一種微型化雷電預(yù)警裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的一種微型化的雷電預(yù)警裝置，其特征如下：該微型化雷電預(yù)警裝置包括高靈敏度微型電場傳感器、信號采集與處理單元、報(bào)警與顯示單元、電源和外殼五部分。所述的高靈敏度微型電場傳感器，可采用微型場磨式電場傳感器、微型振膜式電場傳感器或MEMS電場傳感器。所述的信號采集與處理單元，主要完成對傳感器的輸出信號進(jìn)行處理，得到大氣電場幅值，并且依據(jù)幅值作為判斷閾值對雷擊危險(xiǎn)性進(jìn)行判斷。所述的報(bào)警與顯示單元，主要完成以聲光和數(shù)值方式把當(dāng)前電場值和雷擊危險(xiǎn)性給出提示的功能。本發(fā)明將高靈敏度的微型電場傳感器和嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合，組成微型化的雷電預(yù)警裝置，可隨身攜帶，在各種場合應(yīng)用，方便沒有專業(yè)知識的人員使用。
【專利說明】—種微型化雷電預(yù)警裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雷電預(yù)警裝置，尤其涉及一種微型化的雷電預(yù)警裝置，屬于雷電預(yù)警與探測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]雷電災(zāi)害是最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一。全球每年因雷擊造成人員傷亡，財(cái)產(chǎn)損失不計(jì)其數(shù)，導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、信息系統(tǒng)癱瘓等事故頻繁發(fā)生，衛(wèi)星、通信、導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，乃至到每個(gè)家庭的家用電器都會受到雷電災(zāi)害的嚴(yán)重威脅。我國雷暴活動也十分頻繁，全國有21個(gè)省會城市，雷暴日都在50天以上，最多達(dá)134天。隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和現(xiàn)代化水平的不斷提高，信息技術(shù)的快速發(fā)展，城市建設(shè)高層建筑，和電子信息系統(tǒng)應(yīng)用的日益增多，雷電災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失及社會影響也越來越大，做好防雷減災(zāi)工作，不僅是安全生產(chǎn)不可缺少的重要環(huán)節(jié)，也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展，社會進(jìn)步和人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要保障。
[0003]資料顯示，在當(dāng)前全球氣候變暖的大背景下，像雷暴這種極端天氣出現(xiàn)的頻率、強(qiáng)度都不斷增加，從我國近30年的氣象資料看，雷電災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡事故日益嚴(yán)重，具有發(fā)生頻次多、范圍廣、危害嚴(yán)重、社會影響大的特點(diǎn)。中國氣象局統(tǒng)計(jì)，僅2006年，全國就發(fā)生雷電災(zāi)害近兩萬起，其中，傷亡事故759起，造成717人死亡，640人受傷，全年因雷擊引起的火災(zāi)或爆炸事故234起，造成直接經(jīng)濟(jì)損失超過6億元。數(shù)字不小。雷電災(zāi)害已成為危害程度僅次于暴雨洪澇、滑坡塌方的一大氣象災(zāi)害。
[0004]北京地區(qū)全年雷暴總數(shù)在32天至48天，夏季6月至8月均勻?yàn)?8天左右。雷暴天數(shù)分布上北京西北部山區(qū)和東部地區(qū)位列榜首，據(jù)北京市避雷裝置安全檢測中心的不完全統(tǒng)計(jì)，2012年5月4日到6月30日期間，北京發(fā)生的12起雷電災(zāi)害中，只有一起發(fā)生在城區(qū)，另外11起均發(fā)生在五環(huán)外，并造成I人死亡。
