專利名稱：一種雷電流測量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷電流測量領(lǐng)域，具體地說涉及一種雷電流測量方法及裝置，適用于輸電線 路桿塔或各種高塔的雷電流參數(shù)測量。
技術(shù)背景雷電流參數(shù)的測量對探討防雷對策，提髙防雷設(shè)施性能，評價防雷設(shè)施對各種設(shè)備及建 筑物的保護(hù)范圍以及分析雷害事故，區(qū)分事故責(zé)任，具有十分重要的意義。同時，雷電流參 數(shù)的測量也是進(jìn)行雷電特性研究的基礎(chǔ)工作。雷電流參數(shù)的測量有遙測和直接測量兩種方式。遙測是利用雷電探測天線探測從遠(yuǎn)處傳 播過來的雷電電磁波并以此反推雷電流幅值和波形的雷電流參數(shù)測量方式。由于雷電探測天 線遠(yuǎn)離雷電發(fā)生點(diǎn)，雷電電磁波在傳播過程中，受地形、建筑物等影響，存在不同程度的衰 減和色散，因此，通過遙測測量得到的雷電流參數(shù)準(zhǔn)確度不髙。雷電流參數(shù)直接測量是在雷 擊發(fā)生點(diǎn)對雷電流進(jìn)行直接測量的方式。由于雷擊某一物體或物體的某一處是一個小概率事 件，因此，雷電流直接測量只能是"廣種薄收"，這就需要一種不但測量準(zhǔn)確度高而且成本也 較低的測量裝置。過去， 一般是采用在輸電線路桿塔上安裝磁鋼棒的方法，這種方法優(yōu)點(diǎn)是 成本低便于大量安裝，但缺點(diǎn)是測量結(jié)果誤差大，不能記錄雷擊時間、而且獲取數(shù)據(jù)不方便， 勞動量非常大。中國發(fā)明專利200410028110.5 "記錄雷擊電流強(qiáng)度和發(fā)生時間的方法及設(shè)備"解決了 測量精度的問題，但只能記錄某一時間段內(nèi)雷擊發(fā)生的強(qiáng)度、時間和次數(shù)，而且該設(shè)備內(nèi)時 鐘累計(jì)誤差不能被修正，所以記錄的雷擊時間準(zhǔn)確性不高。中國實(shí)用新型專利200520105910.2 "高壓輸電線路雷擊遙測設(shè)備"的主要用途是雷擊故 障點(diǎn)的快速查找，通過雷擊信息管理裝置査詢桿塔是否有雷擊記錄，從而快速査找雷擊故障 點(diǎn)，雖然也測量了雷電流的強(qiáng)度和時間，但并未記錄完整的雷電流信息，比如極性和陡度。 "髙壓輸電線路雷擊遙測設(shè)備"采用了移動通訊網(wǎng)絡(luò)的通訊方式，由于通訊網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸存 在網(wǎng)絡(luò)延時，而且延時具有不確定性，所以該設(shè)備內(nèi)累計(jì)的時鐘誤差也不能被準(zhǔn)確的修正， 所記錄的雷擊時間準(zhǔn)確性也不高，該裝置后端采用計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)，從技術(shù)角度分析， 整體成本應(yīng)該比較髙。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是考慮上述技術(shù)中的不足而設(shè)計(jì)的，提供一種雷電流測量方法及裝置，該方法及裝置成本低、測量結(jié)果準(zhǔn)確、時間精度高、測量數(shù)據(jù)便于讀取。該套裝置可以隨時對內(nèi)部時 鐘進(jìn)行校準(zhǔn)、用于實(shí)測并收集雷擊輸電線路桿塔及其它高塔的雷電流參數(shù)。本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種雷電流測量方法，其特征在于采用雙向無線通訊方式，采 用多通道的前端測量記錄儀和一個后端手持接收儀，前端測量記錄儀安裝在輸電線路桿塔或 各種高塔上，用來測量和記錄雷擊桿塔時的雷電流的幅值、陡度、極性、以及雷擊桿塔時間； 后端手持接收儀由人工操作，用來讀取存貯在前端測量記錄儀的記錄，并校準(zhǔn)前端測量記錄 儀的時鐘。