一种新型的雷击电流测量设备.pdf

《一种新型的雷击电流测量设备.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种新型的雷击电流测量设备.pdf（13页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 103901256 A (43)申请公布日 2014.07.02 CN 103901256 A (21)申请号 201210570049.1 (22)申请日 2012.12.25 G01R 19/04(2006.01) (71)申请人 北京嘉岳同乐极电子有限公司 地址 100083 北京市海淀区信息路甲 28 号 科实大厦 B 座 10 层 A-1 (72)发明人 时启猛 冯淑兰 (54) 发明名称 一种新型的雷击电流测量设备 (57) 摘要 本发明提供一种新型的雷击电流测量设备， 包括巨磁阻电流传感器， 用于获得与雷击电流大 小对应的电压信号 ； 前置放大器， 用于。

2、放大所述 巨磁阻电流传感器获得的所述电压信号 ； 峰值检 波电路， 用于检出所述电压信号的峰值， 从而获得 峰值信号 ； 处理器， 根据所述峰值信号获得雷击 电流的数值。 该雷击电流测量设备具有结构简单、 成本低、 精度高和便于安装的优点， 适合低功耗场 合， 可广泛应用于高铁、 智能电网、 基站等需要测 量雷击电流或闪络电流的场合。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103901256 A CN 103901256 A 1/2 页。

3、 2 1. 一种雷击电流测量设备， 其特征在于， 包括 ： 巨磁阻电流传感器， 用于获得与雷击电流大小对应的电压信号 ； 前置放大器， 用于放大所述巨磁阻电流传感器获得的所述电压信号 ； 峰值检波电路， 用于检出所述电压信号的峰值， 从而获得峰值信号 ； 处理器， 根据所述峰值信号获得雷击电流的数值。 2. 根据权利要求 1 所述的雷击电流测量设备， 其特征在于， 所述峰值检波电路包括 ： 峰值检波单元， 用于检出所述电压信号中的峰值， 并获得峰值信号 ； 峰值保持电路， 用于使所述峰值检波单元保持所述峰值信号 ； 复位电路， 用于使所述峰值检波单元复位。 3. 根据权利要求 2 所述的雷击电。

4、流测量设备， 其特征在于， 所述峰值检波单元包括隔 直电容、 第二电阻、 两个理想二极管和反相放大器， 所述隔直电容、 第一理想二极管和所述 反相放大器交汇形成节点 ； 所述隔直电容的一端耦接所述峰值检波单元的输入端， 所述隔直电容的另一端耦接所 述节点 ； 第一理想二极管的输入端耦接所述节点， 第一理想二极管的输出端耦接所述峰值检波 单元的输出端 ； 所述第二电阻的一端接所述节点， 另一端接一电位 ； 所述反相放大器和第二理想二极管串接在所述节点和所述峰值检波单元的输出端之 间， 且所述反相放大器的输入端耦接所述节点 ； 第二理想二极管的输出端耦接所述峰值检 波单元的输出端。 4. 根据权利。

5、要求 3 所述的雷击电流测量设备， 其特征在于， 所述理想二极管包括运算 放大器、 二极管和第五电阻， 所述运算放大器的同相输入端为所述理想二极管的输入端， 所 述二极管的正极耦接所述运算放大器的输出端， 所述二极管的负极耦接所述理想二极管的 输出端， 所述第五电阻串接在所述运算放大器的反相输入端与所述理想二极管的输出端之 间。 5. 根据权利要求 4 所述的雷击电流测量设备， 其特征在于， 所述理想二极管还包括辅 助电容， 所述辅助电容的一端耦接所述运算放大器的输出端， 所述辅助电容的另一端耦接 所述运算放大器的反相输出端。 6. 根据权利要求 3 所述的雷击电流测量设备， 其特征在于， 所。

6、述反相放大器包括运算 放大器、 第三电阻和第四电阻， 所述运算放大器的反相输入端为所述反相放大器的输入端， 所述第三电阻串接在所述运算放大器的反相输入端， 所述第四电阻串接在所述运算放大器 的反相输入端和输出端之间， 所述运算放大器的输出端为所述反相放大器的输出端。 7. 根据权利要求 2 所述的雷击电流测量设备， 其特征在于， 所述峰值保持电路包括第 四电容和第八电阻， 所述第四电容的一端耦接所述理想二极管的输出端， 所述第四电容的 另一端耦接电源， 所述第八电阻与所述第四电容并联。 8. 根据权利要求 1 所述的雷击电流测量设备， 其特征在于， 所述复位电路包括模拟开 关、 第七电阻和第九。