[0005]在我國目前的雷電預(yù)警體制中，中央氣象臺只能發(fā)布24小時(shí)的預(yù)報(bào)，短時(shí)的預(yù)報(bào)或臨近的預(yù)報(bào)是由地方臺、省臺、地區(qū)臺、地方臺去負(fù)責(zé)發(fā)布的，但是這種發(fā)布是針對未來幾個(gè)小時(shí)，某一個(gè)地區(qū)范圍的預(yù)警。但是雷暴的危害是局地性的，很多特殊行業(yè)不能因?yàn)榻裉煳磥韼讉€(gè)小時(shí)將要有雷暴，就不再進(jìn)行正常的工作與作業(yè)，比如旅游景區(qū)、高爾夫球場，不能因?yàn)榻裉鞂⒁欣妆腿觳粻I業(yè)；山上的小學(xué)，不能因?yàn)榻裉鞂⒁欣妆腿觳簧蠈W(xué)。因此，對于雷電預(yù)警，更需要精細(xì)化的短時(shí)的預(yù)警，比如精確到幾公里范圍，預(yù)警時(shí)間在5-30分鐘的量級，這樣可以告訴人們，在未來5-30分鐘內(nèi)，本地將會有很大的雷擊危險(xiǎn)性，請大家暫停戶外活動和工作，提前躲避到室內(nèi)，并且使敏感電器斷電、化工生產(chǎn)暫停，從而既保證人員、設(shè)備安全，又盡量減少對正常工作生活的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是設(shè)計(jì)微型化、便攜化的雷電預(yù)警裝置，代替?zhèn)鹘y(tǒng)雷電預(yù)警系統(tǒng)，以滿足可隨身攜帶，在各種場合使用的需求。
[0007]本發(fā)明公開了一種微型化雷電預(yù)警裝置，該裝置將高靈敏度的微型電場傳感器和嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合，組成微型化的雷電預(yù)警裝置，可隨身攜帶，在各種場合應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
本發(fā)明公開的一種微型化雷電預(yù)警裝置，其特征如下:
該微型化雷電預(yù)警裝置包括高靈敏度微型電場傳感器、信號采集與處理單元、報(bào)警與顯示單元、電源和外殼五部分。
[0009]所述的高靈敏度微型電場傳感器，可采用微型場磨式電場傳感器、微型振膜式電場傳感器或MEMS電場傳感器，能夠以非常小的體積完成對大氣電場的測量。所述的微型場磨式電場傳感器，是用微型無刷電機(jī)驅(qū)動屏蔽極板周期性的對傳感器感應(yīng)極板進(jìn)行屏蔽與去屏蔽，把外界大氣電場斬波調(diào)制為周期性交變電場，從而實(shí)現(xiàn)對大氣電場的測量；所述的微型振膜式電場傳感器是指用鍍金屬膜并且打孔的振膜和感應(yīng)電極組成，振膜可在驅(qū)動信號驅(qū)動下往復(fù)振動，使得與振膜與感應(yīng)電極距離周期性改變，從而實(shí)現(xiàn)把外界大氣電場斬波調(diào)制為周期性交變電場；所述的MEMS電場 傳感器，是指應(yīng)用MEMS技術(shù)制作的振膜式電場傳感器，體積小于2cm3。
[0010]所述的信號采集與處理單元，主要完成對高靈敏度微型電場傳感器的輸出電壓信號進(jìn)行采集濾波等處理，得到外界大氣電場的幅值，并且依據(jù)大氣電場的幅值大小作為雷擊危險(xiǎn)性閾值進(jìn)行判斷，雷擊危險(xiǎn)性閾值的大小根據(jù)使用環(huán)境和應(yīng)用場所不同，但大致在5000V/m-20000V/m范圍；所述的信號采集與處理單元，具有有線或無線的處理算法更新接口，可方便對處理算法和內(nèi)置軟件進(jìn)行升級與更新，使得裝置應(yīng)用靈活。
[0011]所述的報(bào)警與顯示單元，主要完成以聲光和數(shù)值方式把當(dāng)前電場值和雷擊危險(xiǎn)性給出提示的功能。
[0012]所述的電源為鋰電池，為整個(gè)裝置提供能源。
[0013]所述的外殼為金屬外殼，為整個(gè)裝置提供支撐保護(hù)和電磁信號屏蔽。
