阅读说明：本技术 能够降低误报率的雷电预警装置 (Thunder early warning device capable of reducing false alarm rate ) 是由 董娜 王佳宝 高攀亮 黄晓红 高筱刚 何启明 李平 刘莉 于 2020-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种能够降低误报率的雷电预警装置,属于雷电监测预警技术领域。该雷电预警装置包括：大气电场仪、环境影响因子传感器、前端控制器及上位机。设置所述环境影响因子传感器,对电场监测区域能够对电场强度检测产生较大干扰的环境影响因子(如强风、噪声等),或者能够辅助判断是否具有雷暴云靠近的环境影响因子(如温度、湿度、气压、光度等),对雷暴云进行预判或对基于电场强度的雷电预警信号进行补偿修正,综合环境影响因子,进行雷电预警,从而提高雷电预警的准确性,降低雷电预警系统的误报率。(The invention provides a lightning early warning device capable of reducing false alarm rate, and belongs to the technical field of lightning monitoring and early warning. This thunder and lightning early warning device includes: the device comprises an atmospheric electric field instrument, an environmental impact factor sensor, a front-end controller and an upper computer. Set up environment influence factor sensor can detect the environment influence factor (like strong wind, noise etc.) that produces great interference to electric field intensity to electric field monitoring area, perhaps can assist and judge whether have the environment influence factor that thunderstorm cloud is close to (like temperature, humidity, atmospheric pressure, luminosity etc.), foresee or compensate the correction to the thunder and lightning early warning signal based on electric field intensity in advance thunderstorm cloud, synthesize environment influence factor, carry out the thunder and lightning early warning, thereby improve the accuracy of thunder and lightning early warning, reduce the false positive rate of thunder and lightning early warning system.)

能够降低误报率的雷电预警装置

技术领域

本发明属于雷电监测预警技术领域，具体涉及一种能够降低误报率的雷电预警装置。

背景技术

电监测预警系统的建立可提升雷电预警的精确性和及时性，降低雷电造成的人员伤亡和财产损失，对于防雷减灾工作的开展和确保社会安全生产均具有十分重要的作用。目前，广泛使用的雷电预警监测系统主要有雷电定位、大气电场监测、卫星闪电监测、气象雷达雷暴监测等。

大气电场仪是雷电监测预警系统中的重要组成部分，其主要是利用导体在电场中产生感应电荷的原理，电场仪传感器由定片和动片组成，动片的旋转使定片的感应电荷转换为和大气电场成正比的电压量。动片旋转时，定片便交替地暴露在大气电场中，由此产生交变电信号，信号的大小与大气电场强度成正比。但是，传统大气电场仪根据大气静电场场强阀值判断雷电临近和发生的概率从而触发预警信号，这种判断方式在遇到地形差异、气温、湿度、海拔、遮挡物、粉尘、行驶的汽车、周边运转设备、强风等干扰都会发生误报，误报率居高不下。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种能够降低误报率的雷电预警装置，以降低雷电预警误报率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种能够降低误报率的雷电预警装置，包括：

大气电场仪，所述大气电场仪用以获取电场强度数据；

环境影响因子传感器，所述环境影响因子传感器用以获取所述大气电场仪附近的，能够干扰所述大气电场仪正常工作的环境影响因子数据；

前端控制器，所述前端控制器电性连接所述大气电场仪及所述环境影响因子传感器，所述前端控制器用于接收所述电场强度数据和所述环境影响因子数据；所述前端控制器还用于将所述电场强度数据和所述环境影响因子数据转换成可通过无线或有线方式传输的电场强度信号和环境影响因子信号，并通过无线或有线的方式将所述电场强度信号和所述环境影响因子信号输出；以及

上位机，所述上位机电性连接所述前端控制器，所述上位机用于接收所述前端控制器输出的所述电场强度信号和所述环境影响因子信号，并转换为终端电场强度数据和终端环境影响因子数据；所述上位机还用于将所述终端电场强度数据和预设的电场强度阈值进行比对，形成预报警信号；所述上位机还用于获取所述终端环境影响因子数据的历史变化趋势，根据所述历史变化趋势形成报警补偿信号；所述上位机还用于根据所述报警补偿信号和所述预报警信号，形成雷电预警信号，并发出雷电预警信息。