7、电阻， 所述模拟开关包括输入管脚、 泄放管脚和控制管脚， 所述模拟开 关的输入管脚耦接所述理想二极管的输出端 ； 所述第七电阻的一端耦接在所述模拟开关的 泄放管脚， 另一端接泄放电压 ； 所述第九电阻的一端耦接所述模拟开关的控制管脚， 另一端 接地。 权 利 要 求 书 CN 103901256 A 2 2/2 页 3 9. 根据权利要求 1 所述的雷击电流测量设备， 其特征在于， 还包括比较器， 用于比较所 述峰值检波电路获得的峰值信号与预设的门槛电压， 若所述峰值信号超过所述门槛电压， 则发出中断信号以触发所述处理器。 10. 根据权利要求 1 所述的雷击电流测量设备， 其特征在于， 还包。

8、括定时器， 所述定时 器向所述处理器发出触发信号。 11. 根据权利要求 1 所述的雷击电流测量设备， 其特征在于， 还包括可调增益放大器， 其用于将所述峰值信号放大到所述处理器所需的测量动态范围之内， 并将放大后的所述峰 值信号传送至所述比较器和所述处理器。 12. 根据权利要求 1 所述的雷击电流测量设备， 其特征在于， 还包括温湿度传感器， 用 于获得所述巨磁阻电流传感器周围环境中的温度值和湿度值 ； 所述处理器根据温度值、 湿 度值和所述峰值信号获得雷击电流的数值。 13. 根据权利要求 1 所述的雷击电流测量设备， 其特征在于， 还包括无线传输模块， 用 于所述处理器与远端服务器或局。

9、端设备之间的通讯。 14. 根据权利要求 1 所述的雷击电流测量设备， 其特征在于， 还包括光照传感器， 用于 获得所述巨磁阻电流传感器周围环境的光照强度值， 所述处理器根据所述光照强度值确定 所述处理器与远端服务器或局端设备之间的通讯频率。 15. 根据权利要求 1 所述的雷击电流测量设备， 其特征在于， 还包括 ： 太阳能电池板， 用于收集太阳能并将其转化为电能 ； 蓄电池， 用于储存所述太阳能电池板获得的电能， 并向所述雷击电流测量设备提供电 能 ； 电源管理模块， 用于控制所述太阳能电池板以最小充电电压向所述蓄电池充电。 16. 根据权利要求 1 所述的雷击电流测量设备， 其特征在于，。

10、 还包括屏蔽壳体， 所述前 置放大器、 峰值检波电路和处理器设置于所述屏蔽壳体内。 权 利 要 求 书 CN 103901256 A 3 1/8 页 4 一种新型的雷击电流测量设备 技术领域 0001 本发明涉及电流传感器领域 , 具体涉及一种雷击电流测量设备。 背景技术 0002 雷电是自然界常见的一种大气放电现象。雷电发生时伴随有较大的雷击电流， 容 易对电力传输、 电子通信、 航空运输等生产、 生活领域造成严重危害。为了防止雷电对生产 和生活造成危害， 需要对雷电产生的雷击电流的参数进行测量。 0003 然而， 雷击电流具有大动态、 超高压以及频率较高的特性， 使得许多已知的测量电 流的。

11、手段无法用于测量雷击电流。在长期的研究中发现， 罗氏线圈具有基本不饱和以及高 频特性优良 （可达 MHz 级别） 的优点， 因此， 罗氏线圈成为目前测量雷击电流的首要选择。但 是， 在应用时， 需要将罗氏线圈套置在被测导体的外侧， 即被测导体需要穿过罗氏线圈， 因 此， 罗氏线圈的尺寸需要与被测导体相匹配， 这导致罗氏线圈体积较大， 成本高， 而且不易 规模化标配安装。 0004 为降低罗氏线圈测量雷击电流的成本， 技术人员开发了另一种测量方法， 即采用 两个匝数和形状相同的空心线圈， 在规定的距离内以相同的姿势测量感生电动势， 然后推 算得出雷击电流值。这种测量雷击电流的方法对两个线圈的一致。

12、性以及安装方式要求较 高， 不宜规模实施， 而且， 精度也低于罗氏线圈。而且， 该方法易受温度、 湿度等环境因素影 响， 抗电磁干扰能力也较弱。 发明内容 0005 本发明要解决的技术问题就是针对雷击电流测量中存在的上述缺陷， 提供一种雷 击电流测量设备， 其成本低， 测量精度高， 而且便于安装。 0006 为此， 本发明提供一种雷击电流测量设备， 包括 ： 0007 巨磁阻电流传感器， 用于获得与雷击电流大小对应的电压信号 ； 0008 前置放大器， 用于放大所述巨磁阻电流传感器获得的所述电压信号 ； 0009 峰值检波电路， 用于检出所述电压信号的峰值， 从而获得峰值信号 ； 0010 处。

