預警防護一體化機動雷電防護與監測平臺的製作方法

2023-04-23 05:00:11

本實用新型涉及雷擊防護與監測裝置或方法技術領域，尤其涉及一種預警防護一體化機動雷電防護與監測平臺。

背景技術：

雷電是自然界中發生頻率很高的一種超長間隙放電現象，與人類戶外活動密切相關。尤其是對於各種需要在戶外作業的機動裝備而言，其不可避免地要遭受雷暴、閃電等極端天氣的考驗。但對於這些戶外大型的機動裝備而言，因其工作環境常與避雷要求相矛盾，如這些機動裝備的工作地點往往是空曠的地域，再加上裝備上各類發射或接受天線的存在，使得這些機動裝備很容易成為直擊雷襲擊的目標，進而導致人員傷亡、裝備毀傷、控制失靈和通訊中斷等事故的發生。而且，隨著人類活動範圍的不斷拓展，野外裝備面臨的上述雷電威脅正在日益加重，已經嚴重威脅到人類在野外各種活動的正常運行。

針對直擊雷的防護，目前最成熟、應用最廣泛、也是最受公認的直擊雷防護技術就是富蘭克林實用新型的避雷針系統，它由接閃器、引下線和接地體三部分組成，其防護原理主要是通過高聳的避雷針來改變大氣電場，使其附近局部電場大幅度提高，比它周圍的其它物體更容易激發上行先導而接閃雷電，保證一定範圍內的雷電下行先導總是向避雷針系統的接閃器放電，之後通過引下線和接地體將雷電流洩放入大地之中，250多年的不斷改進和實際運行經驗奠定了其在直擊雷防護領域的主導地位。但是，這種傳統的避雷針系統在應用於野外機動裝備的伴隨、機動式雷電防護時仍然存在一些局限性：一是傳統避雷針系統用於伴隨機動防護時難以實現快速接地。目前，傳統的Franklin避雷針系統在應用於機動裝備野外雷電防護時，常用的方法是架設地釘式避雷針系統，即在現場臨時架設避雷針系統的接閃器並在土壤中鋪設剛性的金屬接地體，特別是埋設接地體的環節，花費的時間較長，尤其是在地質較硬、大地電阻率較高的山區接地完成時間往往需要半個小時甚至更長時間，難以實現快速防雷接地，更無法實現防護裝置在機動狀態下的防雷接地。二是避雷針系統需要架設的時機難以準確把握。對於野外機動裝備而言，由於沒有配套的雷電監測、預警設備，當其在野外工作時，對於何時雷電可能會發生難以做出預判，相應的何時應該架設好避雷針系統也就難以準確把握。為了實現對裝備的直擊雷防護，目前採用的方法是提前、提早架設，這種方式對於一些固定或長期設施而言尚可實現，但是對於頻繁轉移的機動裝備或者臨時、緊急停靠的機動裝備而言，這種提早架設的方式就明顯捉襟見肘了。

值得一提的是，在軍事領域，隨著部隊軍事訓練和演習不斷向實戰化貼近，要求訓練、演習、作戰具有全天候能力，這就對信息化裝備、大型武器裝備野外作訓條件下的實時、實地雷電防護問題提出更高的要求，目前採用的現場臨時架設地釘式避雷針系統的直擊雷防護方法已難以滿足實際需求。在這種情況下，研究野外條件下的機動式快速防雷方法或平臺就具有非常重要的現實意義，對解決部隊實戰過程中因雷電天氣原因造成的裝備受損或戰機貽誤等問題具有重要的技術支撐作用。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種預警防護一體化機動雷電防護與監測平臺，所述平臺以機動車輛為載體，集雷電預警、直擊雷防護、雷擊存儲記錄、快速機動等多功能為一體，用於解決野外機動裝備可能面臨的直擊雷威脅問題，適用於野外機動裝備或轉移較為頻繁裝備的伴隨式直擊雷防護。

