一体化雷电流波形峰值记录仪的制作方法

一体化雷电流波形峰值记录仪
1.说明书
技术领域
2.本实用新型涉及智能防雷技术领域，特别是涉及一体化雷电流波形峰值记录仪。
技术背景
3.雷电作为一种高频发的自然现象，容易对人或对设备产生一定的安全隐患。在传统的防雷中，行业需求主要集中于对设备电源、信号的直接防护，以间接保护人们的生命财产安全。雷击现象又可分为直击雷和感应雷，在实验室中，通常会使用10/350μs和 8/20μs两类波形来模拟自然的雷击事件。从波形分析可知，雷电流发生时的冲击电流大，其瞬间电流可高达几千至几万安培，其次，雷电流发生时间短，从电流冲击至放电完成，整个过程只需要几十到几百微秒。随着科技产品力的不断发展，智能防雷的提出使得用户对雷电这一现象有了更为直观的认识，电力系统、大型火车站等重点建筑对雷电研究的需求也更为迫切。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种一体化雷电流波形峰值记录仪，本实用新型一体化设计，可同时为用户提供以下数据信息：雷电流发生的次数、雷电流发生的时间、雷电流正负极性、雷电流峰值、雷电流能量、雷电流的波形。全方位实时提供现场雷电流信息数据，有助于做好雷电现象分析和科学防护。
5.一体化雷电流波形峰值记录仪，采用以下技术方案：
6.雷电流波形峰值记录仪包括电源稳压模块1、信号采集线圈2、信号采集电路3、信号放大电路4、主控信号单元5、数据存储单元6，数据通信单元7；所述信号采集电路3 和信号放大电路4组成雷电流采集单元8。
7.所述电源稳压模块1分别与雷电流采集单元8、主控信号单元5、数据存储单元6、数据通信单元7的电源端进行电气连接，为各单元提供电源输入。
8.所述电源稳压模块1、信号采集电路3、信号放大电路4、主控信号单元5、数据存储单元6、数据通信单元7置于壳体内，所述信号采集线圈2置于壳体外。
9.所述信号采集线圈2通过sma同轴线与信号采集电路3连接，信号采集电路3完成对雷击信号的积分还原与放大，在信号放大电路4中对雷击的电流信号转为电压信号，并在主控信号单元5中对电压信号进行ad转换，转为相应的数字信号。
10.所述数据存储单元6包含了内置eeprom以及sd卡，其中eeprom提供给记录仪内部的断电存储，sd卡则负责存储获取的雷电流采集信号；数据存储单元6通过sd卡存储雷电流信号及雷电流点位，该点位能通过折线图还原成雷电流波形。
11.所述数据通信单元7采用485芯片允许将采集信号传输至其他系统。
12.一体化雷电流波形峰值记录仪，采用一体化设计，可实现同时获取以下信息：雷电
流发生的次数、雷电流发生的时间、雷电流正负极性、雷电流峰值、雷电流能量、雷电流的波形。
13.所述电源稳压模块1设置dc电源稳压电路，支持宽电压9v-24v电压输入，用户可直接通过适配器或开关电源给设备进行供电，防止拆装时直接触碰220v高压设备，保证了人身安全。
14.所述数据通信单元(7)采用隔离电源、光耦信号隔离、保险丝，全方位保护了通信端的稳定性，既能防止过电流对信号数据的影响，也能防止过电压及雷电流对芯片内部冲击造成损坏。
15.所述信号采集线圈(2)可采用罗氏线圈，通过定制不同线径罗氏线圈即可满足不同场所的安装需求。
16.进一步的，电源稳压电路包括稳压芯片u6、电容c9、电容c10、电容c11、二极管 d5、电感l1、电容c12、电阻d15和电阻d16。所述芯片u6的引脚0接地，电容c9和电容c10两端分别连接芯片u6的引脚7和引脚0，所述c11连接芯片u6的引脚1和引脚8，所述二极管d5一端接芯片u6的引脚8，另一端接地。所述电感l1一端连接芯片u6的引脚8，另一端接输出5v，所述电容c12分别接输出5v和gnd，所述电阻d15一端接芯片u6的4引脚，另一端接输出到最后，所述电阻d16一端接芯片u6的4引脚，另一端接 gnd。所述电容c12分别接输出5v和gnd，电容c12起输出滤波作用，所述电阻d15和 d16通过不同阻值配合完成输出电压稳定在5v。