优选地，所述上位机还用于将所述终端电场强度数据和终端环境影响因子数据显示、存储。

优选地，所述大气电场仪包括：

支撑杆；

探头防护罩，所述探头防护罩安装于所述支撑杆的上端；

电场仪探头，所述电场仪探头容置于所述探头防护罩内，所述电场仪探头包括感应片及接地屏蔽片，所述感应片与所述接地屏蔽片平行设置；以及

风力平衡组件，所述风力平衡组件包括负压管及负压发生件，所述负压管一端连通所述探头防护罩，且入口位于所述感应片与所述接地屏蔽片之间，所述负压发生件连接于所述负压管远离所述探头防护罩的一端，且能够使所述负压管内产生负压力。

优选地，所述探头防护罩包括内罩及外罩，所述外罩罩设于所述内罩外侧，且与所述内罩之间形成气流导向腔，所述内罩下端开设气流入口，所述气流入口位于所述感应片与所述接地屏蔽片之间，所述负压管连通所述气流导向腔。

优选地，所述负压发生件为一文丘里式真空发生器，所述负压管连通文丘里式真空发生器的真空吸入口。

优选地，所述负压发生件能够相对所述负压管在水平方向转动；所述负压发生件上还设置有导向板，所述导向板能够在风力作用下驱动所述负压发生件转动，以使所述负压发生件的气流入口正对风向。

优选地，所述环境影响因子传感器包括设置于所述大气电场仪附近的用于获取大气压强的大气压力传感器、用于获取环境温度湿度的环境温度湿度传感器、用于获取环境噪声的噪声传感器及用于获取环境光照强度信息的亮度传感器中的至少一种。

优选地，所述上位机包括数据接收及转换模块、预报警模块、预警补偿模块、补偿判断模块及预警模块；

所述数据接收及转换模块电性连接所述前端控制器，用于接收所述前端控制器输出的所述电场强度信号和所述环境影响因子信号，并转换为终端电场强度数据和终端环境影响因子数据；

所述预报警模块电性连接所述数据接收及转换模块，用于获取所述终端电场强度数据，并将所述终端电场强度数据和预设的电场强度阈值进行比对，形成预报警信号；

所述预警补偿模块电性连接所述数据接收及转换模块，用于获取所述终端环境影响因子数据，并根据所述终端环境影响因子数据的历史变化趋势形成报警补偿信号；

所述补偿判断模块电性连接所述预报警模块及所述预警补偿模块，用于根据所述预报警信号和所述报警补偿信号，形成雷电预警信号；

所述预警模块电性连接所述补偿判断模块，用于接收所述雷电预警信号，并发出预警信息。

优选地，所述上位机还包括显示模块和存储模块，所述显示模块用于显示所述终端电场强度数据和所述终端环境影响因子数据；所述存储模块用于存储所述终端电场强度数据、所述终端环境影响因子数据以及历史预警信息。

优选地，所述预警模块包括声光报警器。

由上述技术方案可知，本发明提供了一种能够降低误报率的雷电预警装置，其有益效果是：设置所述环境影响因子传感器，对电场监测区域能够对电场强度检测产生较大干扰的环境影响因子（如强风、噪声等），或者能够辅助判断是否具有雷暴云靠近的环境影响因子（如温度、湿度、气压、光度等），对雷暴云进行预判或对基于电场强度的雷电预警信号进行补偿修正，综合环境影响因子，进行雷电预警，从而提高雷电预警的准确性，降低雷电预警系统的误报率。

附图说明

图1是能够降低误报率的雷电预警装置的电路连接示意图。

图2是上位机的功能模块示意图。

图3是大气电场仪的结构示意图。

图4是图3所示的A-A向剖面示意图。

图5是图4所示的A部的局部放大图。

图6是电场仪探头的结构示意图。

图7是电场仪探头的仰视图。

图8是电场仪探头的剖视图。

图中：能够降低误报率的雷电预警装置1、大气电场仪10、环境影响因子传感器20、前端控制器30、上位机40、数据接收及转换模块41、预报警模块42、预警补偿模块43、补偿判断模块44、预警模块45、显示模块46、存储模块47、支撑杆100、探头防护罩200、内罩210、气流入口211、外罩220、安装腔201、气流导向腔202、电场仪探头300、感应片310、接地屏蔽片320、安装平台330、直流电机340、微处理集成电路板350、第一屏蔽线缆360、第二屏蔽线缆370、风力平衡组件400、负压管410、负压发生件420、气流入口段421、负压发生段422、气流出口段423、导向板430。

具体实施方式

以下结合本发明的附图，对本发明的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。

请参看图1与图2，一种能够降低误报率的雷电预警装置1，包括：大气电场仪10、环境影响因子传感器20、前端控制器30及上位机40。所述大气电场仪10用以获取电场强度数据，所述环境影响因子传感器20用以获取所述大气电场仪10附近的，能够干扰所述大气电场仪10正常工作的环境影响因子数据。

