CN215066967U

CN215066967U - 一种闪电定位装置

Info

Publication number: CN215066967U
Application number: CN202120558731.3U
Authority: CN
Inventors: 吴健清; 张自嘉; 邰翠银; 仝岩青; 巩大康; 汪铭
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2021-03-18
Filing date: 2021-03-18
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2031-03-18

Abstract

本实用新型公开了一种闪电定位装置，包括微处理器、电源模块、GPS模块、电磁场传感器、雷声传感器、接收电路、第一AD转换模块和第二AD转换模块；电源模块和GPS模块分别与微处理器电性连接；电磁场传感器为4条天线，其中两条天线沿南北向正交，另外两条天线沿东西向正交，接收电路包括4通道信号调理电路，每个通道的信号调理电路的输入端与对应的天线电性连接，每个通道的信号调理电路的输出端与第一AD转换模块的输入端电性连接，第一AD转换模块的输出端与微处理器电性连接；雷声传感器经第二AD转换模块与微处理器电性连接，本实用新型实现了闪电定位装置的集成化、小型化和低成本要求。

Description

一种闪电定位装置

技术领域

本实用新型属于雷电探测技术领域，特别涉及了一种闪电定位装置。

背景技术

雷电是伴有闪电和雷鸣的自然放电现象，发生时会产生强烈瞬变的电磁脉冲，导致大气物理机制和化学成分的改变，通常伴随强降水、***、等灾害性天气活动。随着社会科技的进步，雷电灾害不仅干扰航空、电网、通信等***的正常运行，还会造成击毁建筑、引发火灾甚至击毙人畜等更加严重的后果。我国每年因雷灾会造成巨大的损失，***将雷电列为最严重的十大自然灾害之一。因此建立有效的雷电定位***进行雷电监测，对了解雷电特性进行相关性研究以及雷电灾害的预防工作具有指导意义。

雷电定位***是气象部门进行雷电监测、分析雷电活动特征的重要依据，对电力、通信等***的雷灾预警和预防具有指导思想。定位***利用多个探测站组网实时监测雷击发生的时间、位置、回击次数等各种雷电参数，是进行雷电预警的科学依据。探测效率与精度是雷电定位***的主要性能指标，定位算法是影响***性能的关键因素。

在上个世纪的时候，科学家己经开始对闪电进行监测，希望从中研究出闪电的一些规律及对闪电定位的技术。首先为加深人们对雷电防护的认识，并提供科学的雷电防护理论研究资料，采用遥测方法对闪电参数如发生的时间位置信息、闪电的强度信息等进行准确的监测。从探测到的闪电资料中，分析出闪电多发区域，有针对性的对这一区域进行重点监测，并从闪电资料中通过接收到的闪电发生清况对未来该区域的闪电发生清况进行预测，从而充分将这些信息使用到防雷减灾工作中以减轻由于闪电造成的经济损失。通过对雷电资料分析而得出的闪电预测结果，可以有效地预防一些与闪电密切相关的其他自然灾害，如暴雨、***等。把对闪电的预测信息共享给雷电重点防护部门，如电力、林业等国家部门，对雷电的预测不仅可以减少其造成的经济损失，还能作为一种清洁能源，在闪电发生过程中可以制造出氮肥，为农业的生产可以带来巨大的效益。由于对闪电的资料收集可以带来极大的利益，在军事和人们的生活中都有重要意义，目前许多国家与地区对雷电的防护都建立了雷电监测网络。

但雷电发生时间快，对采集速度要求较高，而且***长期运行在野外，对存储空间以及数据传输也有较高的要求。更重要的是，由于需要根据多站台测得的数据计算出闪电位置，要保证多站时间同步，精度在十纳秒级别。因此如何测量雷电电磁场及将测量设备高度集成化、小型化，并降低***成本是本领域亟待解决的问题。

实用新型内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本实用新型提出了一种闪电定位装置。

为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案为：

一种闪电定位装置，包括微处理器、电源模块、GPS模块、电磁场传感器、雷声传感器、接收电路、第一AD转换模块和第二AD转换模块；所述电源模块和GPS模块分别与微处理器电性连接；所述电磁场传感器为4条天线，其中两条天线沿南北向正交，另外两条天线沿东西向正交，所述接收电路包括4通道信号调理电路，4通道信号调理电路与4条天线一一对应，每个通道的信号调理电路的输入端与对应的天线电性连接，每个通道的信号调理电路的输出端与第一AD转换模块的输入端电性连接，第一AD转换模块的输出端与微处理器电性连接；所述雷声传感器与第二AD转换模块的输入端电性连接，第二AD转换模块的输出端与微处理器电性连接。

基于上述技术方案的优选方案，所述信号调理电路包括限幅电路、差分放大电路和滤波电路，所述限幅电路的输入端与对应的天线电性连接，限幅电路的输出端与差分放大电路的输入端电性连接，差分放大电路的输出端与滤波电路的输入端电性连接，滤波电路的输出端与第一AD转换模块的输入端电性连接。

基于上述技术方案的优选方案，所述闪电定位装置还包括与微处理器电性连接的通信模块，微处理器通过通信模块与上位机进行通信。

基于上述技术方案的优选方案，所述通信模块包括无线通信单元和有线通信单元。

基于上述技术方案的优选方案，所述闪电定位装置还包括一绝缘外壳，所述微处理器、电源模块、GPS模块、雷声传感器、接收电路、第一AD转换模块和第二AD转换模块设置在该绝缘外壳的内部；所述4条天线设置在绝缘外壳的外壁，并延伸至绝缘外壳的内部与对应的信号调理电路电性连接；所述通信模块设置在绝缘外壳上表面的内壁。

