1.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

PRE-STORM 2.0型大氣電場(chǎng)儀是基于磨盤式（或稱場(chǎng)磨式）原理設(shè)計(jì)的，通過馬達(dá)不停的旋轉(zhuǎn)來獲取到連續(xù)測(cè)量大氣電場(chǎng)強(qiáng)度的變化。它由一片 “定子”（感應(yīng)片）和一片“轉(zhuǎn)子”（接地屏蔽片）構(gòu)成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)速恒定為1560轉(zhuǎn)/分鐘的電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使感應(yīng)片交替地暴露在電場(chǎng)中或被屏蔽，從而產(chǎn)生與外界電場(chǎng)強(qiáng)度成正比的感應(yīng)電荷，感應(yīng)片連接到放大處理電路及波形調(diào)整電路，輸出電壓信號(hào)，經(jīng)過標(biāo)定，該電壓可以表征大氣電場(chǎng)的強(qiáng)度以及極性變化。

PRE-STORM 2.0型大氣電場(chǎng)儀是為了滿足地面氣象觀測(cè)規(guī)范中地面大氣電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量而設(shè)計(jì)的，這使得它也同樣適用于其他各種應(yīng)用，堅(jiān)固的鋁制外殼科技抵擋各種惡劣環(huán)境，倒置式的結(jié)構(gòu)能有效避免鳥糞、雨水、落葉等的侵襲，同時(shí)還具有低功耗、安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)潔等特點(diǎn)，可以長(zhǎng)期連續(xù)的測(cè)量大氣電場(chǎng)強(qiáng)度的變化。

   PRE-STORM 2.0型大氣電場(chǎng)儀最常見的應(yīng)用是用于對(duì)雷電的提前告警，其在氣象觀測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、石油石化、旅游景區(qū)、高爾夫球場(chǎng)、風(fēng)力發(fā)電、大型戶外游樂場(chǎng)所均有廣泛的應(yīng)用。

1.2 主要性能指標(biāo)

1.3 工作原理

場(chǎng)磨式大氣電場(chǎng)儀利用置于電場(chǎng)中的導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)電荷的原理來測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度和方向。

電場(chǎng)儀探頭中定子上的感應(yīng)電荷Q(t)為時(shí)間的函數(shù)，其值與外界電場(chǎng)強(qiáng)度E成正比，見公式（1）。

Q(t)＝-ε₀ES(t) ....................................................（1）

      式中：

      Q(t)-- 電場(chǎng)儀探頭中定子上的感應(yīng)電荷，單位為安培（A）；

      ε₀--自由空間介電常數(shù)；

      S(t)--定子暴露在電場(chǎng)中的表面積，單位為平方米（^m2）。

      所以當(dāng)定子的暴露面積隨時(shí)間不斷變化時(shí)，Q(t)為一交變電流信號(hào)。由于電場(chǎng)強(qiáng)度與感應(yīng)電流成比例關(guān)系，因此通過測(cè)量感應(yīng)電流流經(jīng)一個(gè)大電阻產(chǎn)生的等效電壓值，即可得到外界電場(chǎng)強(qiáng)度值。感應(yīng)電流流經(jīng)一個(gè)大電阻產(chǎn)生的等效電壓值與外界電場(chǎng)強(qiáng)度值之間的比例系數(shù)可以通過標(biāo)定得到。

      測(cè)量原理模型見圖2

二、系統(tǒng)配置組成

PRE-STORM 2.0型大氣電場(chǎng)儀由硬件和軟件組成。硬件可分成電場(chǎng)感應(yīng)探頭、處理單元、供電單元、通信控制單元、無線傳輸模塊（選配）及外圍組件，其軟件可分成采集軟件和業(yè)務(wù)軟件兩種。

設(shè)備的邏輯結(jié)構(gòu)如下圖3。

圖3 大氣電場(chǎng)儀邏輯結(jié)構(gòu)框圖

圖3中，大氣電場(chǎng)儀由感應(yīng)探頭、處理單元等部分組成，輔以通信控制單元、供電單元和外圍組件構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立應(yīng)用的大氣電場(chǎng)觀測(cè)站。通過通信控制單元既可以向本地終端輸出數(shù)據(jù)文件，也可以通過無線網(wǎng)絡(luò)向數(shù)據(jù)中心輸出數(shù)據(jù)文件。