13、理器， 根据所述峰值信号获得雷击电流的数值。 0011 其中， 所述峰值检波电路包括 ： 0012 峰值检波单元， 用于检出所述电压信号中的峰值， 并获得峰值信号 ； 0013 峰值保持电路， 用于使所述峰值检波单元保持所述峰值信号 ； 0014 复位电路， 用于使所述峰值检波单元复位。 0015 其中， 所述峰值检波单元包括隔直电容、 第二电阻、 两个理想二极管和反相放大 器， 所述隔直电容、 第一理想二极管和所述反相放大器交汇形成节点 ； 0016 所述隔直电容的一端耦接所述峰值检波单元的输入端， 所述隔直电容的另一端耦 接所述节点 ； 0017 第一理想二极管的输入端耦接所述节点， 第一。

14、理想二极管的输出端耦接所述峰值 说 明 书 CN 103901256 A 4 2/8 页 5 检波单元的输出端 ； 所述第二电阻的一端接所述节点， 另一端接一电位 ； 0018 所述反相放大器和第二理想二极管串接在所述节点和所述峰值检波单元的输出 端之间， 且所述反相放大器的输入端耦接所述节点 ； 第二理想二极管的输出端耦接所述峰 值检波单元的输出端。 0019 其中， 所述理想二极管包括运算放大器、 二极管和第五电阻， 所述运算放大器的同 相输入端为所述理想二极管的输入端， 所述二极管的正极耦接所述运算放大器的输出端， 所述二极管的负极耦接所述理想二极管的输出端， 所述第五电阻串接在所述运算。

15、放大器的 反相输入端与所述理想二极管的输出端之间。 0020 优选地， 所述理想二极管还包括辅助电容， 所述辅助电容的一端耦接所述运算放 大器的输出端， 所述辅助电容的另一端耦接所述运算放大器的反相输出端。 0021 优选地， 所述反相放大器包括运算放大器、 第三电阻和第四电阻， 所述运算放大器 的反相输入端为所述反相放大器的输入端， 所述第三电阻串接在所述运算放大器的反相输 入端， 所述第四电阻串接在所述运算放大器的反相输入端和输出端之间， 所述运算放大器 的输出端为所述反相放大器的输出端。 0022 优选地， 所述峰值保持电路包括第四电容和第八电阻， 所述第四电容的一端耦接 所述理想二极管。

16、的输出端， 所述第四电容的另一端耦接电源， 所述第八电阻与所述第四电 容并联。 0023 优选地， 所述复位电路包括模拟开关、 第七电阻和第九电阻， 所述模拟开关包括输 入管脚、 泄放管脚和控制管脚， 所述模拟开关的输入管脚耦接所述理想二极管的输出端 ； 所 述第七电阻的一端耦接在所述模拟开关的泄放管脚， 另一端接泄放电压 ； 所述第九电阻的 一端耦接所述模拟开关的控制管脚， 另一端接地。 0024 其中， 雷击电流测量设备还包括比较器， 用于比较所述峰值检波电路获得的峰值 信号与预设的门槛电压， 若所述峰值信号超过所述门槛电压， 则发出中断信号以触发所述 处理器。 0025 其中， 雷击电流。

17、测量设备还包括定时器， 所述定时器向所述处理器发出触发信号。 0026 其中， 雷击电流测量设备还包括可调增益放大器， 其用于将所述峰值信号放大到 所述处理器所需的测量动态范围之内， 并将放大后的所述峰值信号传送至所述比较器和所 述处理器。 0027 其中， 雷击电流测量设备还包括温湿度传感器， 用于获得所述巨磁阻电流传感器 周围环境中的温度值和湿度值 ； 所述处理器根据温度值、 湿度值和所述峰值信号获得雷击 电流的数值。 0028 其中， 雷击电流测量设备还包括无线传输模块， 用于所述处理器与远端服务器或 局端设备之间的通讯。 0029 其中， 雷击电流测量设备还包括光照传感器， 用于获得所。

18、述巨磁阻电流传感器周 围环境的光照强度值， 所述处理器根据所述光照强度值确定所述处理器与远端服务器或局 端设备之间的通讯频率。 0030 其中， 雷击电流测量设备还包括 ： 0031 太阳能电池板， 用于收集太阳能并将其转化为电能 ； 0032 蓄电池， 用于储存所述太阳能电池板获得的电能， 并向所述雷击电流测量设备提 说 明 书 CN 103901256 A 5 3/8 页 6 供电能 ； 0033 电源管理模块， 用于控制所述太阳能电池板以最小充电电压向所述蓄电池充电。 0034 其中， 雷击电流测量设备还包括屏蔽壳体， 所述前置放大器、 峰值检波电路和处理 器设置于所述屏蔽壳体内。 00。

