)有限公司