為解決上述技術問題，本實用新型所採取的技術方案是：一種預警防護一體化機動雷電防護與監測平臺，其特徵在於：包括車輛主體、屏蔽方艙車廂、大氣電場儀、雷電預警與控制系統、可升降式接閃器、引下線、快速柔性接地系統以及雷擊數據記錄設備，所述屏蔽方艙車廂固定在所述車輛主體上，所述大氣電場儀位於所述屏蔽方艙車廂的外側，用於監測大氣電場的變化情況，所述大氣電場儀與所述雷電預警與控制系統的信號輸入端連接，所述雷電預警與控制系統的控制信號輸出端分別與可升降式接閃器的升降驅動電機的控制信號輸入端以及快速柔性接地系統的柔性接地實施裝置和柔性接地裝置的控制信號輸入端連接，所述升降驅動電機位於所述屏蔽方艙車廂內，可升降式接閃器位於所述屏蔽方艙車廂外，升降驅動電機用於驅動所述可升降式接閃器上升或下降；所述可升降式接閃器上設有雷電流探頭，所述雷電流探頭通過屏蔽電纜與所述屏蔽方艙車廂內的雷擊數據記錄設備電連接，所述可升降接閃器通過引下線與屏蔽方艙車廂外快速柔性接地系統的柔性接地裝置連接。

進一步的技術方案在於：所述可升降式接閃器包括升降驅動電機、升降杆和位於升降杆頂端的接閃器，所述升降驅動電機用於驅動所述升降杆上升或下降。

進一步的技術方案在於：所述可升降式接閃器還包括固定用絕緣風繩，所述絕緣風繩的一端與所述升降杆固定連接，另一端為自由端。

進一步的技術方案在於：所述屏蔽方艙車廂的後側設有屏蔽門和登車梯。

進一步的技術方案在於：所述柔性接地實施裝置包括水箱、電磁閥和噴頭組，所述水箱、電磁閥位於所述屏蔽方艙車廂內，所述噴頭組位於所述屏蔽方艙車廂外，所述水箱內設有導電流體，所述水箱的底部設置有與其連通的出水管，所述電磁閥設置於所述出水管上，且噴頭組設置於所述出水管的末端，電磁閥的控制端與雷電預警與控制系統的控制信號輸出端連接。

進一步的技術方案在於：所述柔性接地裝置包括柔性吸水導電布和接地驅動電機，所述柔性吸水導電布位於所述屏蔽方艙車廂外，所述接地驅動電機位於所述屏蔽方艙車廂內，在所述平臺使用時，所述柔性吸水導電布展開設置，且其一端鋪設在地面上，與地面大面積接觸，所述噴頭組的開口朝向所述柔性吸水導電布展開在地面上的部分，所述接地驅動電機的控制端與雷電預警與控制系統的控制信號輸出端連接，用於驅動柔性吸水板導電布的展開或收起。

進一步的技術方案在於：所述雷電流探頭使用Rogowski線圈。

進一步的技術方案在於：所述雷電預警與控制系統、雷擊數據記錄設備、柔性接地實施裝置和升降驅動電機與屏蔽方艙車廂外的相應部件的互聯線纜上，均設有浪湧保護器。

採用上述技術方案所產生的有益效果在於：所述平臺形成直擊雷防護能力的時間短，且不存在傳統地釘式避雷針系統接地裝置撤收難的問題。在緊急防雷需求情況下，所述平臺的架設無需駐車，可實現機動狀態下的伴隨式防護。綜上，所述平臺以機動車輛為載體，集雷電預警、直擊雷防護、雷擊存儲記錄、快速機動等多功能為一體，用於解決野外機動裝備可能面臨的直擊雷威脅問題，適用於野外機動裝備或轉移較為頻繁裝備的伴隨式直擊雷防護。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例所述平臺的升降杆收起時的側視圖；

圖2是本實用新型實施例所述平臺的升降杆展開時的側視圖；

圖3是本實用新型實施例所述平臺的俯視圖；

圖4是本實用新型實施例所述平臺的後視圖；

圖5是本實用新型實施例所述平臺中快速柔性接地系統的結構示意圖；

其中：1、車輛主體2、屏蔽方艙車廂3、大氣電場儀4、雷電預警與控制系統5、引下線6、雷擊數據記錄設備7、升降驅動電機8、柔性接地實施裝置81、水箱82、電磁閥83、噴頭組9、雷電流探頭10、登車梯11、柔性接地裝置111、柔性吸水導電布112、接地驅動電機12、升降杆13、接閃器14、絕緣風繩15、屏蔽門16、導電流體17、大地。