19、35 本发明具有以下有益效果 ： 0036 本发明提供的雷击电流测量设备利用巨磁阻电流传感器获得与雷击电流大小对 应的电压信号， 然后经前置放大器和峰值检波电路获得峰值信号， 再由处理器获得雷击电 流的数值， 其具有结构简单、 成本低、 精度高和便于安装的优点， 而且可以降低功耗， 适合低 功耗场合。 该雷击电流测量设备可广泛应用于高铁、 智能电网、 基站等需要测量雷击电流或 闪络电流的场合。 附图说明 0037 图 1 为本实施例提供一种雷击电流测量设备的原理框图 ； 0038 图 2 为本发明实施例高精度放大器的原理图 ； 0039 图 3 为本发明实施例峰值检波电路的电路原理图 ； 00。

20、40 图 4 为本发明实施例另一峰值检波电路的电路原理图 ； 0041 图 5 为本发明实施例另一雷击电流测量设备的原理框图 ； 0042 图 6 为本发明实施例可调增益放大器的电路原理图 ； 具体实施方式 0043 为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案， 下面结合附图对本发明提 供的雷击电流测量设备进行详细描述。 0044 图 1 为本实施例提供一种雷击电流测量设备的原理框图。如图 1 所示， 雷击电流 测量设备包括巨磁阻 （Giant Magneto Resistive， 简称 GMR） 电流传感器 1、 前置放大器 2、 峰值检波电路 3 以及处理器 6。其中， 巨磁阻电流传感。

21、器 1 用于获得与雷击电流大小对应 的电压信号 ； 前置放大器2用于放大巨磁阻电流传感器1获得的电压信号 ； 峰值检波电路3 用于检出电压信号的峰值并获得峰值信号 ； 处理器 6 根据峰值信号获得雷击电流的数值。 0045 具体地， 巨磁阻电流传感器 1 用于获得与雷击电流大小对应的电压信号。据统计， 雷击电流的电流范围在 1kA 200kA 的范围内， 动态范围约 40dB ； 雷击电流的峰值到达时 间为0.5S30S。 为此， 本实施例所采用的巨磁阻电流传感器1的动态范围超过60dB， 频响区间为 0 2MHz， 以使雷击电流测量设备不仅能用于测量雷击电流， 而且可用于测量 雷击闪络电流。。

22、巨磁阻电流传感器 1 将获得的电压信号输送至前置放大器 2。 0046 本实施例巨磁阻电流传感器 1 包括多个磁感应薄膜， 将多个磁感应膜连接成惠斯 通电桥电路， 惠斯通电桥获得的差分信号即为巨磁阻电流传感器 1 的电压信号。巨磁阻电 流传感器 1 能够在较远距离处以非接触方式大动态的测量雷击电流或闪络电流产生的磁 场， 从而得出雷击电流或闪络电流的大小。 0047 巨磁阻电流传感器 1 灵敏度高、 线性好、 频率响应快， 而且具有体积小， 成本低、 集 成度高的特点。对巨磁阻电流传感器 1 安装位置没有特殊要求。巨磁阻电流传感器 1 将感 知到的特定方向的外界磁场的变化， 转化成相应磁阻的变。

23、化， 并以惠斯通电桥的形式再转 说 明 书 CN 103901256 A 6 4/8 页 7 化为电压信号的变化， 送至前置放大器 2。 0048 前置放大器 2 用于放大巨磁阻电流传感器 1 获得的电压信号。本实施例前置放大 器 2 采用高精度放大器。图 2 为本发明实施例高精度放大器的原理图。如图 2 所示， 高精 度放大器采用 TI 的仪表放大器 INA322、 电阻 R1 和电容 C1， 电阻 R1 的一端接引脚 -VIN， 另 一端接引脚 REF。电容 C1 的一端接引脚 REF， 另一端接地。 0049 仪表放大器INA322可在Vcc低至2.7V的电压下工作， 增益设定为5倍。 。

24、在5倍增 益下带宽为500kHz， 耗电40A。 高精度放大器根据巨磁阻电流传感器1获得的电压信号的 类型， 可采用差分或单端放大形式。当选择信号单端输入时， 0 电阻 R1 将 1/2Vcc 电压耦 接至vin-， 巨磁阻电流传感器的信号输出端耦接至vin+。 当选择差分信号输入时， 0电阻 去掉， 差分信号分别耦接至 vin- 和 vin+。仪表放大器 INA322 的管脚 REF 耦接至 1/2Vcc， 用以将电压信号VO1的中点电位抬至1/2Vcc。 高精度放大器将放大后的电压信号VO1送至 峰值检波电路 3。 0050 峰值检波电路 3 用于检出高精度放大器输出的电压信号中的峰值， 。