17.进一步的，所述雷电流采集单元8，通过芯片u4实现双电路，芯片u4内置为两个运放。其中芯片4号和8号引脚分别提供正负电源5v，电容c3、电容c4和电容c7、电容 c8分别与芯片u4和三极管u5相连，另一端接地，起电源滤波作用。电阻r8连接sma端子p2和芯片u4的引脚3，为雷电流的采样电阻，不同采样电阻会导致获取的雷电流数据存在误差。电容c5、电阻r10、电阻r9组成积分器，完成对雷电流的积分，电容c6连接在芯片u4的1号和5号引脚之间，滤除低频信号干扰。电阻r11连接在芯片u4的5 号引脚与地之间，电阻r12连接在芯片u4的6号引脚和电阻r13，另一端接地，电阻r13 另一端接芯片u4的7号引脚。其中电阻r11、电阻r12和电阻r13起放大作用，信号在芯片u4的7号引脚输出后通过电阻r14将信号输入至后端的主控信号单元中。
18.进一步的，所述数据通信单元7，包括485通信电路设计，485通信电路采用防雷设计，并实现信号保护。通过隔离电源与主电路断隔供电，光耦u2和u3将信号与主电路引脚隔离，元件d1、d2、d3为tvs，所述d1连接在485芯片a/b引脚间，d2、d3分别接a/b引脚与gnd，保险管f1、f2连接在485芯片a/b引脚输入前，钳位信号电压，此外，a/b间加入放电管d4对雷电流导流。
19.综上所述，由于本实用新型采用了上述技术方案，获得以下技术效果：
20.可实现同时获取雷电流发生的次数、雷电流发生的时间、雷电流正负极性、雷电流峰值、雷电流能量、雷电流的波形。全方位实时获取现场雷击情况，有助于雷电分析和科学防护，同时，功能的集成，可减少现场安装的复杂程度，有效降低运维成本；支持宽电压9-24v输入，用户可直接通过适配器或开关电源给设备进行供电，防止拆装时直接触碰220v高压设备，人身安全得到进一步保障。
附图说明
21.图1是本实用新型电路结构图。
22.图2是485通信电路设计图。
23.图3是电源稳压电路设计图。
24.图4是雷电流采集电路设计图。
具体实施方式
25.为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。
26.如图1所示，本实用新型中，信号采集线圈2通过sma同轴线与信号采集电路3连接，信号采集电路3完成对雷击信号的积分还原与放大，在信号放大电路4中对雷击的电流信号转为电压信号，并在主控信号单元5中对电压信号进行ad转换，转为相应的数字信号。数据存储单元6包含了内置eeprom以及sd卡，其中eeprom提供给装置内部的断电存储，sd卡则负责存储获取的雷电流采集信号。数据通信单元7采用485芯片允许将采集信号传输至其他系统。
27.在本实用新型中，如图2所示，光耦u2和u3分别将tx和rx信号与485芯片u1隔离，当u1芯片1号引脚输出高电平时，光耦u2无法导通，rx输入为vcc_3.3v，为高电平，若当u1芯片1号引脚输出低电平时，光耦u2内置导通，rx转为低电平；同理，tx 输入高电平时，光耦u3无法导通，u1芯片4号引脚获取电压为f3.3v，为高电平，若tx 输入低电平，光耦u3内置导通，u1芯片4号引脚获取为低电平，其中vcc_3.3v和f_3.3v 为隔离电源输入输出的两个电源电压。在芯片u1对外连接中，由所述二极管d1和二极管d2连接7号引脚，二极管d2的另一端和二极管d3连接6号引脚，二极管d1和二极管d3的另一端分别接隔离地f_gnd，当a/b间电压过高，二极管便会将电压钳位至6.8v，以保护芯片u1。保险丝f1和f2接在芯片6/7号引脚与端子p1之间，限制信号电流过大。若雷电流通过a/b线传入，则由连接在a/b之间的放电管d4，对雷电流进行泄放入地，放电管d4的一端引出，作为外壳地与大地连接。其中gnd和f_gnd为隔离电源输入输出的两个地，通过跨接电容c2的两端连接。
