雷电回击计数器有效触发计数信号的识别方法

收 稿 日期 ： ０ ２０ — ６ ２ １ — ３２ ．
基 金 项 目 ： 苏 省 “ 大 人 才 高 峰 ” 划 ； 苏省 高校 科 研 成果 产业 化推 进项 目（ＨＢ ０ １１ ） 江 苏省 “ 感 网与 现 代 江 六 计 江 Ｊ ２ １—５ ； 传
气 象 装 备 ” 势学 科 建 设 项 目． 优 作者简介 ： 陈洁 （９ ２ ） 女 ， 士 ． １８ 一 ， 硕 主要 从 事 雷 电 电磁 兼 容 与过 电压 防护 研 究 ．
别 回击脉 冲 的波 头陡度 、 有效脉 宽及 脉冲 间隔等特征 参 量。在 此基 础上 ， 计 了回击有 效 计数 设
脉 冲信 号提取 电路 ， 利用 斜率检 测 方法识 别 出满足 波 头陡度 判 断条 件 的 回击脉冲 ， 由单稳 态触
发 器使 单次 回击在 持续 时 间 内仅产 生 唯一计 数脉 冲 。 电路 仿 真 实验 结果 表 明 ， 方 法 可 以抑 该 制 波头 缓 的大峰值 Ｍ 分 量及 单次 回击脉 冲 内多次 震高 产生 冗余脉 冲造 成 的计 数误 差 ， 高计 提 数器 对有 效触发 计 数信号 的识别 效 率 。
陈 洁 ， 宁增 琨 ， 周 龙 ， 成 勤 行 鸿彦 ，
（ ． 京 信 息 工程 大 学 大 气 物理 学 院 ， 京 ２ ０ ４ ；． 京 信 息 工 程 大 学 ， 苏 省 气 象 传 感 网 技 术 ２ 程 中心 ， １南 南 １０４２ 南 江 １ ２
南京 ２ ０ ４ ） １ ０ ４
ｒ ｃ ｄ ｓ ｄ ｏ ｏｕ ｅ ｅ ｐｏ ｎｔａ ｖ ｆ ｒ ， ｈｅ ｎ ｔｏ ｏ ｇｈ ｃ ｒ ｎ — ｅ ｋ Ｍ ｏ ｐ ｎｅ ａ ｄ ｅ ｏｒ ｓ ｂａ ｅ ｎ ｄ ｂｌ ｘ ｎｅ ｉｌｗａ ｅ ｏ ｍ ｔ ｎ ｏ ｉ ｎｓ ｆ ｈｉ — ｕｒ ｅ ｔ ｐ ａ ｃ ｍ ｏ ｎｔ ｎ ｍ ｕ ｔｐｌ ｓ ｉｌ ｔｏ ｒｎｇ ｏ ｅ ｕｒ ｔ ｏ ｒ ｈｅｍａ ｎ ｆ ｃ ｏ ｓｌ ａ ｉ ｇ ｔ ｏｕ ｒ ｏｒ Ｔｈｒ ｇｈ ｖａ ｔ ｌｉ ｅ ｏ ｃｌａ ｉ ｎ ｄｕ ｉ ｎｅ ｒ ｔ ｎ ｓ ｒ ｋｅａ ｅ ｔ ｉ ａ ｔ ｒ ｅ ｄ ｎ ｏ ｃ ｎｔｅ ｒ ｓ ｏｕ ｓ
一
个 重 要指标 ， 过 安 装 在 系 统 引下 装 置上 的雷 通
电计数 器 （ 以下 简称 计 数 器 ） 量 接 闪 的 回击 次 测
数 。计 数器 的测量 结果 不 仅能直 观 地反应 雷 电防
发 计数 脉 冲的产 生 原 理 ， 究 地 闪 电荷 转 移 过 程 研 中不 同类 型放 电脉 冲特 征 ， 过 雷 电流 实 测 数 据 通
关键词 ： 波头 陡度 ； 分 量 ； Ｍ 斜率检 测 ； 识别效 率
中 图分 类 号 ： ４ ７ Ｐ ２
文献 标识 码 ： Ａ
文章编 号 ：０ ６０ ９ ２ １ ） ２０ ２ —６ １ ０ —０ Ｘ（０ ２ ０ —０ ００