25、从而获得峰值 信号， 该峰值信号与雷击电流或闪络电流成比例。图 3 为本发明实施例峰值检波电路的电 路原理图。如图 3 所示， 峰值检波电路 3 包括峰值检波单元 31、 峰值保持电路 32 和复位电 路 33。其中， 峰值检波单元 31 用于检出高精度放大器输出的电压信号中的峰值， 并获得峰 值信号 VO2。峰值保持电路 32 用于使峰值检波单元 31 保持峰值信号 VO2。复位电路 33 用 于使峰值检波单元31复位。 每处理一次峰值信号， 峰值检波电路3都被处理器6复位一次。 0051 如图 3 所示， 峰值检波单元 31 包括输入端 A、 输出端 B、 电阻 R2、 隔直电容 C2、 。

26、第一 理想二极管 311、 第二理想二极管 312 和反相放大器 313， 其中， 隔直电容 C2、 第一理想二极 管 311、 第二理想二极管 312 和反相放大器 32 交汇形成节点 Z。 0052 隔直电容 C2 的一端耦接峰值检波单元的输入端， 隔直电容 C2 的另一端耦接节点 Z。隔直电容 C2 的电容值不小于 10uF。电阻 R2 的一端耦接节点 Z， 另一端接 1/2Vcc 电位。 电阻 R2 为第一理想二极管 311 提供一直流电位， 以防止第一理想二极管 311 自激。 0053 第一理想二极管 311 包括运算放大器 U2A、 二极管 D1 和电阻 R5， 运算放大器 U2。

27、A 的同相输入端耦接节点 Z ； 二极管 D1 的正极耦接运算放大器 U2A 的输出端， 二极管 D1 的负 极接峰值检波单元 31 的输出端 B， 即二极管 D1 的负极为第一理想二极管 311 的输出端， 也 是峰值检波单元 31 的输出端 B ； 电阻 R5 串接在运算放大器 U2A 的反相输入端与峰值检波 单元 31 的输出端 B 之间。本实施例， 电阻 R5 的阻值为 20k， 二极管 D1 采用 BAT54T1G， 运 算放大器 U2A 的带宽不小于 500kHz， 压摆率大于 0.4v/S， 如选用型号为 OPA2170 的运算 放大器。 0054 优选地 , 第一理想二极管 3。

28、11 还包括电容 C3， 电容 C3 的一端耦接运算放大器 U2A 的输出端， 另一端耦接运算放大器 U2A 的反相输入端。电容 C3 为辅助电容， 其可以有效地 防止第一理想二极管 311 的自激。电容 C3 的容值不大于 10pF。 0055 第二理想二极管 312 包括运算放大器 U4A、 二极管 D2 和电阻 R6， 运算放大器 U4A 的同相输入端耦接反相放大器313的输出端 ； 二极管D2的正极耦接运算放大器U4A的输出 端， 二极管 D2 的负极接峰值检波单元 31 的输出端 B， 即二极管 D2 的负极为第二理想二极 管 312 的输出端， 也是峰值检波单元 31 的输出端 B。

29、 ； 电阻 R6 串接在运算放大器 U4A 的反相 输入端与峰值检波单元 31 的输出端 B 之间。本实施例， 电阻 R6 的阻值为 20k， 二极管 D2 说 明 书 CN 103901256 A 7 5/8 页 8 采用BAT54T1G， 运算放大器U4A的带宽不小于500kHz， 压摆率大于0.4v/S， 如选用型号为 OPA2170 的运算放大器。 0056 优选地 , 第二理想二极管 312 还包括电容 C5， 电容 C5 的一端耦接运算放大器 U4A 的输出端， 另一端耦接运算放大器 U4A 的反相输入端。电容 C5 为辅助电容， 其可以有效地 防止第二理想二极管 312 的自激。。

30、本实施例电容 C5 的容值不大于 10pF。 0057 反相放大器 313 包括运算放大器 U2B、 电阻 R3 和电阻 R4， 其中， 运算放大器 U2B 的 同相输入端接1/2Vcc电位 ； 电阻R3的一端接节点Z， 电阻R3的另一端接运算放大器U2B的 反相输入端 ； 电阻R4的一端接运算放大器U2B的反相输入端， 电阻R4的另一端接运算放大 器 U2B 的输出端。运算放大器 U2B 的输出端为反相放大器 313 的输出端。本实施例， 电阻 R3和电阻R4的阻值可以为20k， 运算放大器U2B的带宽不小于500kHz， 压摆率大于0.4v/ S， 如选用型号为 OPA2170 的运算放大。

31、器。 0058 如图 3 所示， 峰值保持电路 32 包括电容 （第四电容） C4 和电阻 （第八电阻） R8， 电容 C4 为保持电容， 电容 C4 的一端耦接理想二极管的输出端， 即接第一理想二极管 311 和第二 理想二极管 312 的输出端， 电容 C4 的另一端接 1/2Vcc 电位。理想二极管的导通内阻和电 容 C4 组成一充电电路， 电容 C4 的容值小于 10nF， 充电时间常数小于 0.2S。电阻 R8 为放 电电阻， 与电容 C4 并联， 即， 电阻 R8 的一端耦接理想二极管的输出端， 电阻 R8 的另一端接 1/2Vcc 电位。电容 C4 通过电阻 R8 放电， 放电时。