例如，所述环境影响因子传感器20包括噪声传感器、风速传感器等，噪声传感器用于获取所述大气电场仪10工作场所附近的噪声值，以能够消除忽然的车流、人流或其他能够产生较大声响的因素引起的电场的突变。风速传感器用于监测所述大气电场仪10工作场所附近的风力，以能够排除由于忽然的强风引起的所述大气电场仪10的接地屏蔽片（即动片）的转速变化，导致的所检测得到的电场强度值的变化。

例如，所述环境影响因子传感器20包括环境温度湿度传感器以及气压传感器或亮度传感器，以能够辅助所述大气电场仪10的电场强度数据，进行雷电预警，提高雷电预警的准确性，降低误报率。

所述前端控制器30电性连接所述大气电场仪10及所述环境影响因子传感器20，所述前端控制器30用于接收所述电场强度数据和所述环境影响因子数据。所述前端控制器还用于将所述电场强度数据和所述环境影响因子数据转换成可通过无线或有线方式传输的电场强度信号和环境影响因子信号，并通过无线或有线的方式将所述电场强度信号和所述环境影响因子信号输出。

所述上位机40电性连接所述前端控制器30，所述上位机40用于接收所述前端控制器30输出的所述电场强度信号和所述环境影响因子信号，并转换为终端电场强度数据和终端环境影响因子数据。所述上位机40还用于将所述终端电场强度数据和预设的电场强度阈值进行比对，形成预报警信号。将所述终端电场强度数据和预设的电场强度阈值进行比对的过程，可以通过传统的比较电路来完成，也可以通过安装于所述上位机40上的软件系统来完成。

所述上位机40还用于获取所述终端环境影响因子数据的历史变化趋势，根据所述历史变化趋势形成报警补偿信号，所述上位,40还用于根据所述报警补偿信号和所述预报警信号，形成雷电预警信号，并发出雷电预警信息。所述雷电预警信息可以是经由声光报警仪发出的声光报警信息，也可以是直接生产的包含有雷电预警信息的文字。

所述上位机40还用于将所述终端电场强度数据和终端环境影响因子数据显示、存储。例如，通过显示器，将接收到的终端电场强度数据和终端环境影响因子数据以曲线的形式显示，并存储于存储器中。

请继续参看图2，一具体实施例中，所述上位机40包括数据接收及转换模块41、预报警模块42、预警补偿模块43、补偿判断模块44及预警模块45。

所述数据接收及转换模块41电性连接所述前端控制器30，用于接收所述前端控制器输出的所述电场强度信号和所述环境影响因子信号，并转换为终端电场强度数据和终端环境影响因子数据。

所述预报警模块42电性连接所述数据接收及转换模块41，用于获取所述终端电场强度数据，并将所述终端电场强度数据和预设的电场强度阈值进行比对，形成预报警信号。也就是说，所述上位机40中预设置有电场强度阈值，将所述终端电场强度数据与电场强度阈值进行比较，如果终端电场强度数据大于电场强度阈值，则形成预报警信号。

所述预警补偿模块43电性连接所述数据接收及转换模块41，用于获取所述终端环境影响因子数据，并根据所述终端环境影响因子数据的历史变化趋势形成报警补偿信号。也就是说，根据终端环境影响因子数据的历史变化趋势，判断某一环境影响因子在某一时间或某一段时间是否产生了能够干扰大气电场仪10正常工作的突变信号，并根据该突变信号发生的时间，对预报警信号的真实性和准确性进行修正。或者，根据某一环境影响因子在某一时间或某一段时间的变化趋势，形成辅助的雷电预警判断信息，对预报警信号进行核增或者核减，进而辅助判断当前是否有雷暴风险，提高雷电预警的准确性，降低误报率。

所述补偿判断模块44电性连接所述预报警模块42及所述预警补偿模块43，用于根据所述预报警信号和所述报警补偿信号，形成雷电预警信号。例如，当所述环境影响因子传感器20为噪声传感器时，所述预警补偿模块43根据所述噪声传感器的历史曲线，判断某一时间点出现噪声值较大时，恰逢所述大气电场仪所检测到的电场强度的忽然变化，则认为该时间点时，电场强度的忽然变化大概率由该噪声突变引起，则排出该时间点时所产生的预报警信号，避免了由于忽然的车流、人流或其他能够产生较大声响的因素引起的电场的突变所导致的雷电预警装置的误报。当所述环境影响因子传感器20为风速传感器时，与噪声传感器同理。

