[发明专利]一种雷电及地面电场监测一体装置

说明书

技术领域

本发明属于电子领域，特别涉及一种既能记录闪电发生前雷暴的电活动，又能记录雷暴过程中发生的闪电空间位置和放电参数的具有雷电监测及地面电场测量功能的一体装置。

背景技术

由雷电而引发的灾害现象已成为危害程度仅次于暴雨洪涝、气象地质灾害的第三大气象灾害。由于雷电的形成机理、形成条件极其复杂，雷电发生后的衍生物理现象转瞬即逝，单一的仅靠雷电发生后的衍生物理现象或是雷电发生不同阶段的地面电场情况作为雷电探测的标准是远远不够的。目前，测量大气电场和闪电活动的设备分别是基于通过电场传感器探头来对大气电场的变化进行监控的场磨式电场仪和基于单站定位的雷电探测仪，大气电场仪是一种通过前置传感器探头测量地面大气电场强度的设备，能够在野外恶劣的环境下长期对地面附近的大气电场强度进行测量，通过雷暴发生过程中地面大气电场变化对雷电进行预警；雷电探测仪利用电磁场信号和光信号对远处发生的雷电进行定向和测距。两种设备的功能不完全相同，大气电场仪起到前期预测的作用，即根据雷暴发展过程中各阶段电场变化的规律，判断雷暴当前所处的阶段，进而判断出短时间内监测区域内雷击发生的可能性；而雷电探测仪是对雷电进行准确定位的装置。这两种设备国际上一般都是分开、独立的，尚未出现将两种功能结合在一起的一体化测量装置。

另外，单站模式下，雷电的方向信息及其精度可以直接测量和满足要求，但雷电的距离无法直接测量，精确到1km的定位无法实现。目前，单站精确定位还属于世界级的难题。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种雷电及地面电场监测一体装置，其将雷电预测和雷电定位功能集成于一体，克服单一设备不易携带、探测精度低的缺点，提高雷电监测精度和准确度。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种雷电及地面电场监测一体装置，包括地面电场监测单元、雷电探测单元和信号与数据处理单元；

地面电场监测单元包括MCU模块、电场仪、放大器、滤波器和自检/自校模块，电场仪的输出端连接放大器的输入端，将感测的外电场电流信号送入放大器进行放大，所述放大器的输出端经由滤波器连接MCU模块，将滤波后得到的正弦波信号送入MCU模块；所述MCU模块将前述正弦波信号进行模数转换后通过RS232送入信号与数据处理单元，所述MCU模块还将预设的设备自检参数值进行数模转换后控制自检/自校模块产生自检信号；

雷电探测单元包括天线组件、三个前置放大电路、三个信号调理电路、波形鉴别电路、光电管和光探测模块，其中，天线组件包括分别用于接收磁场信号的东西环天线、南北环天线和用于接收电场信号的电场天线，所述三个前置放大电路的输入端与前述三种天线一一对应连接，所述前置放大电路的输出端则与三个信号调理电路的输入端一一对应连接；所述各信号调理电路的输出端输出电磁场信号，一方面通过总线连接信号与数据处理单元，另一方面连接波形鉴别电路，由波形鉴别电路判断是否是雷电信号后，通过总线送入信号与数据处理单元；所述光电管的输出端连接光探测模块，将采集的红外光信号转换为光电电流，并经光探测模块转换为电脉冲信号后送入信号与数据处理单元；

所述信号与数据处理单元对前述接收的信号进行处理，并通过通信接口传送给计算机进行显示。

上述电场仪包括动片和感应电极，所述动片在电机的带动下旋转，从而在感应电极上产生电流信号，该电流信号送入放大器的输入端。

上述放大器的输出端与滤波器的输入端之间还连接有跟随器。

采用上述方案后，本发明具有以下优点：

（1）本发明将电场强度测量技术和雷电定位技术相结合，对局地地面大气电场强度进行测量，对远距离发生的雷电进行测向和定距，通过综合二者信息，对可能发生的雷电危害进行预警，在国际上尚属创新；

（2）本发明利用高速AD和DSP技术，综合应用电磁场强度法、能谱法和光信号强度精确计算雷电距离，提高测量精度和可靠性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中地面电场监测单元的原理框图；

图3是本发明中雷电探测单元的原理框图；

图4是本发明中信号与数据处理单元的原理框图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提供一种雷电及地面电场监测一体装置，包括地面电场监测单元、雷电探测单元和信号与数据处理单元，下面分别介绍。