實(shí)現(xiàn)上述方法的雷電流測量裝置，其特征在于由多通道的前端測量記錄儀和一個后端 手持接收儀組成，前端測量記錄儀由多路模擬開關(guān)電路、信號調(diào)理電路、正負(fù)峰值保持電路、 測量觸發(fā)電路、處理器單元、數(shù)據(jù)存儲單元、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊及多個電流傳感器組成；多 個電流傳感器的輸出接多路模擬開關(guān)電路的輸入端，多路模擬開關(guān)電路的輸出信號接調(diào)理電 路的輸入端，信號調(diào)理電路的輸出接正負(fù)峰值保持電路及測量觸發(fā)電路的輸入端；正負(fù)峰值 保持電路的輸出端與處理器單元的A/D輸入通道連接，測量觸發(fā)電路的輸出端與處理器單元 的中斷輸入端連接；數(shù)據(jù)存儲單元與處理器單元的12(:接口連接；無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與處理 器單元的串口連接；后端手持接收儀為一個便攜式手持設(shè)備，由矩陣鍵盤、字符型點(diǎn)陣液晶顯示模塊、處理 器單元、以及無線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。手持接收儀被設(shè)計(jì)成按鍵和液晶顯示菜單相結(jié)合的人 機(jī)界面方式，不需要特殊培訓(xùn)，就能非常簡便的使用。如上所述的雷電流測量裝置，其特征在于前端測量記錄儀中，處理器單元其內(nèi)部帶有多 通道的A/D轉(zhuǎn)換器和硬件實(shí)時鐘。如上所述的雷電流測量裝置，其特征在于所述的前端測量記錄儀和后端手持接收儀中， 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊為微功率、低成本ISM頻段無線通信模塊，串口接口，可靠傳輸離距500m。如上所述的雷電流測量裝置，其特征在于前端測量記錄儀采用處理器芯片LPC2103,后 端手持接收儀采用處理器芯片C8051F310。如上所述的雷電流測量裝置，其特征在于前端測量記錄儀為雷電流測量環(huán)節(jié)，前端測量 記錄儀中的電流傳感器用來檢測流過相關(guān)聯(lián)部位的電流，電流傳感器為空心的羅柯夫斯基線 圈+積分單元，垂直于線路桿塔安裝；或是光纖電流傳感器。如上所述的雷電流測量裝置，其特征在于前端測量記錄儀中，數(shù)據(jù)存儲單元為串行工2C 接口、可掉電存儲的E2PR0M。如上所述的雷電流測量裝置，其特征在于前端測量記錄儀中，供電電源采用的是太陽能 電池板和充電電池連接構(gòu)成。如上所述的雷電流測量裝置，其特征在于所述的后端手持接收儀中，字符型點(diǎn)陣液晶顯 示模塊為串行數(shù)據(jù)接口，總共128X64點(diǎn)陣，可以顯示不同點(diǎn)陣大小的英文字符和漢字字符。按照上述構(gòu)成，該雷電測jft^置的前端測量記錄儀能夠準(zhǔn)確的測量和記錄輸電線路桿塔 的雷電流參數(shù)，通過后端手持接收儀，可以方便的獲取測量數(shù)據(jù)，并顯示在后端手持接收儀 液晶顯示屏上，并能隨時對前端測量記錄儀的時鐘進(jìn)行校準(zhǔn)。除了采用微功率、低成本的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊外，前端測量記錄儀采用處理器芯片 LPC2103，后端手持接收儀采用處理器芯片C8051F310,它們的集成度高、功耗低、性價比高， 一個前端測量記錄儀就可以同時測量記錄多路雷電流信號。整個裝置本發(fā)明具有如下特點(diǎn)測量值精度高、低功耗、無延遲校準(zhǔn)對時技術(shù)(保證時 間誤差控制在l秒)、使用簡便、可靠性高、整體成本低，可大量安裝。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的使用示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的前端測量記錄儀的原理結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的后端手持接收儀的原理結(jié)構(gòu)框圖。圖4為圖2中前端測量記錄儀的電路原理圖。圖5為圖3中后端手持接收儀的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和具體的實(shí)施方式對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。 圖中標(biāo)記的說明1-前端測量記錄儀，2—后端手持接受儀。圖1為本發(fā)明的使用示意圖，前端測量記錄儀可以安裝在輸電線路桿塔避雷線、塔頂和 塔腳。