2.1 大氣電場(chǎng)儀部分

大氣電場(chǎng)儀設(shè)備由感應(yīng)探頭、處理單元構(gòu)成。

感應(yīng)部件根據(jù)導(dǎo)體在電場(chǎng)中感應(yīng)電荷，感知大氣電場(chǎng)變化，并轉(zhuǎn)換為可以進(jìn)行計(jì)量的物理量信號(hào)。

處理單元是大氣電場(chǎng)儀的關(guān)鍵部件。它由A/D轉(zhuǎn)化電路、中央處理器、GPS時(shí)鐘、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、控制電路和接口等部分構(gòu)成，見圖4。其主要功能是負(fù)責(zé)測(cè)量傳感器輸出的電壓信號(hào)，完成傳感器的信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換，信號(hào)采樣，并對(duì)采樣值進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理、質(zhì)量控制、記錄存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和傳輸。

2.2 通信控制單元

通信控制單元負(fù)責(zé)將大氣電場(chǎng)儀的觀測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)警狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包整理和校驗(yàn)，可以按照預(yù)先設(shè)定的通訊方式和傳輸時(shí)間間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，也可以通過遠(yuǎn)程命令，進(jìn)行通訊方式和傳輸時(shí)間間隔調(diào)整。

通信控制單元置有網(wǎng)口和無線模塊，其通過 RS-232/485口與大氣電場(chǎng)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，通過LAN口向內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，也可通過無線模塊與云端或數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，無線模塊應(yīng)支持主流通信，包括2G、3G、4G等。

采用無線傳輸模塊時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)傳輸，至少可同時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)到2個(gè)數(shù)據(jù)中心站。

通信控制單元還應(yīng)置有模擬量和數(shù)字量的輸入輸出通道，能根據(jù)大氣電場(chǎng)儀提供的預(yù)警信息實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的變化，也能接收來自其他設(shè)備的模擬量和數(shù)字量信號(hào)，通過無線模塊把數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)中心站。

2.3 供電單元

供電控制單元負(fù)責(zé)為系統(tǒng)提供工作電源，通常使用蓄電池供電（直流12V或24V），使用太陽能電池板對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，如果具備市電接入條件，也可以選用單相市電220V對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。

供電單元采取限流保護(hù)和防反接措施，提供穩(wěn)定的輸出電流。可根據(jù)要求進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。

2.4 外圍組件

設(shè)備安裝支架、聲光報(bào)警裝置等統(tǒng)稱為外圍組件。

2.5 軟件

2.5.1 采集軟件

采集軟件運(yùn)行在大氣電場(chǎng)儀的數(shù)據(jù)處理單元中，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸功能。

2.5.2 業(yè)務(wù)軟件

      業(yè)務(wù)軟件由業(yè)務(wù)主管單位制定，用于處理、顯示、存儲(chǔ)、查詢和傳輸大氣電場(chǎng)儀觀測(cè)數(shù)據(jù)，是安裝在本地終端微機(jī)或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心終端的應(yīng)用軟件，該軟件在大氣電場(chǎng)值達(dá)到報(bào)警閾值時(shí)，有聲音及圖像報(bào)警功能。

三、大氣電場(chǎng)儀的安裝

3.1 安裝環(huán)境要求

安裝前注意事項(xiàng)

