[发明专利]雷击专用数字存储示波器及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及示波器技术领域，特别涉及一种雷击专用数字存储示波器及其测量方法。

背景技术

数字存储示波器DSO(digital storage oscilloscope)由于具有模拟示波器不可比拟的优势，近些年来发展十分迅速。数字存储示波器是电子信号测量的常用仪器之一，它在各行各业如机械、电子、军事以及科研教学等领域都有着广泛的应用。现有通用数字存储示波器造价昂贵，设计复杂，多用于高速采集和分析有规律的周期波形，在技术实现上常采用大规模现场可编程门阵列逻辑器件FPGA、FIFO先入先出存储器、DMA控制器、高速模数A/D转换器(简称ADC)、数字信号微处理器DSP以及其他高速控制接口芯片等。虚拟数字存储示波器一般是基于PC机(个人电脑)的，很好的利用了PC机的高速控制和方便的分析显示等功能，但是其前端的数据采集卡仍然技术复杂，成本不菲。由于雷击电流波形自身的特殊性，以及出于成本和功能针对性的考虑，前述两种数字存储示波器均不能很好地满足雷击要求，必须设计专用的数字存储示波器。

雷电是一种能引起严重灾害的自然现象。随着人类经济社会的发展，因雷电而引发的灾害也越来越多。人类对雷电灾害的监测记录已经有很长时间。我国在气象部门设立的几千个气象台站都有近几十年来的雷电观测记录，但是这些记录大都缺少定量化。目前，国家已经认识到建设大范围雷电监测网的必要性，气象部门将这一系统的建设纳入发展计划。雷电监测网的建立将发挥重要作用，而雷击电流波形的检测研究是其中最为重要的环节，可以提供丰富的雷击参数，为定量分析提供可靠依据。

由Rogowski线圈(络氏线圈)感应的雷击电流波形一般持续约10～500us(微秒)，波头约100us以内，波头前沿上升时间约1～5us，而且经常伴有振荡。雷击源区附近波形主频谱约5～7KHz(千赫兹)，较远区域约10～500KHz。根据香农采样定理，最大可用采样带宽相当于采样频率的一半，因此示波器的采样频率必须大于1MHz(兆赫兹)。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种可很好满足雷击要求的雷击专用数字存储示波器。

本发明的另一个目的在于提供由上述雷击专用数字存储示波器实现的测量方法。

为达上述目的，本发明采用如下的技术方案：

雷击专用数字存储示波器，包括信号调理及触发信号产生电路、时序分配电路、采样保持电路、ADC单片机电路、主控单片机电路、电源电路、显示器接口单元和计算机通信串行口，所述信号调理及触发信号产生电路、采样保持电路、ADC单片机电路依次连接，时序分配电路分别连接采样保持电路、ADC单片机电路；所述信号调理及触发信号产生电路、ADC单片机电路、电源电路均分别与主控单片机电路连接；计算机通信串行口连接主控单片机电路，并外接计算机；所述信号调理及触发信号产生电路连接外部雷击电流信号输入插座的信号端；所述电源电路包括第一输出端、第二输出端以及第三输出端，其第一输出端、第二输出端、第三输出端均连接信号调理及触发信号产生电路，所述第三输出端分别连接时序分配电路、采样保持电路、ADC单片机电路、主控单片机电路；所述显示器接口单元连接主控单片机电路，并外接显示器。

所述信号调理及触发信号产生电路包括阻抗变换电路、隔离缓冲电路、半波整流电路和主控单片机中断控制电路，所述阻抗变换电路包括第一运算放大器，第一运算放大器包括电源正极接入端、电源负极接入端、第一同相输入端、第一反相输入端和第一输出端，所述第一运算放大器的电源正极接入端、电源负极接入端分别连接电源电路的第一输出端、第二输出端；第一运算放大器的第一同相输入端连接外部雷击电流信号输入插座的信号端；第一运算放大器的第一反相输入端连接其第一输出端，第一运算放大器的第一输出端连接半波整流电路；所述半波整流电路分别连接电源电路的第一输出端、第二输出端；