Ｉ ｅ ｉ ｉ ａ ｉ ｎ ｆ ｒ ｅ ｆ ｃ ｉ ｅ ｔ ｉ ｇ ｒ ｎ ｏ ｎｔｓ ｇ ｌ ｄ ｎｔｆｃ ｔｏ ｏ ｆ ｅ ｔｖ ｒ ｇ ｅ ｉ ｇ ｃ ｕ ｉ ｎａ
ＬＥＣｓ ｏ ｌ ｒｇ ｒｎｇ ｃ ｎｔｓｇｎ １ ｎ ｖａｉ ｔ ｉ ｇｅ ｉ ｏｕ ｉ ａ ． ｄ Ｋｅ ｒ ｓ： ｖ — ｅ ｄ ｇ ａ ｉ ｎ ；Ｍ ｏ ｐ ｎｅ ｔ ｒ ｄ ｅ ｔ ｄ ｔ ｃ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ｗａ ｅ ｈ ａ ｒ ｄ ｅ ｔ ｃ ｍ ｏ ｎ ；ｇ ａ ｉ ｎ ｅ ｅ ｔｏｎ；ｉ ｅ ｔｆｃ ｔｏ ｅ ｉ ｉ ｎ ｄ ｎ ｉｉａ ｉ ｎ ｐｒ ｃｓ ｏ
电 防 护 设 计 中 采 用 。这 种 波 形 满 足 Ｂ ｕ ｅ和 ｒｃ Ｇ ｄｅ经验公 式 ， ｏｌ 表达 式 如下 ， （ ） ｊ 式 １ 中 。为雷 电
提高 了测 量 精 度 ， 其 是 Ｒ ｇ ｗｓ ｉ 圈 能 较 好 尤 ｏｏ ｋ线 的 还 原 不 同防 护 等 级 的雷 电流 脉 冲波 形 “ ， ］ 克
护 系统 对直击 雷 的接 闪 能 力 ， 重要 的是 能 对 该 更 地 区 雷 电防护标 准 的制定 或修 改提 供正 确指 导 。 设 计能 准确 记录 回击 次数 的计数 器有 一定 的
难 度 ， 际运行 中各种 瞬态 脉 冲 都会 造 成 计 数 器 实
对 比和分析 ， 取 回击 脉 冲 的特 征参 量 ， 此基 础 提 在
（ ．Ｓ ｈ ｏ ｏ Ａｔ ｓ ｈ ｒｃ １ ｃ ｏｌ ｆ ｍｏｐ ｅｉ Ｐｈ ｓｃ ，ＮＵＩ ｙ ｉｓ ＳＴ，Ｎａ ｊ ｎ ２ ０ ４ ｎ ｉｇ １ ０ ４； ２ ｉ ｎ ｓ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ ．Ｊ ａ ｇ ｕ ｃ ｎ ｌｇ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ Ｃ ｎｅ ｏ ｇ ｎ ｅ ｉｇ ｅ ｔｒ ｆ
ｏ ｉ ｈ ｎｉ ｇ ｅ ｅ ｏ ｎ ｅ ｓ ｆ ｌｇ ｔ ｎ ｖ ｎｔｃ ｕ ｔ ｒ
Ｃｈ ｎ Ｊｅ’， ｎ ｅ ｇ ｕ Ｚ ｏ ｎ 。 Ｃｈ ｎ ｎ ， ｎ ｎ ｙ ｎ ｅ ｉ 。 Ｎｉ ｇ Ｚ ｎ ｋ ｎ ＇ ｈ ｕ Ｌｏ ｇ ＇， ｅ ｇ Ｑｉ Ｘｉｇ Ｈｏ ｇ ａ 。 ，
防护效 能 。 为 了研 究实 际地 闪过 程 中导致计 数器 误动作 的原 因 ， 文将 以 双指 数 波 形 为 例说 明计 数 器 触 本
的发生 是不 可避 免 的 ， 通 过 合 理 的雷 电 防护 系 但
统设 计 可 以达到 防雷减 灾 目的 。雷 电防护 系统 接 闪的雷 电 回击 次 数是评 价该 系统 雷 电防御 能力 的
ｅ ｔａ ｔ ｄ Ｓｎ ｅｇ ａ ｉｎ ｅｅ ｔｏ ｔ ｏ ａ ｉｔｎ ｕ ｓ ｅｕ ｎ ｓｒ ｋ ａ ｅｓｊ ｄ ｉｇ ｃ ｎ Hale Waihona Puke Baiduｉｎ， ｘ ｒ ｃｅ ． ｉ ｃ ｒ ｄ ｅ ｔｄ ｔｃｉｎ ｍｅ ｈ ｄｃ ｎ ｄｓｉｇ ｉｈ ｒｔ ｒ ｔｏ ｅｗｈ ｔ ｍｅ ｔ ｕ ｇ ｎ ｏ ｄｔｏ