（1）電場(chǎng)偵測(cè)探頭需裝在無污染的環(huán)境里；

（2）避免偵測(cè)探頭靠近引擎排放出來的煙和以及各種塵土(發(fā)電機(jī)組,鐵路,公路等容易引起灰塵的地方)；

（3）避免偵測(cè)探頭靠近易產(chǎn)生靜電的層面(如塑料門面,塑料平臺(tái)等),優(yōu)先考慮石制或混凝土地基；

（4）不要將偵測(cè)探頭安裝在靠近避雷針的地方；

（5）在地基與偵測(cè)探頭隔開的情況下(如在無障礙物地區(qū),偵測(cè)探頭放置于支柱的頂端),偵測(cè)探頭被固定在離地面高度1.8米的支柱上。

安裝偵測(cè)探頭周圍環(huán)境的選擇

   將偵測(cè)探頭安裝在建筑物頂端或靠近建筑物的情況下，因其使電場(chǎng)強(qiáng)度線發(fā)生變化，所以在安裝時(shí)其安裝的位置有一定的限制。因此需要避免其安裝位置在有一定高度的物體的根部(樹木，建筑，塔臺(tái)等)。

   以下是幾種安裝位置的選擇，綠色代表可以安裝的區(qū)域或地點(diǎn)，紅色代表不可安裝的區(qū)域或地點(diǎn)。

用戶也可選擇把控制箱安裝到室內(nèi)（安裝方式見下圖）。

3.2 制作地基

地面固定式基礎(chǔ)施工圖

3.3 大氣電場(chǎng)儀的安裝

3.3.1 設(shè)備清單

3.3.2 工具清單

3.3.3 安裝步驟

（1）支撐桿底座與水泥基礎(chǔ)的固定

使用材料一覽：M10不銹鋼螺母、彈墊、墊片各4,17扳手1把。

（2）控制箱固定桿與控制箱的固定

使用材料一覽：

M8不銹鋼螺母、彈墊、墊片各4；

12扳手1把；

13扳手1把；

黑色抱箍4個(gè)（配件袋內(nèi)）；

方形墊片4片（配件袋內(nèi)）；

M6*80螺桿、彈墊各4；

控制箱不銹鋼連接支架2個(gè)。

（3）傳感器、探頭電纜、控制箱固定管的連接

使用材料一覽：

內(nèi)六角1套；

大氣電場(chǎng)儀電纜4*0.5 2米一根。

步驟一：探頭與四芯電纜線的連接

步驟二：使用內(nèi)六角工具把探頭固定至圓管上

步驟三：如下圖所示把探頭四芯電纜線引至控制箱內(nèi)

（4）控制箱固定管與基礎(chǔ)組件的固定

使用材料一覽：

M8不銹鋼螺母 4個(gè)；

13扳手1把。

注意電源線的穿管入箱。

（6）線纜的連接

將3芯AC220電纜線連接至水泥基礎(chǔ)旁，并從控制箱左側(cè)第2個(gè)孔進(jìn)入控制箱。

將4芯探頭電纜線插入控制箱左側(cè)第3個(gè)孔內(nèi)。

自左起，接線端子線序如下：

（7）貼片天線

將天線貼與控制箱頂部，天線一頭從從控制箱左側(cè)第1個(gè)孔進(jìn)入控制箱內(nèi)，與通信模塊CCW4G01連接。

（8）SIM的插入

四、調(diào)試與檢查

4.1 線路檢查

      最后使用萬用表檢查一下線路是否有松動(dòng)或錯(cuò)誤，檢查通過后合上2個(gè)空開，左起第一個(gè)開關(guān)為市電交流220V進(jìn)線開關(guān)，第二個(gè)開關(guān)為電池供電開關(guān)。

      將RJ45網(wǎng)線插入控制箱左起第一個(gè)RJ45航空插頭處。

      正常情況下通信模塊CCW4G01燈指示如下：

4.2 通信模塊參數(shù)設(shè)置

4.2.1 CCW4G01設(shè)置

接口說明

4.2.2 通信模塊網(wǎng)口默認(rèn)參數(shù)

4.2.3 通信模塊設(shè)置步驟

   支持通過瀏覽器訪問地址，直接配置參數(shù)。（建議使用chrome或火狐瀏覽器）

   輸入192.168.3.127進(jìn)入進(jìn)入設(shè)置界面

點(diǎn)擊“OK”進(jìn)入設(shè)置界面

設(shè)置站點(diǎn)唯一編號(hào)，修改站點(diǎn)編號(hào)（ZH1001改為N1001）。

在RelayMode，下拉菜單中選擇AlarmLED Mode(預(yù)警燈模式)/AutoSource Mode(自動(dòng)模式)/HandSource Mode(手動(dòng)模式)。

