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360sysrt:四川省云地闪大气电场仪雷电监测系统建设

时间: 2019-03-14阅读:

摘要 为了提高雷电预警和雷电防护技术,有效探测雷电的发生,截至2017年四川省气象局在全省21个地市(州)都建立了一部大气电场仪,能够对一定范围内的雷电进行短时预警,避免和减轻雷电可能造成的灾害和损失。本文对DNDY大气电场仪的主要结构、功能,业务范围,布网情況进行了详细介绍。

【关键词】大气电场仪 雷电探测 预警 DNDY

近些年,随着国家对雷电防御投入的不断加大,大气电场仪作为一种新型的雷电遥感探测设备,已经越来越多的被安装在重点建筑和重要区域。大气电场仪能够对大气中的电场强度变化进行的实时监测,通过监测能够对闪电的发生进行提前预警,在得到预警信息以后,现场操作人员根据实际情况,决定采取相应的措施。如撤离现场人员、暂时关闭正在运行的设备、取消计划的作业、提醒操作人员采取相应的避雷措施等。图1为现己建成的四川省大气电场仪分布图,形成了对特定区域的雷电短时预警,避免和减轻雷电可能造成的灾害和损失。

1 大气电场仪工作原理

当大气中的电荷达到一定的数量,云与地面之间就形成了很强的电场,当电场强度达到一定程度时,就会发生放电现象。根据相关研究表明,大气中电场在天气晴好时的电场强度平均值约为150V/m,当有雷雨云出现时,静电场的电场强度可增大到土14KV/m。根据经验一般认为大气电场强度超过3 KV/m时,表示有闪电即将发生,图2所示。

大气电场仪能够对半径15到20km区域的雷电进行监测。可以为重点场所提供雷电预警,为我们的工农业生产和科学研究提供了更完善的服务。

大气电场仪结构采用三维实体设计软件进行设计,保证各部件装配的顺利。连接处采用硅胶密封圈进行密封,外表喷白色烤漆,连接螺钉均选用不锈钢件,保证设备长时间室外运行之后外表依旧如新。同时,大气电场仪是一种高集成度的探测设备,室外设备直接将探测结果进行AD转换,通过串口传给远程通信模块。室内的通信模块将收到的数据实时发送到远程终端进行显示。如图3所示。

室外探头主要包括电源和探头两部分。探头负责对地表附近的大气电场进行测量,在完成一次数据采集以后将转换结果打上时标发送出去。电源部分主要完成对探头进行供电,电路板上的指示灯显示电源和数据发送是否正常。此外,电源部分还包括对市电和串口的防雷,抵抗因雷击或电网中大功率设备通断电产生的浪涌侵袭,保护设备不受损坏。室内设备主要是通信部分,负责将探测数据通过网络发送到当地或远程显示终端。大气电场仪的的三维视图和实物照片如图4所示。

1.1 主要特点

(1)一体化设计,所有功能模块全部在探头内部集成,直接输出数字信号,避免了采集器与传感器分开带来的干扰。

(2)传感器部分采用304不锈钢制造,保证长时间不受环境腐蚀。

(3)传感器动片连接的电机轴采用特殊工艺加工的水银接地,寿命超过10年,相比国内外通用的碳刷接地方式在信号稳定性和寿命上具有明显优势。

(4)核心处理芯片采用非常规单片机的FPGA,加上完善的外围电路,使设备升级变得更加简单方便。

(5)传感器与处理电路集成在一起,便于安装维护。

1.2 传感器探头

大气电场仪传感器探头部分使用304不锈钢精加工制造,保证长时间稳定运行,不受环境污染的影响。信号采样处理均在探头内完成,核心部件密封于铝制屏蔽空间内,阻隔外界环境和电磁干扰的影响。探头采用单路12V供电,电压转换、信号放大采集和数据处理均在探头内完成,高度集成保证了信号不受外界环境干扰,便于安装维护。

核心探头电路板是整个系统的核心,板上集成电压转换滤波模块、信号处理放大电路、高速FLASH、最大支持4G的SD卡插槽、电机控制、相位判断、温度监测、电压监测、带万年历时钟芯片等功能模块。中央处理芯片采用ALTERA公司的CYCLONE2系列FPGA,强大的处理能力可并行实现信号测量、电机控制和设备运行状态监控等工作,软件系统升级方便。

电路板采用6层板布板,具有极强的抗干扰能力,所有元件均选用工业级以上器件,焊接采用贴片机和回流焊,质量有效保证。

l.3 电源箱

如图6所示,电源箱内包含通用模块电源、空气开关、电源防雷模块和通信防雷模块。

2 总结

大气电场仪监测网的建立,实现了对重要地区大气中的电场强度变化的实时监测,通过监测能够对闪电的发生进行提前预警,避免和减轻雷电可能造成的灾害和损失。

参考文献

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