雷击专用数字存储示波器及其测量方法技术

本发明专利技术提供了雷击专用数字存储示波器及其测量方法，该雷击专用数字存储示波器包括信号调理及触发信号产生电路、时序分配电路、采样保持电路、ADC单片机电路、主控单片机电路、电源电路、显示器接口单元和计算机通信串行口，信号调理及触发信号产生电路、采样保持电路、ADC单片机电路依次连接，时序分配电路分别连接采样保持电路、ADC单片机电路；信号调理及触发信号产生电路、ADC单片机电路、电源电路均分别与主控单片机电路连接；计算机通信串行口连接主控单片机电路；信号调理及触发信号产生电路连接外部雷击电流信号输入插座的信号端；显示器接口单元连接主控单片机电路，并外接显示器。本发明专利技术可满足雷击电流波形采集的特殊要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及示波器
，特别涉及一种。
技术介绍
数字存储示波器DSO(digital storage oscilloscope)由于具有模拟示波器不可比拟的优势，近些年来发展十分迅速。数字存储示波器是电子信号测量的常用仪器之一，它在各行各业如机械、电子、军事以及科研教学等领域都有着广泛的应用。现有通用数字存储示波器造价昂贵，设计复杂，多用于高速采集和分析有规律的周期波形，在技术实现上常采用大规模现场可编程门阵列逻辑器件FPGA、FIF0先入先出存储器、DMA控制器、高速模数A/ D转换器(简称ADC)、数字信号微处理器DSP以及其他高速控制接口芯片等。虚拟数字存储示波器一般是基于PC机(个人电脑)的，很好的利用了 PC机的高速控制和方便的分析显示等功能，但是其前端的数据采集卡仍然技术复杂，成本不菲。由于雷击电流波形自身的特殊性，以及出于成本和功能针对性的考虑，前述两种数字存储示波器均不能很好地满足雷击要求，必须设计专用的数字存储示波器。雷电是一种能引起严重灾害的自然现象。随着人类经济社会的发展，因雷电而引发的灾害也越来越多。人类对雷电灾害的监测记录已经有很长时间。我国在气象部门设立的几千个气象台站都有近几十年来的雷电观测记录，但是这些记录大都缺少定量化。目前， 国家已经认识到建设大范围雷电监测网的必要性，气象部门将这一系统的建设纳入发展计划。雷电监测网的建立将发挥重要作用，而雷击电流波形的检测研究是其中最为重要的环节，可以提供丰富的雷击参数，为定量分析提供可靠依据。由Rogowski线圈(络氏线圈)感应的雷击电流波形一般持续约10 500us (微秒)，波头约IOOus以内，波头前沿上升时间约1 5us，而且经常伴有振荡。雷击源区附近波形主频谱约5 7KHz (千赫兹)，较远区域约10 500KHz。根据香农采样定理，最大可用采样带宽相当于采样频率的一半，因此示波器的采样频率必须大于IMHz (兆赫兹)。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种可很好满足雷击要求的雷击专用数字存储示波器。本专利技术的另一个目的在于提供由上述雷击专用数字存储示波器实现的测量方法。为达上述目的，本专利技术采用如下的技术方案雷击专用数字存储示波器，包括信号调理及触发信号产生电路、时序分配电路、采样保持电路、ADC单片机电路、主控单片机电路、电源电路、显示器接口单元和计算机通信串行口，所述信号调理及触发信号产生电路、采样保持电路、ADC单片机电路依次连接，时序分配电路分别连接采样保持电路、ADC单片机电路；所述信号调理及触发信号产生电路、ADC 单片机电路、电源电路均分别与主控单片机电路连接；计算机通信串行口连接主控单片机电路，并外接计算机；所述信号调理及触发信号产生电路连接外部雷击电流信号输入插座的信号端；所述电源电路包括第一输出端、第二输出端以及第三输出端，其第一输出端、第二输出端、第三输出端均连接信号调理及触发信号产生电路，所述第三输出端分别连接时序分配电路、采样保持电路、ADC单片机电路、主控单片机电路；所述显示器接口单元连接主控单片机电路，并外接显示器。