28.在本实用新型中，如图3所示。芯片u6为dc电源芯片，所述dc电源芯片型号为 tps5430，能够提供将宽电压5.5-36v的输入电压降压至所需要的的电压。在本实用新型中，通过使用电容c9、电容c10、电容c11、二极管d5、电感l1、电容c12、电阻r15 和电阻16，完成对输入电压9-24v降压稳压至5v。其中该芯片2号、3号和5号引脚悬空，所述芯片u6的0号引脚接地，电容c9和电容c10两端分别连接芯片u6的7号和0 号引脚，作为输入电源滤波使用，所述c11连接芯片1号和8号引脚，所述二极管d5一端接芯片u6的8引脚，另一端接地，该二极管为肖特基二极管，有效防止负倒流损坏的现象。所述电感l1一端接芯片u6的8号引脚，另一端接输出5v，所述电容c12分别接输出5v和gnd，电容c12起输出滤波作用，所述d15一端接芯片u6的4引脚，一端接输出，所述d16一端接芯片u6的4引脚，一端接gnd。所述电阻d15和d16通过不同阻值配合完成输出电压稳定在5v，在本实用新型中，电阻d15和电阻d16分别为10k和3.24k。
29.如图4所示，在本实用新型中，通过芯片u4完成对雷电流信号的采集，所述芯片u4 位tlc072，该芯片内置为两个运放。其中芯片4号和8号引脚分别提供正负电源5v，电容c3、电容c4和电容c7、电容c8分别与芯片u4和芯片u8相连，另一端接地，起电源滤波作用。电阻r8连接sma端子p2和芯片3号引脚，为雷电流的采样电阻，不同采样电阻会导致获取的雷电流数据存在误差。电容c5、电阻r10、电阻r9组成积分器，完成对雷电流的积分，电容c6连接在芯片u4的1号和5号引脚之间，滤除低频信号干扰。电阻r11连接在芯片5号引脚与地之间，电阻r12连接在芯片6号引脚和电阻r13，另一端接地，电阻r13另一端接芯片7号引脚。其中电阻r11、电阻r12和电阻r13起放大作用，信号在芯片u4的7号引脚输出后通过电阻r14将信号输入至后端的主控信号单元中。
30.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一体化雷电流波形峰值记录仪，其特征是：包括电源稳压模块(1)、信号采集线圈(2)、信号采集电路(3)、信号放大电路(4)、主控信号单元(5)、数据存储单元(6)，数据通信单元(7)，所述信号采集电路(3)和信号放大电路(4)组成雷电流采集单元(8)；所述电源稳压模块(1)分别与雷电流采集单元(8)、主控信号单元(5)、数据存储单元(6)、数据通信单元(7)的电源端进行电气连接，为各单元提供电源输入。2.根据权利要求1所述的一体化雷电流波形峰值记录仪，其特征是：所述电源稳压模块(1)、信号采集电路(3)、信号放大电路(4)、主控信号单元(5)、数据存储单元(6)、数据通信单元(7)置于一个壳体内，所述信号采集线圈(2)置于壳体外，通过sma同轴线与壳体外预留的sma接线端子连接，并和所述信号采集电路(3)形成电气连接；所述信号采集线圈(2)安装在接闪器或电涌保护器的接地线上。3.根据权利要求1所述的一体化雷电流波形峰值记录仪，其特征是：可同时采集获得以下数据信息：雷电流发生的次数、雷电流发生的时间、雷电流正负极性、雷电流峰值、雷电流能量、雷电流的波形。4.根据权利要求1所述的一体化雷电流波形峰值记录仪，其特征是：所述电源稳压模块(1)被设置为dc稳压电路，支持9v-24v电压输入。5.根据权利要求1所述的一体化雷电流波形峰值记录仪，其特征是：所述数据通信单元(7)采用隔离电源、光耦信号隔离、保险丝。6.根据权利要求1所述的一体化雷电流波形峰值记录仪，其特征是：所述信号采集线圈(2)可采用罗氏线圈。7.根据权利要求1所述的一体化雷电流波形峰值记录仪，其特征是：数据存储单元(6)通过sd卡存储雷电流信号及雷电流点位，该点位能通过折线图还原成雷电流波形。

技术总结
一体化雷电流波形峰值记录仪,包括信号采集线圈、信号采集电路、信号放大电路、主控信号单元、数据存储单元、数据通信单元、电源稳压模块；信号采集线圈通过SMA同轴线与信号采集电路连接，信号采集电路对雷击信号的积分还原与放大，信号放大电路对雷击的电流信号转为电压信号，并在主控信号单元中对电压信号进行AD转换，转为相应的数字信号，数据存储单元存储获取的雷电流采集信号，数据通信单元7将采集信号传输至其他系统；本实用新型可同时获取雷电流发生的次数、雷电流发生的时间、雷电流正负极性、雷电流峰值、雷电流能量、雷电流的波形。全方位实时获取现场雷击情况，有助于雷电分析和科学防护。和科学防护。和科学防护。


技术研发人员：张景斌 莫禧光 张正宝 覃月燕
受保护的技术使用者：广西地凯科技有限公司
技术研发日：2021.10.26
技术公布日：2022/5/25