当所述环境影响因子传感器20为大气压力传感器时、温湿度传感器或亮度传感器时，所述预警补偿模块43根据大气压力历史趋势、温湿度历史趋势或亮度的历史趋势，提前对雷暴天气进行预判，形成预判的补偿信号，如此，当所述大气电场仪10所监测得到的电场强度发生突然变化时，根据预判补偿信号，可进一步确认该电场强度的突然变化是否是由于雷暴云的靠近而引起。例如，当电场强度发生变化时，可以查询前期大气压力是否降低、气温是否升高，空气湿度是否升高、光度是否变暗等信息，辅助判断电场强度的突然变化是否是由于雷暴云的靠近而引起。

所述预警模块45电性连接所述补偿判断模块44，用于接收所述雷电预警信号，并发出预警信息。

所述上位机40还包括显示模块46和存储模块47，所述显示模块46用于显示所述终端电场强度数据和所述终端环境影响因子数据；所述存储模块47用于存储所述终端电场强度数据、所述终端环境影响因子数据以及历史预警信息。

请一并参看图3至图8，又一具体实施例中，为克服强风、风沙、灰尘、雾霾等对所述大气电场仪10的监测准确度造成影响，并能够有效延长所述大气电场仪的使用寿命，所述大气电场仪10包括：包括：支撑杆100、探头防护罩200、电场仪探头300及风力平衡组件400。所述探头防护罩200安装于所述支撑杆100的上端，所述电场仪探头300容置于所述探头防护罩200内，所述电场仪探头300包括感应片310及接地屏蔽片320，所述感应片310与所述接地屏蔽片320平行设置。

所述风力平衡组件400包括负压管410及负压发生件420，所述负压管410一端连通所述探头防护罩200，且入口位于所述感应片310与所述接地屏蔽片320之间，所述负压发生件420连接于所述负压管410远离所述探头防护罩200的一端，且能够使所述负压管410内产生负压力。

一方面，在负压力作用下，位于所述感应片310与所述接地屏蔽片320之间及附近的气流被扰动，并定向流动，从而在遇到强风时，经过所述感应片310与所述接地屏蔽片320之间及附近的气流被强制改变方向，并朝向所述负压管410的入口处流动，形成气流补偿，从而避免单一方向的强气流造成所述接地屏蔽片320忽然加速或忽然减速，进而提高电场强度监测的准确性，降低雷电监测预警系统的误报率。另一方面，在负压力作用下，气流经由所述感应片310与所述接地屏蔽片320之间流动，形成气力吹扫，从而能够有效地防止灰尘或霾颗粒吸附在所述感应片310或所述接地屏蔽片320的感应面上，进一步提高电场强度监测的准确性，降低雷电监测预警系统的误报率，同时避免了富集在所述感应片310或所述接地屏蔽片320的感应面上灰尘或霾颗粒腐蚀所述感应片310或所述接地屏蔽片320，延长电场仪的使用寿命。

具体地，所述电场仪探头300包括安装平台330、感应片310、接地屏蔽片320、直流电机340及微处理集成电路板350。所述感应片310安装于所述安装平台330上，且与所述安装平台330绝缘。所述直流电机340安装于所述安装平台330背离所述感应片310的一侧，且输出端贯穿通过所述安装平台330及所述感应片310，所述接地屏蔽片320连接于所述直流电机340的输出端的端部，且与所述感应片310平行设置。所述感应片310的横截面为圆形，所述感应片310上开设若干均匀等距的扇形孔。所述接地屏蔽片320与所述感应片310的结构相同。所述直流电机340驱动所述接地屏蔽片320转动，所述接地屏蔽片320转动时，所述感应片交替地被屏蔽或暴露，从而在电场中产生感应的交变信号。捕捉所产生的交变信号，并通过放大、滤波等处理，可获取当前的相对电场强度。当电场强度发生变化时，所产生的交变信号发生突变，以此来判断是否有雷电靠近或判断雷电预警等级。

一优选的实施例中，所述电场仪探头300还可以同时获取电场极性信号。此时，所述直流电机340为霍尔电机，具有霍尔传感器。所述微处理集成电路板350至少包括一电场强度检测电路和一电场极性检测电路，所述霍尔传感器通过第一屏蔽线缆360电性连接所述电场极性检测电路，所述感应片通过第二屏蔽线缆370电性连接所述电场强度检测电路。