采用上述技术方案带来的有益效果：

本实用新型采用微处理器进行数据采集处理，相比于现有基于计算机的雷电定位***，具有集成化、轻便和易携带等优点。本实用新型利用GPS模块的PPS秒脉冲功能，实现微秒级别精准定时，从而提高定位精度。

附图说明

图1是本实用新型的装置结构图；

图2是磁方向法的示意图；

图3是本实用新型中限幅电路图；

图4是本实用新型中差分放大电路图；

图5是本实用新型中滤波电路图；

图6是本实用新型中绝缘外壳示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。

本实用新型设计了一种闪电定位装置，如图1所示，包括微处理器、电源模块、GPS模块、电磁场传感器、雷声传感器、接收电路、第一AD转换模块和第二AD转换模块。电源模块和GPS模块分别与微处理器电性连接。电磁场传感器为4条天线，其中两条天线沿南北向正交，另外两条天线沿东西向正交，接收电路包括4通道信号调理电路，4通道信号调理电路与4条天线一一对应，每个通道的信号调理电路的输入端与对应的天线电性连接，每个通道的信号调理电路的输出端与第一AD转换模块的输入端电性连接，第一AD转换模块的输出端与微处理器电性连接。雷声传感器与第二AD转换模块的输入端电性连接，第二AD转换模块的输出端与微处理器电性连接。

闪电定位是指为找出闪电发生地点，利用闪电出现时的电磁场强度、声音进行分析雷电的各种参数，从而定位到回击点。在闪电发生时会产生电磁波，通过对电磁波产生的时间信息及其波形强度等参数，从而推测出闪电回击点是现在常用的闪电定位技术。磁方向法是利用天线接收到的磁场强度进行处理从而计算出闪电发生时的方向角，根据方向角可以计算出闪电发生的回击位置。天线由南北向与东西向正交的环线圈构成，天线南北向与东西向线圈接收闪电发生时所产生的电磁波强度不同，通过其大小之比可计算出方位角。其测向原理如图2所示。再通过雷声传感器采集的雷声信号与声速值，可以计算出闪电发生位置距定位装置的距离。

在本实施例中，优选地，如图1所示，所述信号调理电路包括依次连接的限幅电路、差分放大电路和滤波电路。所述限幅电路如图3所示。所述差分放大电路如图4所示。所述滤波电路如图5所示。

在本实施例中，优选地，如图1所示，所述闪电定位装置还包括与微处理器电性连接的通信模块，微处理器通过通信模块将装置采集到的数据上传给上位机，上位机根据采集数据计算出闪电定位结果。进一步地，所述通信模块包括无线通信单元和有线通信单元。

在本实施例中，优选地，如图6所示，所述闪电定位装置还包括一绝缘外壳8，微处理器2、电源模块3、GPS模块4、雷声传感器5（包括AD转换模块）、接收电路（包括AD转换模块）设置在该绝缘外壳8的内部。4条天线6设置在绝缘外壳8的外壁，并延伸至绝缘外壳8的内部与对应的信号调理电路7电性连接。通信模块1设置在绝缘外壳8上表面的内壁。

需要说明的是，上述磁方向法以及利用雷声传感器实现闪电定位的技术属于本领域已知技术。本实用新型创新之处在于设计具有优势的硬件装置，对装置涉及到的算法并未进行实质性改进。

实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。

Claims

1.一种闪电定位装置，其特征在于：包括微处理器、电源模块、GPS模块、电磁场传感器、雷声传感器、接收电路、第一AD转换模块和第二AD转换模块；所述电源模块和GPS模块分别与微处理器电性连接；所述电磁场传感器为4条天线，其中两条天线沿南北向正交，另外两条天线沿东西向正交，所述接收电路包括4通道信号调理电路，4通道信号调理电路与4条天线一一对应，每个通道的信号调理电路的输入端与对应的天线电性连接，每个通道的信号调理电路的输出端与第一AD转换模块的输入端电性连接，第一AD转换模块的输出端与微处理器电性连接；所述雷声传感器与第二AD转换模块的输入端电性连接，第二AD转换模块的输出端与微处理器电性连接。

2.根据权利要求1所述闪电定位装置，其特征在于：所述信号调理电路包括限幅电路、差分放大电路和滤波电路，所述限幅电路的输入端与对应的天线电性连接，限幅电路的输出端与差分放大电路的输入端电性连接，差分放大电路的输出端与滤波电路的输入端电性连接，滤波电路的输出端与第一AD转换模块的输入端电性连接。

3.根据权利要求1所述闪电定位装置，其特征在于：所述闪电定位装置还包括与微处理器电性连接的通信模块，微处理器通过通信模块与上位机进行通信。

4.根据权利要求3所述闪电定位装置，其特征在于：所述通信模块包括无线通信单元和有线通信单元。

5.根据权利要求3所述闪电定位装置，其特征在于：所述闪电定位装置还包括一绝缘外壳，所述微处理器、电源模块、GPS模块、雷声传感器、接收电路、第一AD转换模块和第二AD转换模块设置在该绝缘外壳的内部；所述4条天线设置在绝缘外壳的外壁，并延伸至绝缘外壳的内部与对应的信号调理电路电性连接；所述通信模块设置在绝缘外壳上表面的内壁。