[实用新型]一种基于声光电同步观测的雷电定位装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及雷电监测领域，尤其涉及一种新型的雷电定位装置。

技术背景

雷电会引起森林、油库火灾，造成供电、通信系统故障或损坏，对航空航天、矿山及一些重要而敏感的高技术装备造成重大威胁。雷电具有瞬时性和随机性，这增加了雷电防护工程设计和雷电事故分析的难度，雷电定位技术为解决这一难题提供了支撑。雷电定位系统可以实时获得雷电的发生时间、发生位置以及雷电流强度等有效信息，这些资料对雷灾事故查询和雷电灾害评估至关重要。

目前国内外广泛应用的雷电定位系统主要采用基于雷电电磁信号的多站定位技术，该方法侧重于实现广域的雷电观测，其局限性在于系统布站范围广且需要综合多站数据，这对探测站的选址、安装以及通信都提出了更高的要求；而且，现有系统的定位精度为500m左右，对于监测变电站、油库、煤矿、机场等重点区域小范围内的雷击事故仍显不足。

基于雷声信号的雷电定位技术能够满足重点区域对小范围内雷电定位更高精度的需求。中国发明专利《多个声音传感器雷电定位仪及其定位方法》（申请号：CN200910310395.4）提出了两套技术方案：方案一利用四个麦克风传感器获得雷声信号到达时间，由此算出雷声信号间的到达时差，再根据双曲线方法获得雷声声源的发生位置。但该方案存在依然存在如下问题：首先，装置利用声音传感器实现系统触发，而实际环境中存在多种复杂的噪音源，会导致系统误触发而使得定位结果错误；其次，雷声信号在空气中传播受到诸多干扰，系统仅利用雷声信号进行定位将导致定位精度不高。方案二利用三个麦克风传感器和一个广角摄像头获得三组雷电声光信号到达时差，由此估算出声源到三个传感器的距离最终获得声源的发生位置。该方案同样存在不足：在强烈的雷暴天气过程中，短时间内强雷暴区域雷电的发生频率极高，此时，广角摄像头将同时或者连续地接收到多个发生在不同方位的雷电事件，会导致雷声信号与光信号难以匹配，影响定位系统正常运行。同样，《微计算机信息》2010年第8期上发表的文章“基于DSP的雷电定位系统设计”中利用雷声信号测向、声电信号测距的方法也存在这一问题，尽管这种定位技术在理论上可行，但实际过程中雷电事件繁发的情况将给系统的定位分析带来难题。

实用新型内容

针对背景技术的不足，本实用新型提出了一种基于声光电同步观测的新型雷电定位方法及装置，实现了仅用单站资料获取近距离内雷电事件的发生位置、发生时间以及三维通道结构。

本实用新型的技术方案是：一种基于声光电同步观测的雷电定位装置，包括麦克风阵列、光敏阵列、数据采集模块和数据处理模块；麦克风阵列由四个麦克风传感器组成，四个传感器安装在钢制支架上形成一个空间直角坐标系形状；光敏阵列是由八个雷电光信号探测器排列而成的圆形阵列，安装于麦克风阵列之上，用于探测雷电的光信号；数据采集模块包括触发模块、雷声信号预处理模块以及雷电光信号预处理模块，用于采集麦克风阵列、光敏阵列的信号，并对信号进行预处理；数据处理模块包括数据处理软件和结果显示界面，用于分析数据采集模块预处理后的信号，以获得雷电定位信息并且为用户显示定位结果。其有益效果是：与现有基于雷电电磁信号的雷电定位系统相比，该装置对于近距离的闪电事件探测精度更高；仅用单站资料获取近距离内雷电事件的发生位置、发生时间以及三维通道结构；主体探测设备结构小巧，方便携带，首次实现了可移动式的闪电监测手段；同时，装置中所利用的探测设备价格较低，大大降低了定位系统成本。

如上所述的雷电定位装置，其特征在于：所述麦克风传感器为电容式且其响应频率为15Hz-20KHz。其有益效果是：在探测雷声信号的同时能够感应雷电电磁信号。

如上所述的雷电定位装置，其特征在于：所述触发模块由雷电光信号探测电路、触发电平产生电路、数据采集控制电路组成。其有益效果是：可以有效的探测雷电光信号。

如上所述的雷电定位装置，其特征在于：所述雷声信号预处理模块由放大电路、信号平滑电路、低通滤波器组成。其有益效果是：可以有效的探测雷声信号。

如上所述的雷电定位装置，其特征在于：所述雷电光信号预处理模块由放大电路、信号平滑电路、高通滤波器组成。其有益效果是：便于雷电光信号的后续处理。

如上所述的雷电定位装置，其特征在于：它还包括温度测量仪，数据采集模采集温度测量仪信号。其有益效果是：能够获得实时的环境温度以算出声音的实际传播速度。

附图说明：

图1本实用新型装置结构框图；

图2 本实用新型探测设备实物图；

图3 本实用新型的光敏阵列示意图；