获取所述霍尔传感器检测得到的所述直流电机340的霍尔脉冲信号，并经过电场极性检测电路进行整形、放大，形成方波信号。例如，所述微处理集成电路板350设置有相敏检波器、低通滤波器及放大器，所述霍尔脉冲信号依次经过所述相敏检波器、所述低通滤波器及所述放大器，形成所述方波信号。通过所形成的方波信号的方向判断电场的极性。通过获取直流电机340的霍尔脉冲信号，代替传统的通过小叶片和光电开关获取的脉冲信号，简化了装置的结构，降低安装和检维修难度，降低了电机的输出负荷，从而有利于延长装置的使用寿命。

所述安装平台330可拆卸连接所述探头防护罩200，所述安装平台330与所述防护罩200能够形成封闭的安装腔201，所述直流电机340与所述微处理集成电路板350容置于所述安装腔201中。例如，所述防护罩200与所述安装平台330通过螺纹、卡扣连接或通过自给螺栓连接。一方面，所述安装平台330与所述防护罩200连接后，所述感应片310和所述接地屏蔽片320位于所述安装平台330外侧，从而使得所述感应片310能够暴露在空气中。另一方面，所述直流电机340与所述微处理集成电路板350及相关电路均容置于相对密闭的所述安装腔201内，实现对所述直流电机340与所述微处理集成电路板350等精密部件的保护，进一步延长设备的使用寿命。

一较佳的实施例中，所述探头防护罩200包括内罩210及外罩220，所述外罩220罩设于所述内罩210外侧，且与所述内罩210之间形成气流导向腔202，所述内罩210下端开设气流入口211，所述气流入口211位于所述感应片310与所述接地屏蔽片320之间，所述负压管410连通所述气流导向腔202。

具体地，所述内罩210的下端开设有环形的所述气流入口211，所述气流入口211的高度位于所述感应片310与所述接地屏蔽片320之间。所述内罩210与所述外罩220之间形成所述气流导向腔202，所述负压管410可以连通所述气流导向腔202的任意位置。在负压的作用力，所述感应片310与所述接地屏蔽片320之间及所述接地屏蔽片320下方的气流改变方向，沿所述接地屏蔽片320的四周及扇形孔处，经由环形的所述气流入口211进入所述气流导向腔202，并由所述负压管410排出。

通常地，为方便生产制造，在常规的电场仪的防护罩外侧罩设一个具有所述气流导向腔202的所述外罩220，所述外罩220的内壁和防护罩（所述内罩210）的外壁靠近，且外罩220的下端开设环形的气流入口211。所述安装平台330的中间开设有环形的气流入口211，安装时，使所述外罩220的气流入口211与所述安装平台330的气流入口211对齐即可。也就是说，在不改变传统电场仪的安装结构的前提下，通过上述方法，可以对传统的电场仪进行升级改造，已获得误报率低的电场仪及雷电预警装置。

所述负压发生件420可以是负压风机等被动制动的设备，一较佳实施例中，为能够利用自然风力，实现改变所述感应片310与所述接地屏蔽片320处的气流方向，防止单一方向强风造成所述电场仪检测误差，并能够同时对所述感应片310与所述接地屏蔽片320进行吹扫，所述负压管410竖直向上设置，所述负压发生件420为管状，且垂直设置于所述负压管410的上方，自然风由所述负压发生件420通过的过程中，在文丘里效应、烟囱效应的作用下，在所述负压管410处形成负压抽吸力，改变所述负压管410入口处的气流流向。

例如，所述负压发生件420包括依次设置气流入口段421、负压发生段422及气流出口段423，所述气流入口段421呈喇叭状，且向靠近所述负压发生段422的一侧缩径，所述气流出口段423呈喇叭口状，且向远离所述负压发生段422的一侧扩径，所述负压管410连通所述负压发生段422。有风时，气流由所述气流入口段421进入，并被压缩，流速变快，并由所述气流出口段423扩压排出，过程中，由于烟囱效应叠合文丘里效应，在所述负压管410处形成抽吸作用力。

为进一步提高风力平衡效率，所述负压发生件420为一文丘里式真空发生器，所述负压管410连通文丘里式真空发生器的真空吸入口，强风由文丘里真空发生器的入口进入，所述负压管410处形成真空区域，位于所述负压管410的入口处的空气补充该真空区域而形成气流，改变所述负压管410入口处的气流流向，对所述感应片310与所述接地屏蔽片320进行吹扫。

为进一步提高风力平衡效率，所述负压发生件420能够相对所述负压管410在水平方向转动。所述负压发生件420上还设置有导向板430，所述导向板430能够在风力作用下驱动所述负压发生件420转动，以使所述负压发生件420的气流入口正对风向。例如，所述导向板430设置于所述负压发生件420的气流出口的一端，以在强风状态下，保持所述负压发生件420的气流入口正对风向。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。