第２ 期
陈 洁， ： 等 雷电回击计数器有效触发计数信号的识别方法
‘２ ｌ‘
０ 引 言
雷 电是一 种 极具 破 坏 力 的 自然灾 害 ， 然 它 虽
亚 ２处 实验 点进 行 了多年 实际接 闪雷 电 回击 的数 据测 量 ， ． Ｈａｔｎ７ 统计结 果 时发 现计 数结 ｚ Ａ． ｒｏ ＿ 在 果 明显 偏高 ， 即便 考 虑 计 数 影 响 因素 后 仍 高 于预 估值 ， 测量结 果 无 法科 学 评 估 这 种新 型 接 闪 器 的
上 设计 能够 判断 回击 脉 冲及产 生触 发计数 脉 冲的
电路 ， 解决 现有 计 数器 有 效 计 数 信 号识 别 效 率低
下 的问题 。
误 动作 ， 为了将 波 头 陡峰 值 大 的雷 电流 回 击脉 冲 波与其 他 干扰 脉 冲 区分 开 ， 期 以来 计 数器 的研 长
究大 多集 中在 雷 电流波形 的测 量上 。曾用 于输 电 线路 的磁钢 棒 法 、 带法 波形测 量误 差较 大 ， 磁 且无 法记 录重 复雷 ［ ； １ 随后 ， 流互 感 器 的应 用 大 大 电
ｅ ｅ ｔｃ ｕ ｔ ｒ （ ＥＣｓ ｉ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｔ ｅ ｌｗｉｈ ｔ ｅ ｐ ｏ ｌｍ ｈ ｔ ＬＥＣｓ ｕ ｕ ｌ ｅ ｉｔ ｒ ｗ ｉ ｉ ｈ ｖｎ ｏ ｎｅｓ Ｌ ） ｓ ｒ ｓ ｎ ｅ ｏ ｄ ａ ｔ ｈ ｒ ｂ ｅ ｔ ａ ｓ ａ ｌ ｒｇ ｓｅ ｔ ｈｇ ｙ ｈ
服 了 以往 传感 器 存在 的输 出波 形 失 真现 象 ， 现广
泛用 于雷 电流 波形 的采集 。以 电流互感 器 为前级 信号 传感 器 的计 数器 其 后 续 脉 冲信 号 处 理 电 路是 基 于双指 数 波形 设 计 的 ， 种 计 数 器 在 自然 这 雷 电流 脉冲作 用下 计数 结果 的准 确性难 以得到检
．
ｃ ｍｐａ ａ ｉ ｅ ａ ｌ ｓｓ ｎ ｅ ｕｒ ｓ ｒ ｋｅ ｏ ｒ ｔｖ ｎａ ｙ ｉ ｏ ｒ ｔ ｎ ｔ ｏ ｍｅ ｓ ｒｎｇ ａ ｕ ｉ ｄａ ａ ｔ ｏｆ ｒｇ ｒ ｄ ｎｄ ａ ｕｒ ｌ ｉ ｎｉ ｇ ｌ ｓ ｅ ｔ ｉ ｇｅ ｅ ａ ｎ ｔ ａ ｌｇｈｔ ｎ ｆａ ｈ ｓ， ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ａ ａ ｔ ｒ ｏ ｌｇ ｎｉ ｇ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ｆ ｉ ｈｔ ｎ ｗａ ｅ ｈ ａ ｇｒ ｄｉｎｔ ｅ ｆ ｃ ｉ ｅ ｐｕｌｅ ｅ ｇｔ ｐｕ ｓ ｒ ｔｏ ａ ｅ ｖ —ｅ ｄ ａ ｅ ， ｆｅ ｔｖ ｓ ｌ ｎ ｈ， ｌ ｅ ｄｕ ａ ｉ ｎ ｒ
１ 一 般 雷 电 回击 计 数 器 计 数 脉 冲 的 产 生
１１ 双指 数型 雷 电流波 形特征 ．