在雷擊桿塔時，安裝有前端測量記錄儀的部位如果有雷電流流過，前端測量記錄儀就 會測量并記錄流過的電流的幅值和極性，同時記錄下雷擊時間。巡線工人在巡線的時候，用后端手持接收儀來讀取前端測量記錄儀中的信息，如果有雷 電流數(shù)據(jù)記錄在其中，通過簡單的人工操作，將雷電流數(shù)據(jù)信息通過無線的方式接收到后端 手持接收儀上，并在后端手持接收儀的液晶顯示屏幕上按時間先后順序顯示雷電流數(shù)據(jù)信息。 巡線工人還可以通過后端手持接收儀讀取前端測量記錄儀中的時鐘，如果發(fā)現(xiàn)讀取的時間和 實(shí)際時間的相差比較大，可以通過后端手持接收儀對前端測量記錄儀進(jìn)行時間校準(zhǔn)。在需要測量同一輸電線路桿塔不同部位的雷電流時，前端測量記錄儀同時接入安裝在這 些部位的電流傳感器，對每個電流傳感器進(jìn)行編號處理即可，前端測量記錄儀最多可以同時 測量8路信號。在高壓線路沿線的每個塔上都可以裝上前端測量記錄儀，巡線工人在巡線的時候，走到 每個塔后就用后端手持接收儀來讀取該塔上前端測量記錄儀中的信息。由于塔間的半距離比后端手持接收儀與前端測量記錄儀的通訊距離遠(yuǎn)，所以不會讀錯。圖2為前端測量記錄儀的工作原理框圖，電流傳感器的輸出信號經(jīng)過多路模擬開關(guān)電路和信號調(diào)理電路后，濾掉工頻信號和其它干擾信號；髙速正峰值保持通道和高速負(fù)峰值保持 通道，分別完成正負(fù)信號的峰值保持功能；測量觸發(fā)電路的作用是在檢測到有雷電流信號時 通知處理器LPC2103啟動測量，測量觸發(fā)電路中的電壓比較器LM311的輸出接LPC2103的中斷 輸入，只有在電壓比較器的輸出由低電平變?yōu)楦唠娖降臅r候，才表示檢測到有雷電流信號， 通過改變電壓比較器的負(fù)比較輸入端的電壓值,設(shè)置合適的閥值,這樣不會因閥值設(shè)置過小將 其它信號誤認(rèn)為是雷電流信號，也不會因閥值設(shè)置過大而漏測小雷電流信號；LPC2103是一 個ARM7TDMI內(nèi)核的32位處理器，其內(nèi)部帶有一個八通道輸入的十^A/D轉(zhuǎn)換器和硬件實(shí)時鐘， 不需要擴(kuò)展外圍電路就可以完成峰值測量還有時間記錄;數(shù)據(jù)存儲單元用來記錄雷電流參數(shù)， 每次檢測到新的雷電流后，就將新的雷電流參數(shù)數(shù)據(jù)寫入其中， 一個雷電流參數(shù)記錄包括峰 值大小、陡度、極性、雷擊時間，數(shù)據(jù)存儲器采用可以掉電存儲的串行E2PR0M器件，在前端 測量記錄儀掉電后，仍然能保存以前的雷電流參數(shù)信息無線數(shù)據(jù)傳輸模塊采用上海桑博電 子科技有限公司的STR-36型微功率ISM頻段無線通信模塊，最大10mW的發(fā)射功率，串口接口， 可靠傳輸離距為500m。前端測量記錄儀在收到后端手持接收儀的指令要求后，將雷電流參數(shù) 信息還有時間信息發(fā)送到后端手持接收儀上。前端測量記錄儀除了無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的天線外，全部放置在一個金屬殼體內(nèi)，以增強(qiáng) 電磁屏蔽效果。圖3為后端手持接收儀的原理結(jié)構(gòu)框圖，手持接收儀由矩陣鍵盤、字符型點(diǎn)陣液晶模塊、 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、C8051F310高速8位單片機(jī)構(gòu)成。按鍵和液晶顯示相結(jié)合的方式組成人 機(jī)界面，以便于操作和使用，液晶顯示設(shè)計(jì)成多級菜單的形式，不同的菜單代表不同的指令 功能，通過后端手持接收儀向前端測量記錄儀發(fā)送不同的指令要求。前端測量記錄儀和后端手持接收儀之間的通訊，采用軟件容錯處理方式，保證最小的誤 碼率，同時不會出現(xiàn)因通訊中斷而出現(xiàn)死機(jī)的情況，使用可靠。圖4和圖5分別為前端測量記錄儀和后端手持接收儀的電路原理圖。
權(quán)利要求
1、一種雷電流測量方法，其特征在于采用雙向無線通訊方式，采用多通道的前端測量記錄儀和一個后端手持接收儀，前端測量記錄儀安裝在輸電線路桿塔或各種高塔上，用來測量和記錄雷擊桿塔時的雷電流的幅值、陡度、極性、以及雷擊桿塔時間；后端手持接收儀由人工操作，用來讀取存貯在前端測量記錄儀的記錄，并校準(zhǔn)前端測量記錄儀的時鐘。