32、间常数不小于 500uS， 不大于 5mS。电阻 R8 同时还提供参考电位， 其阻值为 510k。 0059 如图 3 所示， 复位电路 33 包括模拟开关 U3、 电阻 （第七电阻） R7 和电阻 （第九电阻） R9， 模拟开关 U3 包括输入管脚 NO、 泄放管脚 COM 和控制管脚 IN。其中， 模拟开关 U3 的输入 管脚 NO 耦接理想二极管的输出端 B ； 电阻 R7 的一端耦接在模拟开关 U3 的泄放管脚 COM， 电阻 R7 的另一端接泄放电压， 即接 1/2Vcc 电位。电阻 R7 为泄放电阻， 峰值检波电路中的 电量通过电阻 R7 泄放掉， 即， 使峰值检波电路复位， 否则。

33、处于断开状态。模拟开关 U3 的控 制管脚 IN 接收来自处理器 6 的 Vpp-en 信号， 电阻 R9 的一端耦接模拟开关 U3 的控制管脚 IN， 另一端接地。电阻 R9 为 Vpp-en 信号提供默认电位。本实施例， 模拟开关 U3 可以选用 TS5A3166， 电阻 R9 的阻值不小于 20k， R7 不大于 20k。 0060 本实施例峰值检波电路 3 还包括电阻 R2， 电阻 R2 的一端接节点 Z， 另一端接至 1/2vcc 电位。电阻 R2 的阻值不小于 20k。 0061 图 4 为本发明实施例另一峰值检波电路的电路原理图。如图 4 所示， 峰值检波电 路包括隔直电容C5，。

34、 理想二极管41a、 41b， 保持电路42a、 42b， 复位电路43。 理想二极管41a 为正峰值检波单元， 理想二极管 41b 为负峰值检波单元。 0062 其中， 隔直电容C5的一端耦接峰值检波单元的输入端， 隔直电容C5的另一端耦接 节点 D。隔直电容 C5 的电容值不小于 10uF。电阻 R10 的一端耦接节点 D， 另一端接 1/2Vcc 电位。电阻 R10 为理想二极管 41a、 41b 提供直流电位， 以防止理想二极管 41a、 41b 自激。 0063 理想二极管41a包括运算放大器U5A、 电阻R11、 二极管D3， 运算放大器U5A的同相 输入端耦接节点 D， 二极管 。

35、D3 的正极接运算放大器 U5A 的输出端， 二极管 D3 的负极为理想 二极管41a的输出端 ； 电阻R11的一端接运算放大器U5A的反相输入端， 另一端接理想二极 管 41a 的输出端。 0064 优选地， 理想二极管 41a 还包括电容 C7， 电容 C7 的一端接运算放大器 U5A 的同相 说 明 书 CN 103901256 A 8 6/8 页 9 输出端， 另一端接运算放大器 U5A 的反相输入端。电容 C7 为辅助电容， 其可以有效地防止 理想二极管 41a 的自激。 0065 理想二极管 41b 包括运算放大器 U5B、 电阻 R12、 二极管 D4。运算放大器 U5B 的同 。

36、相输入端耦接节点 D， 二极管 D3 的负极接运算放大器 U5B 的输出端， 二极管 D4 的正极为理 想二极管41b的输出端 ； 电阻R12的一端接运算放大器U5B的反相输入端， 另一端接理想二 极管 41b 的输出端。也就是说， 理想二极管 41a 与理想二极管 41b 的不同之处仅在于二极 管 D3 和二极管 D4 的连接方向不同， 二极管 D4 的连接方向与理想二极管 41a 的连接方向相 反， 用以使理想二极管41a与理想二极管41b分别检出峰值信号中的正峰值和负峰值， 并输 出正峰值信号 VO3+ 和负峰值信号 VO3-。 0066 优选地， 理想二极管 41b 还包括电容 C8，。

37、 电容 C8 的一端接运算放大器 U5B 的同相 输出端， 另一端接运算放大器 U5B 的反相输入端。电容 C8 为辅助电容， 其可以有效地防止 理想二极管 41b 的自激。 0067 不难理解， 本实施例利用两个理想二极管 41a、 41b 分别获得峰值信号中的正峰值 和负峰值， 因此需要两个保持电路 42a、 42b。如图 4 所示， 保持电路 42a 包括电容 C9 和电阻 R13， 电容 C9 的一端接理想二极管 41a 的输出端， 另一端接 1/2Vcc 电位。电阻 R13 与电容 C9 并联， 电容 C9 通过电阻 R13 放电。 0068 保持电路42b包括电容C10和电阻R14。