[0014]本發(fā)明涉及的高靈敏度微型電場傳感器，不論是微型場磨式電場傳感器、微型振膜式電場傳感器或MEMS電場傳感器，其電場測量原理如下:
一個(gè)帶電體周圍會分布著電場，在電場中放置一塊金屬導(dǎo)體，導(dǎo)體表面就會產(chǎn)生感應(yīng)電荷，感生電荷密度為:σ= εΚΕ
式中ε為介電常數(shù)，是由于導(dǎo)體放入引起的電場畸變系數(shù)。如果金屬導(dǎo)體的面積為，則感應(yīng)電荷量為:€ =
若感應(yīng)導(dǎo)體對地或是另一感應(yīng)測量端的電容量為C，則產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為: Q BKES
U----
C C
通過機(jī)械運(yùn)動裝置使得外界的準(zhǔn)靜電場變成交變電場，在很短時(shí)間內(nèi)反復(fù)重復(fù)出現(xiàn)上述的感應(yīng)過程，測量這個(gè)感應(yīng)電壓，并且進(jìn)行相應(yīng)信號處理，即可得到電場數(shù)值。
[0015]本發(fā)明公開的一種微型化雷電預(yù)警裝置，工作原理如下:
高靈敏度微型電場傳感器對大氣電場進(jìn)行探測，將大氣電場轉(zhuǎn)換為電壓信號傳給信號采集與處理單元，信號采集與處理單元對高靈敏度微型電場傳感器的輸出電壓信號進(jìn)行采集與處理，得到大氣電場幅值，與預(yù)先設(shè)定的雷擊危險(xiǎn)性等級閾值進(jìn)行比較，超過相應(yīng)的閾值就給出相應(yīng)的預(yù)警信號；報(bào)警與顯示單元根據(jù)信號采集與處理單元給出的預(yù)警信號，給出聲光顯示報(bào)警提示，電場幅值和雷擊危險(xiǎn)性顯示，提醒人們對終止室外活動，對雷電進(jìn)行防護(hù)。
[0016]有益效果:
1、本發(fā)明的一種微型化雷電預(yù)警裝置，將高靈敏度微型電場傳感器、信號采集與處理單元、報(bào)警與顯示單元、電源封裝在一個(gè)外殼中，能夠顯著縮小體積，提高雷電預(yù)警裝置的應(yīng)用靈活性。
[0017]2、本發(fā)明的一種微型化雷電預(yù)警裝置，內(nèi)置了嵌入式的信號采集與處理單元，可以實(shí)時(shí)的對電場信號進(jìn)行處理，給出雷擊危險(xiǎn)性判斷；該信號采集與處理單元可以通過有線或無線接口進(jìn)行程序升級，提高了使用靈活性。
[0018]3、本發(fā)明的一種微型化雷電預(yù)警裝置，改變了以往氣象系統(tǒng)使用的雷電預(yù)警系統(tǒng)體積大，操作使用需要專業(yè)知識的缺點(diǎn)，具有通過報(bào)警與顯示單元直接給出雷擊危險(xiǎn)性提示的功能，方便沒有專業(yè)知識的人員使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是一種微型化雷電預(yù)警裝置圖；
圖2是微型場磨式電場傳感器圖；
圖3是微型振膜式電場傳感器圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0021]本實(shí)施例的一種微型化雷電預(yù)警裝置【具體實(shí)施方式】如下:
該微型化雷電預(yù)警裝置如圖1所示，包括高靈敏度微型電場傳感器、信號采集與處理單元、報(bào)警與顯示單元、電源和外殼五部分。其中高靈敏度微型電場傳感器置于外殼上部，信號采集與處理單元置于外殼內(nèi)部高靈敏度微型電場傳感器下方，電源置于外殼內(nèi)部信號采集與處理單元下方，報(bào)警與顯示單元置于外殼側(cè)方。
[0022]所述的高靈敏度微型電場傳感器，可采用微型場磨式電場傳感器、微型振膜式電場傳感器或MEMS電場傳感器,能夠以非常小的體積完成對大氣電場的測量。
[0023]所述的微型場磨式電場傳感器，如圖2所示，是用微型無刷電機(jī)驅(qū)動屏蔽極板周期性的對傳感器感應(yīng)極板進(jìn)行屏蔽與去屏蔽，把外界大氣電場斬波調(diào)制為周期性交變電場，從而實(shí)現(xiàn)對大氣電場的測量。