2、 實(shí)現(xiàn)上述方法的雷電流測量裝置，其特征在于由多通道的前端測量記錄儀和 一個后端手持接收儀組成，前端測量記錄儀由多路模擬開關(guān)電路、信號調(diào)理電路、正 負(fù)峰值保持電路、測量觸發(fā)電路、處理器單元、數(shù)據(jù)存儲單元、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊及 多個電流傳感器組成；多個電流傳感器的輸出接多路模擬開關(guān)電路的輸入端，多路模 擬開關(guān)電路的輸出信號接調(diào)理電路的輸入端，信號調(diào)理電路的輸出接正負(fù)峰值保持電 路及測量觸發(fā)電路的輸入端；正負(fù)峰值保持電路的輸出端與處理器單元的A/D輸入通 道連接，測量觸發(fā)電路的輸出端與處理器單元的中斷輸入端連接；數(shù)據(jù)存儲單元與處 理器單元的12C接口連接；無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與處理器單元的串口連接；后端手持接收儀為一個便攜式手持設(shè)備，由矩陣鍵盤、字符型點(diǎn)陣液晶顯示模塊、 處理器單元、以及無線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。
3、 如權(quán)利要求2所述的雷電流測量裝置，其特征在于前端測量記錄儀中，處理 器單元其內(nèi)部帶有多通道的A/D轉(zhuǎn)換器和硬件實(shí)時鐘。
4、 如權(quán)利要求3所述的雷電流測量裝置，其特征在于所述的前端測量記錄儀和后 端手持接收儀中，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊為微功率、低成本ISM頻段無線通信模塊，串口接 口，可靠傳輸離距500m。
5、 如權(quán)利要求4所述的雷電流測量裝置，其特征在于前端測量記錄儀采用處理器 芯片LPC2103，后端手持接收儀釆用處理器芯片C8051F310。
6、 如權(quán)利要求2所述的雷電流測量裝置，其特征在于前端測量記錄儀為雷電流 測量環(huán)節(jié)，前端測量記錄儀中的電流傳感器用來檢測流過相關(guān)聯(lián)部位的電流，電流傳 感器為空心的羅柯夫斯基線圈+積分單元，垂直于線路桿塔安裝；或是光纖電流傳感器。
7、 如權(quán)利要求2所述的雷電流測量裝置，其特征在于前端測量記錄儀中，數(shù)據(jù) 存儲單元為串行I2C接口、可掉電存儲的E2PR0M。
8、 如權(quán)利要求2所述的雷電流測量裝置，其特征在于前端測量記錄儀中，供電 電源采用的是太陽能電池板和充電電池連接構(gòu)成。
9、如權(quán)利要求2所述的雷電流測量裝置，其特征在于所述的后端手持接收儀中， 字符型點(diǎn)陣液晶顯示模塊為串行數(shù)據(jù)接口，總共128X64點(diǎn)陣，可以顯示不同點(diǎn)陣大 小的英文字符和漢字字符。
全文摘要
一種雷電流測量方法及裝置，采用雙向無線通訊方式，采用多通道的前端測量記錄儀和一個后端手持接收儀，前端測量記錄儀安裝在輸電線路桿塔或各種高塔上，用來測量和記錄雷擊桿塔時的雷電流的幅值、陡度、極性、以及雷擊桿塔時間；后端手持接收儀由人工操作，用來讀取存貯在前端測量記錄儀的記錄，并校準(zhǔn)前端測量記錄儀的時鐘。前端測量記錄儀由多路模擬開關(guān)電路、信號調(diào)理電路、正負(fù)峰值保持電路、測量觸發(fā)電路、處理器單元、數(shù)據(jù)存儲單元、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊及多個電流傳感器組成；后端手持接收儀為一個便攜式手持設(shè)備，由矩陣鍵盤、字符型點(diǎn)陣液晶顯示模塊、處理器單元、以及無線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。成本低、測量結(jié)果準(zhǔn)確、時間精度高、測量數(shù)據(jù)便于讀取。
文檔編號G08C17/00GK101216983SQ200710169010
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者唐世宇, 康文斌, 勤 張, 波 張, 方玉河, 許遠(yuǎn)根, 谷山強(qiáng), 錢冠軍, 陳家宏, 陳維江 申請人:國網(wǎng)武漢高壓研究院