專利名稱：雷電流測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于雷電流測量領域，具體地說涉及一種雷電流測量裝置，適用于輸電線路 桿塔或各種髙塔的雷電流參數(shù)測量。
技術背景雷電流參數(shù)的測量對探討防雷對策，提高防雷設施性能，評價防雷設施對各種設備及建 筑物的保護范圍以及分析雷害事故，區(qū)分事故責任，具有十分重要的意義。同時，雷電流參 數(shù)的測量也是進行雷電特性研究的基礎工作。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 線遠離雷電發(fā)生點，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)準確度不高。雷電流參數(shù)直接測量是在雷 擊發(fā)生點對雷電流進行直接測量的方式。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)點是 成本低便于大量安裝，但缺點是測量結果誤差大，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 "記錄雷擊電流強度和發(fā)生時間的方法及設備"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)生的強度、時間和次數(shù)，而且該設備內(nèi)時 鐘累計誤差不能被修正，所以記錄的雷擊時間準確性不高。中國實用新型專利200520105910. 2 "高壓輸電線路雷擊遙測設備"的主要用途是雷擊故 障點的快速査找，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，雖然也測量了雷電流的強度和時間，但并未記錄完整的雷電流信息，比如極性和陡度。 "高壓輸電線路雷擊遙測設備"采用了移動通訊網(wǎng)絡的通訊方式，由于通訊網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸存 在網(wǎng)絡延時，而且延時具有不確定性，所以該設備內(nèi)累計的時鐘誤差也不能被準確的修正， 所記錄的雷擊時間準確性也不高，該裝置后端采用計算機信息管理系統(tǒng)，從技術角度分析， 整體成本應該比較高。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型是考慮上述技術中的不足而設計的，提供一種雷電流測量裝置，該裝置成本 低、測量結果準確、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)部時鐘進行校 準、用于實測并收集雷擊輸電線路桿塔及其它高塔的雷電流參數(shù)。本實用新型的技術方案是雷電流測量裝置，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電路、信號調(diào)理電路、正負峰 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電路的輸入端，多路模擬開關電路的輸出 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峰值保持電路及測量觸發(fā)電路的輸入 端；正負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備，由矩陣鍵盤、字符型點陣液晶顯示模塊、處理 器單元、以及無線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。手持接收儀被設計成按鍵和液晶顯示菜單相結合的人 機界面方式，不需要特殊培訓，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轉換器和硬件實時鐘。
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I2C 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，字符型點陣液晶顯 示模塊為串行數(shù)據(jù)接口，總共128X64點陣，可以顯示不同點陣大小的英文字符和漢字字符。
按照上述構成,該雷電測量裝置的前端測量記錄儀能夠準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行校準。
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、性價比髙， 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。本實用新型的整個裝置具有如下特點測量值精度高、低功耗、無延遲校準對時技術(保 證時間誤差控制在1秒)、使用簡便、可靠性高、整體成本低，可大量安裝。


圖1為本實用新型實施例的使用示意圖。圖2為本實用新型實施例的前端測量記錄儀的原理結構框圖。 圖3為本實用新型實施例的后端手持接收儀的原理結構框圖。 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。
具體實施方式
下面將結合附圖和具體的實施方式對本實用新型的內(nèi)容作進一步詳細的描述。 圖中標記的說明1-前端測量記錄儀，2—后端手持接受儀。本實用新型實施例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髙塔上，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，并校準前端測量記錄儀的時鐘。圖l為本實用新型的使用示意圖，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行時間校準。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，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)過多路模擬開關電路和信號調(diào)理電路后，濾掉工頻信號和其它干擾信號；高速正峰值保持通道和高速負峰值保持 通道，分別完成正負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)轶{電平的時候，才表示檢測到有雷電流信號， 通過改變電壓比較器的負比較輸入端的電壓值,設置合適的閥值,這樣不會因閥值設置過小將 其它信號誤認為是雷電流信號，也不會因閥值設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位A/D轉換器和硬件實時鐘， 不需要擴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IS繊段無線通信模塊，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 電磁屏蔽效果。
圖3為后端手持接收儀的原理結構框圖，手持接收儀由矩陣鍵盤、字符型點陣液晶模塊、 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、C8051F310高速8位單片機構成。按鍵和液晶顯示相結合的方式組成人 機界面，以便于操作和使用，液晶顯示設計成多級菜單的形式，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。
權利要求1、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電路、信號調(diào)理電路、正負峰值保持電路、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電路的輸入端，多路模擬開關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峰值保持電路及測量觸發(fā)電路的輸入端；正負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I2C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備，由矩陣鍵盤、字符型點陣液晶顯示模塊、處理器單元、以及無線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。
2、 如權利要求1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轉換器和硬件實時鐘。
3、 如權利要求2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。
4、 如權利要求3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。
5、 如權利要求l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。
6、 如權利要求l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PPR0M。
7、 如權利要求1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成。
8、 如權利要求1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， 字符型點陣液晶顯示模塊為串行數(shù)據(jù)接口，總共128X64點陣，可以顯示不同點陣大 小的英文字符和漢字字符。
專利摘要雷電流測量裝置，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電路、信號調(diào)理電路、正負峰值保持電路、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備，由矩陣鍵盤、字符型點陣液晶顯示模塊、處理器單元、以及無線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。采用雙向無線通訊方式，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，并校準前端測量記錄儀的時鐘。成本低、測量結果準確、時間精度高、測量數(shù)據(jù)便于讀取。
文檔編號G01R31/08GK201130210SQ20072030038
公開日2008年10月8日 申請日期2007年12月26日 優(yōu)先權日2007年12月26日
發(fā)明者唐世宇, 康文斌, 勤 張, 波 張, 方玉河, 許遠根, 谷山強, 錢冠軍, 陳家宏, 陳維江 申請人:國網(wǎng)武漢高壓研究院