[0024]所述的微型振膜式電場傳感器，如圖3所示，是指用鍍金屬膜并且打孔的振膜和感應(yīng)電極組成，振膜可在驅(qū)動信號驅(qū)動下往復(fù)振動，使得與振膜與感應(yīng)電極距離周期性改變，從而實(shí)現(xiàn)把外界大氣電場斬波調(diào)制為周期性交變電場；所述的MEMS電場傳感器，是指應(yīng)用MEMS技術(shù)制作的振膜式電場傳感器，體積更小。
[0025]該微型化雷電預(yù)警裝置工作過程:高靈敏度微型電場傳感器對大氣電場進(jìn)行探測，將大氣電場轉(zhuǎn)換為電壓信號傳給信號采集與處理單元，信號采集與處理單元對高靈敏度微型電場傳感器的輸出電壓信號進(jìn)行采集與處理，得到大氣電場幅值，與預(yù)先設(shè)定的雷擊危險(xiǎn)性等級閾值進(jìn)行比較，超過相應(yīng)的閾值就給出相應(yīng)的預(yù)警信號；報(bào)警與顯示單元根據(jù)信號采集與處理單元給出的預(yù)警信號，給出聲光顯示報(bào)警提示，電場幅值和雷擊危險(xiǎn)性顯示，提醒人們對終止室外活動，對雷電進(jìn)行防護(hù)。[0026]所述的雷擊危險(xiǎn)性等級閾值的大小根據(jù)使用環(huán)境和應(yīng)用場所不同，但大致在5000V/m-20000V/m 范圍，可以把 5000V/m-10000V/m 設(shè)為一級預(yù)警，把 10001V/m_15000V/m設(shè)為二級預(yù)警，把15000V/m-20000V/m設(shè)為三級預(yù)警，預(yù)警級別越高，則雷擊危險(xiǎn)性越大，雷擊來臨時(shí)間越短。
[0027]本發(fā)明保護(hù)范圍不僅局限于本實(shí)施例，本實(shí)施例用于解釋本發(fā)明，凡與本發(fā)明在相同原理和構(gòu)思條件下的變更或修改均在本發(fā)明公開的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種微型化雷電預(yù)警裝置，其特征如下:該微型化雷電預(yù)警裝置包括高靈敏度微型電場傳感器、信號采集與處理單元、報(bào)警與顯示單元、電源和外殼五部分；所述的高靈敏度微型電場傳感器，可米用微型場磨式電場傳感器、微型振膜式電場傳感器或MEMS電場傳感器，能夠以非常小的體積完成對大氣電場的測量；所述的信號采集與處理單元，主要完成對高靈敏度微型電場傳感器的輸出電壓信號進(jìn)行采集濾波等處理，得到外界大氣電場的幅值，并且依據(jù)大氣電場的幅值大小作為雷擊危險(xiǎn)性閾值進(jìn)行判斷；所述的信號采集與處理單元，具有有線或無線的處理算法更新接口，可方便對處理算法和內(nèi)置軟件進(jìn)行升級與更新，使得裝置應(yīng)用靈活；所述的報(bào)警與顯示單元，主要完成以聲光和數(shù)值方式把當(dāng)前電場值和雷擊危險(xiǎn)性給出提示的功能；所述的電源為鋰電池，為整個(gè)裝置提供能源；所述的外殼為金屬外殼，為整個(gè)裝置提供支撐保護(hù)和電磁信號屏蔽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型化雷電預(yù)警裝置，其特征在于:所述的微型場磨式電場傳感器，是用微型無刷電機(jī)驅(qū)動屏蔽極板周期性的對傳感器感應(yīng)極板進(jìn)行屏蔽與去屏蔽，把外界大氣電場斬波調(diào)制為周期性交變電場，從而實(shí)現(xiàn)對大氣電場的測量；所述的微型振膜式電場傳感器是指用鍍金屬膜并且打孔的振膜和感應(yīng)電極組成，振膜可在驅(qū)動信號驅(qū)動下往復(fù)振動，使得與振膜與感應(yīng)電極距離周期性改變，從而實(shí)現(xiàn)把外界大氣電場斬波調(diào)制為周期性交變電場；所述的MEMS電場傳感器，是指應(yīng)用MEMS技術(shù)制作的振膜式電場傳感器，體積小于2cm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型化雷電預(yù)警裝置，其特征在于:雷擊危險(xiǎn)性閾值的大小根據(jù)使用環(huán)境和應(yīng)用場所不同，但大致在5000V/m-20000V/m范圍。
【文檔編號】G01R29/08GK103983863SQ201410234648
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】唐凱 申請人:唐凱