[发明专利]一种闪电监测设备

说明书

技术领域

本发明涉及监测设备技术领域，主要适用于闪电监测设备。

背景技术

闪电是一种放电现象，且具有巨大的破坏作用。而目前人类还无法控制和阻止它的产生。闪电灾害已被联合国有关部门列为“最严重的十种自然灾害之一”。

闪电的放电通道内部的情况是难以直接测量的，而且闪电演变过程在微秒量级，放电通道在空间分布区域较大。为了获取闪电放电的时空演变过程，就需要做到以下几点：

1.将闪电所产生的甚高频电磁场或是发射光谱及其变化来映射放电通道情况；

2.在时间上，至少能够在微秒时间量级记录放电通道；

3.在空间上，能够对放电通道上的各点精确定位。

在解决了上述关键技术的基础上，就可实现在微秒时间分辨率上对放电通道在三维空域进行重建，为雷电物理研究工作者提供放电通道在三维空域随时间变化的动态演变过程。

基于光学的放电通道观测也一直是雷电物理研究的重要途径之一。由闪电知识可知：闪电在阶梯先导阶段伴有微光，回击过程产生强光；因此用光学方法探测放电通道发光的时空几何变化可用于推测放电的发展，包括其中的电离情况。即，用光学探测方法对放电通道进行三维重建可以弥补甚高频方法的不足。

对闪电放电通道以光学方式进行研究，主要有以下三种成像系统：一是条纹相机，其时间分辨率可以达到微秒量级；但只有在地闪通道完全垂直时，条纹照片才真实地反映地闪先导速度和回击速度，利用条纹相机很难分析放电通道在水平方向上的发展。其二，ALPS(automatic lightning progression feature observation system，闪电特征自动化观测系统)系统，采用分离光电二极管作为成像面阵的成像单元，虽然时间分辨率可以达到微秒级以上，但空间分辨率较低。其三，数字化高速摄像机，其空间分辨率和时间分辨率相互制约，难以同时实现高空间分辨率和高时间分辨率。

此外，由于闪电发生具有偶然性及发生时间极短的特性，上述系统采用人工触发方式难以捕捉并拍摄自然闪电。闪电的光学信号由一系列具有快速上升时间与短持续周期的脉冲组成，可以通过监测闪电先导信号实现对闪电的捕捉。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种闪电监测设备，它不仅能够对闪电信号进行监测，而且能够在保证高空间分辨率的前提下，以高于微秒级时间分辨率获取闪电持续过程的图像。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种闪电监测设备包括：光强采集模块和信号分析模块；所述光强采集模块和所述信号分析模块连接。

进一步地，还包括：图像获取模块；所述图像获取模块与所述信号分析模块连接。

进一步地，所述光强采集模块包括：光电探测器、高通滤波电路、放大电路及模数转换电路；所述光电探测器、所述高通滤波电路、所述放大电路、所述模数转换电路及所述信号分析模块顺序连接。

进一步地，所述光强采集模块还包括：自动增益控制电路；所述自动增益控制电路与所述放大电路、所述信号分析模块连接。

进一步地，所述信号分析模块包括：

第一存储单元，存储经所述模数转换电路转换后连续的光强数据；

光强阈值判断单元，将所述第一存储单元中的连续存储的光强数据与光强阈值进行比较；

若连续的光强数据均大于或者等于所述光强阈值，则说明连续的光强信号符合闪电先导光强变化特征，并继续对光强信号进行上升斜率的判断；

若在连续的光强信号中靠后的光强数据小于光强阈值或者连续的光强数据都小于光强阈值，则将连续的光强信号作为背景信号发送到所述自动增益控制电路中，并清空存储单元；

若连续的光强信号中的靠前的光强数据小于光强阈值而靠后的光强数据大于或者等于光强阈值，则说明连续的光强信号中的靠前的光强信号不符合闪电先导光强变化特征，而靠后的光强信号符合闪电先导光强变化特征；并将靠前的光强信号作为背景信号发送到自动增益控制电路中；再将符合闪电先导光强变化特征的靠后的光强信号的后续光强信号与光强阈值进行相同的比较；

上升斜率判断单元，根据所述光强阈值判断单元的判断结果选择是否对光强信号的上升斜率进行判断；