38、， 电容C10的一端接理想二极管41b的输出 端， 另一端接 1/2Vcc 电位。电阻 R14 与电容 C10 并联， 电容 C10 通过电阻 R14 放电。 0069 复位电路 43 包括电阻 R15、 电阻 R16 以及双模拟开关 U6， 电阻 R15 的一端接引脚 COM1， 另一端接 1/2Vcc 电位。电阻 R16 的一端接引脚 COM2， 另一端接 1/2Vcc 电位。引脚 NO1 接理想二极管 41a 的输出端， 用以接收正峰值信号 VO3+， 引脚 NO2 接理想二极管 41b 的 输出端， 用以接收负峰值信号 VO3-。来自处理器的 Vpp-en 信号通过引脚 IN1、 IN。

39、2 传输至 双模拟开关 U6。双模拟开关 U6 采用 TS5A22364， 电阻 R15、 电阻 R16 的阻值不大于 20k。 0070 本实施例中， 除特别说明外， 图4所示的峰值检波电路中元件的选取方式与图3所 示的峰值检波电路中对应的元件的选取方式相同， 这里不再赘述。 0071 需要说明的是， 图3所示的峰值检波电路不区分峰值的正负， 其相对于图4所示的 峰值检波电路而言， 具有结构简单、 成本低以及功耗低的优点， 因此， 在实际应用， 优选采用 图 3 所示的峰值检波电路。 0072 本实施例， 处理器6可选择TI公司的msp430系列微处理器， 如采用msp430f5328。 当。

40、然， 处理器 6 也可以采用其它合适型号的微处理器。处理器 6 不仅用于根据峰值检波电 路获得的峰值信号获得雷击电流的数值， 而且用于向复位电路 33 发送复位信号， 即 Vpp-en 信号， 以使峰值检波电路 3 复位。处理器 6 通过处于休眠模式， 其可由定时器而使峰值检波 电路 3 复位， 也可以按照其它方式使峰值检波电路 3 复位， 这将在下文中进行描述。 0073 图 5 为本发明实施例另一雷击电流测量设备的原理框图。如图 5 所示， 雷击电流 测量设备不仅包括巨磁阻电流传感器 1、 前置放大器 2、 峰值检波电路 3 以及处理器 6， 而且 还包括比较器 4， 用于比较峰值检波电路。

41、获得的峰值信号与预设的门槛电压， 若峰值信号超 过门槛电压， 则发出中断信号以触发处理器 6。巨磁阻电流传感器 1、 前置放大器 2、 峰值检 波电路 3 和处理器 6 的结构与上述实施例相同， 这里不再赘述。 0074 比较器 4 需要有迟滞电压以滤除噪声影响。迟滞电压可在 10mV 左右， 迟滞时间约 说 明 书 CN 103901256 A 9 7/8 页 10 为 1S 左右。比较器 4 可由处理器 6 配置门槛电压， 当峰值信号超过门槛电压时， 比较器 4 向处理器 6 输出中断信号， 处理器 6 受中断信号触发而中断， 即由比较器 4 发出的中断信 号中断休眠模式， 进入唤醒模式，。

42、 使峰值检波电路 3 复位。 0075 优选地， 本实施例还包括可调增益放大器 5， 其根据用途或安装位置将峰值检波电 路获得的峰值信号放大至 A/D 采样电路所需的测量动态范围之内。可调增益放大器 5 的放 大倍数可由处理器 6 设置。A/D 采样电路为设置在处理器 6 内部电路。 ， 可调增益放大器 5 将放大后的峰值信号传送至比较器 4 和处理器 6。可调增益放大器 5 可以采用 PGA， 也可采 用其它结构的放大器， 如低通可选增益放大器。 0076 图 6 为本发明实施例可调增益放大器的电路原理图。如图 6 所示， 可调增益放大 器 5 包括模拟开关 U8、 运算放大器 U4B、 电。

43、阻 R17 R22 和电容 C11， 电阻 R17 接引脚 COM1， 电阻 R19 的一端接引脚 NC1， 另一端接引脚 COM2 ； 电阻 R21 一端接引脚 NO1， 另一端接引脚 COM2 ； 电阻R20的一端接引脚NC2， 另一端接运算放大器U4B的反相输入端 ； 电阻R22的一端 接引脚 NO2， 另一端接运算放大器 U4B 的反相输入端。电阻 R18 为反馈电阻， 其一端接运算 放大器 U4B 的反相输入端， 另一端接运算放大器 U4B 的输出端 ； 电容 C11 与电阻 R18 并联， 电容 C11 和电阻 R18 组成低通滤波电路， 可以阻止高频噪声通过。运算放大器 U4B 。