具體實施方式

下面結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本實用新型，但是本實用新型還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。

如圖1～4所示，本實用新型實施例公開了一種預警防護一體化機動雷電防護與監測平臺，主要包括車輛主體1、屏蔽方艙車廂2、大氣電場儀3、雷電預警與控制系統4、可升降式接閃器、引下線5、快速柔性接地系統以及雷擊數據記錄設備6。其中，車輛主體作為整個機動式雷電防護裝置的載體，用於放置、安裝屏蔽方艙車廂和可升降式接閃器，並實現對整個雷電防護平臺的機動運輸。屏蔽方艙車廂置於車輛主體之上，內部用於放置、安裝雷電預警與控制系統、柔性接地實施裝置和雷擊數據記錄設備，並對雷電電磁脈衝起到一定的屏蔽防護作用；優選的，屏蔽方艙車廂後側可設屏蔽門和登車梯，便於人員進出和設備安裝以及人員登高。

所述大氣電場儀3位於所述屏蔽方艙車廂2的外側，用於監測大氣電場的變化情況，所述大氣電場儀3與所述雷電預警與控制系統4的信號輸入端連接，雷電預警與控制系統4內設置監測、預警、控制軟體，具有大氣電場實時監測、雷電預警和架設控制信號輸出等功能。所述雷電預警與控制系統4的控制信號輸出端分別與可升降式接閃器的升降驅動電機7的控制信號輸入端以及快速柔性接地系統的柔性接地實施裝置8、柔性接地裝置11的控制信號輸入端連接，所述升降驅動電機7位於所述屏蔽方艙車廂2內，可升降式接閃器位於所述屏蔽方艙車廂2外，升降驅動電機7用於驅動所述可升降式接閃器上升或下降。雷電預警與控制系統4根據大氣電場監測結果設置相應的閾值來實現；架設控制信號輸出主要是根據雷電預警的情況實時輸出雷電防護平臺的架設和撤收信號，用以控制可升降式接閃器的展開和快速柔性接地系統的接地實施。

所述可升降式接閃器上設有雷電流探頭9，所述雷電流探頭9通過導線與所述屏蔽方艙車廂2內的雷擊數據記錄設備6電連接，所述可升降接閃器通過引下線5與屏蔽方艙車廂2外快速柔性接地系統的柔性接地實施裝置8和柔性接地裝置11連接，進一步的，引下線5可置於屏蔽方艙車廂的外部，並沿底盤底部走線。雷擊數據記錄設備6用於實現對雷電防護平臺接閃雷電的監測和記錄。其中，雷電流探頭安裝套在升降杆或引下線上，通過屏蔽電纜與雷電數據記錄設備相連。

進一步的如圖1～2所示，所述可升降式接閃器包括升降驅動電機7、升降杆12和位於升降杆12頂端的接閃器13。所述升降驅動電機7用於驅動所述升降杆12上升或下降。升降杆固定於屏蔽方艙車廂2的外側，可電動或手動升降。避雷針系統的接閃器（與引下線相連）安裝於升降杆的頂部，並且在升降杆收起狀態時可拆卸或放倒，以便於車輛的快速機動。在升降杆展開的狀態下，為保證升降杆及接閃器的穩定性，可在升降杆上加裝絕緣風繩14，絕緣風繩14一端固定在升降杆上，另一端分別固定在車頭和屏蔽方艙車廂的頂部兩端；另外，為給驅動電機、監測控制系統等用電設備提供電力支持，還可在車頭和方艙之間安裝車載發電機組。