當(dāng)RelayMode中選擇AutoSource Mode模式時(shí)，還需要在RelayType下拉菜單選擇MouldedBreaker（塑殼電操）/MiniatureBreaker（微斷電操）。

設(shè)置RelayShiftLevel，即輸出最低雷電預(yù)警級(jí)別，默認(rèn)為2。

設(shè)置RelayShiftTime，繼電器切換延遲時(shí)間。

設(shè)置GPRS SendCycle，設(shè)置4G傳輸間隔，單位為毫秒。

專用APN用戶需將GPRSAccessPoint從CTLTE修改成專用APN接入點(diǎn)。

例如海南省氣象局GPRSAccessPoint為hnqxj2.hq。

設(shè)置網(wǎng)口參數(shù)，包括Ipv4、Subnet、Gateway。

設(shè)置通過LAN接收數(shù)據(jù)服務(wù)器IP地址和端口，ServerIP(LAN)。

設(shè)置通過4G接收數(shù)據(jù)服務(wù)器IP地址和端口，ServerIP(GPRS)。

特別注意

在專用APN用戶，還需在Command下拉菜單中，選GPRSAccessPonitEnable，點(diǎn)擊Commit提交。

所有參數(shù)修改后，在Command下拉菜單中在選擇save& Reboot，點(diǎn)擊Commit提交，完成設(shè)置。

五、儀器的校準(zhǔn)

場(chǎng)磨式大氣電場(chǎng)儀現(xiàn)場(chǎng)常用標(biāo)定、校準(zhǔn)方法

由于戶外觀測(cè)環(huán)境的不確定性，場(chǎng)磨式大氣電場(chǎng)儀運(yùn)行了一段時(shí)間后會(huì)吸附灰塵，進(jìn)行清洗維護(hù)后，需要對(duì)探頭進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的標(biāo)定、校準(zhǔn)，現(xiàn)給出參考方法如下圖：

使用本方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定、校準(zhǔn)時(shí)請(qǐng)注意如下幾點(diǎn):

      ⑴、因各廠家設(shè)備的外形設(shè)計(jì)差異，標(biāo)定校準(zhǔn)參考值應(yīng)由廠家提供，廠家應(yīng)在完成出廠一致性計(jì)量檢定后，提供便攜式現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定校準(zhǔn)設(shè)備，并給出參考值；

      ⑵、便攜式設(shè)備的直流供電源可單獨(dú)攜帶也可至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備端取，但直流負(fù)需與探頭共地，實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)電壓；

      ⑶、不銹鋼圓板應(yīng)與采樣區(qū)域同圓心、同半徑；且兩者的距離為固定值。

六、儀器的維護(hù)

一般操作步驟：

      ⑴、設(shè)備整機(jī)斷電，用清水及軟毛刷清洗探頭裸露在空氣中的轉(zhuǎn)子與定子部件；

      ⑵、清洗完成后，擦干水漬；

      ⑶、如攜帶的標(biāo)定設(shè)備配有蓄電池，則需把蓄電池的負(fù)與設(shè)備的直流電源負(fù)相連，如攜帶的標(biāo)定設(shè)備沒有配有蓄電池，則直接從設(shè)備的直流電源正出引一導(dǎo)線連接至標(biāo)定的不銹鋼鋼圓板上，并使得不銹鋼圓板置于探頭感應(yīng)面下（等距、近距），記錄下此時(shí)的電源電壓，利用電場(chǎng)強(qiáng)度公式E=U/D，計(jì)算出理論電場(chǎng)強(qiáng)度后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)系數(shù)標(biāo)定，如現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境非地面空曠處，為提高預(yù)警的準(zhǔn)確率，廠家提供的設(shè)備和軟件應(yīng)有必要引入環(huán)境系數(shù)的標(biāo)定。

七、服務(wù)與技術(shù)支持

公司聯(lián)系方式：020-31195637傳真：020-31195729

雷電預(yù)警事業(yè)部直線：18688405118

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