典 型雷 电波形有 冲击 临界 阻尼 波 、 弦波 、 正 Ｊ 半 余 弦 波 、 角 波 等 ， Ｉ Ｃ规 范 中推 荐 的 双 指 数 斜 而 Ｅ 函数 型波 形 更 接 近实 际 雷 电 流脉 冲 ， 遍 在 雷 普
Ｍ ｅｅ ｒｌｇｉａ ｅ ｓ ｒＮｅｗｏ ｋ， ｔｏ ｏｏ ｃ ｌＳ ｎｏ ｔ ｒ ＮＵＩ ＳＴ， ｎ ｉｇ ２ ０ ４ ） Ｎａ ｊｎ １ ０ ４
Ａｂ ｔａ ｔ Ａｎ ｎ ｄ ｐｔ ｒ ｓ ａ ｃ ｏ ａ ｌ ｚ ｔ ｅ ｒ ｅ ｓ ｆ ｔ ｉ ｇｅ ｉ ｇ ｏ ｔｎｇ ｉ ｌ ｂｏ ｌｇｈ ｎｉ ｇ ｓ ｒ ｃ ： ｉ — ｅ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｔ ｎａ ｙ ｅ ｈ ｐ ｏｃ ｓ ｏ ｒｇ ｒｎ ｃ ｕｎ ｉ ｓｇｎａ ａ ｕｔ ｉ ｔ ｎ
摘 要 ： 了解决基 于双 指数 波形 设计 的雷 电 回击计数 器计 数结果 偏 高 ｆ题 ， 章对这 种 计数 为 ｑ 文 器 产生 触发计 数信 号过程 进行 了分 析研 究 ， 出 了峰值 较大 的 Ｍ 分量 及单 次 回击 中多次 震高 指
是 导致 计数误 差 的主要 原 因。通过 大 量 的 自然 雷 电及 人工 引雷测 量 数 据 对 比研 究， 出 了识 提
第 ２期
２１ ０ ２年 ６月
气 象 水 文 海 洋 仪 器
Ｍ ｅ ｅ ｒ ｏｇ ｃ ｌ Ｈ ｙ ｏｌ ｉａ ｎ ａ ｉ ｎ ｔ ｕ ｅ ｓ ｔ ｏ ｏｌ ｉａ ， ｄｒ ｏｇ ｃ ｌａ ｄ Ｍ ｒｎｅ Ｉ ｓ ｒ ｍ ｎｔ
ＮＯ ２ ．
Ｊｎ２ ２ ｕ ． ０１
雷 电 回击 计数 器有 效 触 发 计 数 信 号 的识别 方 法
ｔｅ ｈ ｍ ｏ ｏｓ ａ ｅ ｌｐ ｆｏ ｇ ｎｅ ａ ｅ ｏ ｙ ｏｕ ｗｉｈｉ ｏ ｒ ｔ ｒ ｓ ｒ ｋｅ ｙｍｂｏ ｐ ｒｏｄ Ｃｉ ｃ ｔ ｎ ｔ ｂｌ ｆｉ — ｌ ｐｓ ｅ ｒ ｔ ｓ ｎｌ ｃ ｎｔ ｔ ｎ ｎｅ ｅ ｕ ｎ ｔ ｏ ｓ ｌ ｅｉ ｒ ｕｉ
．
ｓｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅ ａ ｏ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ａ ｅ ｔ ａ ｎ ｈ ｇ ～ ｕ ｒ ｎ — ｅ ｋ Ｍ ｏ ｐ ｎ ｎ ， ｏ ｔ ｏ Ｏ ｎ ｉ ｌ ｔｏ ｈ ｗｓ ｔ ａ ｈ ｂ ｖ ｔ ｏ ｓ ｃ ｎ ｒ ｓ ｒ ｉ ｉ ｈ ｃ ｒ ｅ ｔ ｐ ａ ｃ ｍ ｏ ｅ ｔ ｃ ｎ ｒ ｌ ｃ ｕ ｔ ｅ ｒ ｒ ｒ ａ ｅ ｙ ｍ ｕ ｔｐ ｅ ｏ ｃｌ ｔｏ ｕ ｉ ｇ ｏ ｅ ｒ ｔ ｒ ｔ ｏ ｅ ａ ｄ ｉ ｒ ｖ ｄ ｎ ｉ ｃ ｔｏ ｒ ｃ ｓｏ ｆ ｒ ｏ ｓ ｃ ｅ ｔ ｄ ｂ ｌｉ ｌ ｓ ｉ ａ ｉ ｎ ｄ ｒｎ ｎ ｅ ｕ ｎ ｓ ｒ ｋ ， ｎ ｍｐ ｏ ｅ ｉ ｅ ｔｆ ａ ｉ ｎ ｐ ｅ ｉｉ ｎ ｏ ｌ ｉ