快速柔性接地系統位於平臺尾部，主要由屏蔽方艙車廂內部的柔性接地實施裝置和屏蔽方艙車廂外部的柔性接地裝置兩部分構成，且柔性接地實施裝置和柔性接地裝置通過引下線與升降杆上的接閃器相連。此處，對於快速柔性接地系統的要求為：接地完成和撤收時間短（數分鐘以內）、緊急防雷需求情況下無需駐車。比如，可以基於「大電阻並聯呈現小電阻」的原理，選取配製一種電導率高、環境汙染小的導電流體，採用基於導電流體和柔性吸水材料相結合的多點噴灑柔性防雷接地方案，即需要接地時，將導電流體噴灑在一種柔性的吸水材料上，柔性的吸水材料則鋪設在地面上，導電流體和柔性吸水材料共同作用實現防雷接地，如圖5所示；當不需接地時，停止導電流體噴灑，撤收柔性吸水材料。

如圖5所示，所述柔性接地實施裝置8包括水箱81、電磁閥82和噴頭組83。所述水箱81、電磁閥82位於所述屏蔽方艙車廂2內，所述噴頭組83位於所述屏蔽方艙車廂2外，所述水箱81內設有導電流體，所述水箱81的底部設置有與其連通的出水管，所述電磁閥82設置於所述出水管上，且噴頭組83設置於所述出水管的末端，電磁閥82的控制端與雷電預警與控制系統4的控制信號輸出端連接，所述噴頭組83與所述引下線5連接。所述柔性接地裝置11包括柔性吸水導電布111和接地驅動電機112，所述柔性吸水導電布111位於所述屏蔽方艙車廂2外，並與所述引下線5連接，所述接地驅動電機112位於所述屏蔽方艙車廂2內，在所述平臺使用時，所述柔性吸水導電布展開設置，且其一端鋪設在地面上，與地面大面積接觸，所述噴頭組83的開口朝向所述柔性吸水導電布展開在地面上的部分，所述接地驅動電機112的控制端與雷電預警與控制系統4的控制信號輸出端連接，用於驅動柔性吸水板導電布111的展開或收起。

此外，為了實現對接閃瞬間雷電電磁脈衝的防護，所述雷電預警與控制系統4、雷擊數據記錄設備6、柔性接地實施裝置8和升降驅動電機7與屏蔽方艙車廂2外的相應部件的互聯線纜上，均設有浪湧保護器。

使用上述預警防護一體化機動雷電防護與監測平臺進行雷電監測的方法，包括如下步驟：

1）雷電預警與控制系統4通過屏蔽方艙車廂2外的大氣電場儀3實時監測並記錄大氣電場的變化情況；

2）當大氣電場的場值超過設定的閾值時，雷電預警與控制系統4發出警示信號，並向升降驅動電機7、柔性接地實施裝置8和柔性接地裝置11輸出控制信號，完成接閃器13、柔性接地裝置11的自動架設和柔性接地實施裝置8的自動噴灑，以及絕緣風繩14的固定；

3）保持柔性接地實施裝置8噴灑、接閃器13和柔性接地裝置11架設狀態一段時間，監測此時的大氣電場，若大氣電場的幅值仍超出設定的閾值，繼續保持該狀態；若大氣電場的幅值已低於設定的閾值，則執行第5）步；

4）當接閃器13接閃時，安裝於升降杆上的雷電流探頭9自動感應測量到相應的雷電流數據，並傳輸、記錄、存儲於雷擊數據記錄設備內；

5）反向啟動升降驅動電機7和接地驅動電機112，撤收升降杆和接閃器以及柔性接地裝置11，同時關閉電磁閥82，或人工幹預使接閃器和接地裝置退出架設狀態。

所述平臺形成直擊雷防護能力的時間短，且不存在傳統地釘式避雷針系統接地裝置撤收難的問題。在緊急防雷需求情況下，所述平臺的架設無需駐車，可實現機動狀態下的伴隨式防護。綜上，所述平臺以機動車輛為載體，集雷電預警、直擊雷防護、雷擊存儲記錄、快速機動等多功能為一體，用於解決野外機動裝備可能面臨的直擊雷威脅問題，適用於野外機動裝備或轉移較為頻繁裝備的伴隨式直擊雷防護。