44、的同相 输入端接峰值检波电路 3 的输出端。运算放大器 U4B 的输出端输出放大的峰值信号 VO5。 0077 本实施例， 模拟开关 U8 可以采用 TS5A22364， 电阻 R19 R22 为可选电阻。通过模 拟开关 U8 的不同组合可形成 4 种不同的模拟开关阻值， 该模拟开关的阻值与电阻 R17 的阻 值的和为可调增益放大器5的可调电阻部分， 结合电阻R18可组成4种不同的放大倍数。 电 阻 R17 选 1k， 电阻 R18 选 100k， 电阻 R19 R22 选用 0、 5k、 0、 20k。电容 C11 的容值选用 0.1F。 0078 由于PGA的噪声、 功耗和成本都较高， 因。

45、此， 在实际应用中， 优选采用图6所示模拟 开关和运算放大器组合成的可调增益放大器。 0079 需要说明的是， 对于图 3 所示的峰值检波电路， 需要采用一个可调增益放大器 5。 对于图 4 所示的峰值检波电路， 需要采用两个可调增益放大器 5， 以分别对应正峰值信号和 负峰值信号。 0080 如图 5 所示， 优选地， 本实施例雷击电流测量设备还包括温湿度传感器 8， 用于获 得巨磁阻电流传感器1周围环境中的温度值和湿度值 ； 处理器6根据温度值、 湿度值以及峰 值信号获得雷击电流的数值。处理器 6 参考温度值和湿度值计算雷击电流的数值， 可以减 少环境温湿度对雷击电流的测量值的影响， 从而。

46、提高了测量的准确性。 0081 本实施例雷击电流测量设备还包括无线传输模块 7， 用于处理器 6 与远端服务器 或局端设备之间的通讯。 远端服务器或局端设备可以配置处理器6， 也可以接受处理器6的 数据传输， 并可实现处理器 6 的运行程序的远程更新。 0082 处理器 6 根据温湿度传感器、 无线传输模块 7 送来的配置数据以及峰值检波电路 3 获得峰值信号， 经综合分析后计算出雷击电流的数值。如雷击电流超过配置的门槛电流， 统计雷击次数， 并将雷击电流和次数等数据通过无线传输模块 7 送至远端服务器或其它局 端设备。处理数据和通讯完毕后， 处理器 6 进入休眠状态， 直到被比较器 4 或定。

47、时器唤醒。 0083 优选地， 本实施例雷击电流测量设备还包括光照传感器 9， 用于获得巨磁阻电流传 感器 1 周围环境的光照强度值， 处理器 6 根据光照强度值确定处理器 6 与远端服务器或局 说 明 书 CN 103901256 A 10 8/8 页 11 端设备之间的通讯频率。例如， 当光照强度较弱时， 可以减少处理器 6 与远端服务器或局端 设备之间的通讯频率， 从而可以减少雷击电流测量设备的能耗， 进而使雷击电流测量设备 能够长时间的运行， 避免因供电原因导致雷击电流测量设备停止运行。 0084 本实施例将电流传感器1、 前置放大器2、 峰值检波电路3、 比较器4、 可调增益放大 器。

48、5、 处理器6、 无线传输模块7、 温度传感器8和光照强度传感器9称为信号处理电路， 电源 单元为信号处理电路供电。电源单元可以是普通的电网， 也可以是太阳能电池。在此仅对 太阳能电池进行介绍。 0085 如图 5 所示， 本实施例雷击电流测量设备还包括太阳能电池板 10、 蓄电池 11 和电 源管理模块 12， 其中， 太阳能电池板 10 用于收集太阳能并将其转化为电能。蓄电池 11 用 于储存所述太阳能电池板获得的电能， 并向所述雷击电流测量设备提供电能。电源管理模 块 12 用于控制所述太阳能电池板以最小充电电压向所述蓄电池充电。利用太阳能对雷击 电流测量设备进行供电， 有利于测量偏远地。

49、区雷击电流。储存在蓄电池 12 内的电能经滤波 处理后给无线传输模块 7 供电， 经 LDO 处理后给处理器 6 等其它电路供电。 0086 本实施例雷击电流测量设备还包括屏蔽壳体， 前置放大器 2、 峰值检波电路 3、 比 较器4、 可调增益放大器5以及处理器6设置于屏蔽壳体内。 屏蔽壳体可以提高雷击电流测 量设备的抗电磁干扰能力。 0087 本实施例提供的雷击电流测量设备利用巨磁阻电流传感器获得与雷击电流大小 对应的电压信号， 然后经前置放大器和峰值检波电路获得峰值信号， 再由处理器获得雷击 电流的数值， 其具有结构简单、 成本低、 精度高、 便于安装的优点， 而且可以降低功耗， 适合 低功耗场合。 该雷击电流测量设备可广泛应用于高铁、 智能电网、 基站等需要测量雷击电流 或闪络电流的场合。 0088 可以理解的是， 以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用。