所述信号调理及触发信号产生电路包括阻抗变换电路、隔离缓冲电路、半波整流电路和主控单片机中断控制电路，所述阻抗变换电路包括第一运算放大器，第一运算放大器包括电源正极接入端、电源负极接入端、第一同相输入端、第一反相输入端和第一输出端，所述第一运算放大器的电源正极接入端、电源负极接入端分别连接电源电路的第一输出端、第二输出端；第一运算放大器的第一同相输入端连接外部雷击电流信号输入插座的信号端；第一运算放大器的第一反相输入端连接其第一输出端，第一运算放大器的第一输出端连接半波整流电路；所述半波整流电路分别连接电源电路的第一输出端、第二输出端；所述隔离缓冲电路包括第二运算放大器，第二运算放大器包括电源正极接入端、 电源负极接入端、第一同相输入端、第一反相输入端、第一输出端、第二同相输入端、第二反相输入端和第二输出端，第二运算放大器的电源正极接入端连接电源电路的第一输出端， 其电源负极接入端接地；第二运算放大器的第一同相输入端连接半波整流电路，第二运算放大器的第一反相输入端连接其第一输出端，第二运算放大器的第一输出端连接采样保持电路、主控单片机中断控制电路；第二运算放大器的第二同相输入端连接半波整流电路，第二运算放大器的第二反相输入端连接其第二输出端，其第二输出端连接采样保持电路、主控单片机中断控制电路；所述主控单片机中断控制电路分别连接电源电路的第三输出端、主控单片机电路。半波整流电路包括第一电阻、第一二极管、第二二极管、第三电阻、第三运算放大器、第三二极管、第四二极管、第二电阻和第四电阻；所述第三运算放大器包括电源正极接入端、电源负极接入端、第一同相输入端、第一反相输入端、第一输出端、第二同相输入端、 第二反相输入端和第二输出端；第三运算放大器的电源正极接入端、电源负极接入端分别连接电源电路的第一输出端、第二输出端；第一二极管的正极连接第三运算放大器的第一反相输入端，其负极连接第三运算放大器的第一输出端；第二二极管的正极连接第三运算放大器的第一输出端，其负极连接第二运算放大器的第一同相输入端；所述第一电阻的一端连接第一二极管的正极，其另一端连接第二二极管的负极；第三电阻的一端连接第一运算放大器的第一输出端，其另一端连接第三运算放大器的第一反相输入端；第三运算放大器的第一同相输入端接地，其第二同相输入端连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接第一运算放大器的第一输出端；第三运算放大器的第二反相输入端连接第四二极管的正极，其第二输出端连接第四二极管的负极；第三二极管的正极连接第四二极管的负极，其负极连接第二运算放大器的第二同相输入端；第二电阻的一端连接第四二极管的正极，其另一端连接第三二极管的负极。主控单片机中断控制电路包括第一电容、第六电阻、第七电阻、第八电阻、高速比较器和第五电阻，所述高速比较器包括电源正极接入端、电源负极接入端、第一同相输入端、第一反相输入端、第一输出端、第二同相输入端、第二反相输入端和第二输出端；第七电阻的一端连接电源电路的第三输出端，其另一端连接高速比较器的第一同相输入端；高速比较器的第一反相输入端连接第二运算放大器的第一输出端，高速比较器的第一输出端分别连接主控单片机电路、第六电阻的一端；第六电阻的另一端连接电源电路的第三输出端； 第一电容的正极连接电源电路的第三输出端，第一电容的负极接地；所述第八电阻的两端分别连接高速比较器的第一同相输入端、高速比较器的电源负极接入端；高速比较器的电源负极接入端接地，其电源正极接入端连接电源电路的第三输出端；高速比较器的第二反相输入端连接第二运算放大器的第二输出端，高速比较器的第二输出端连接主控单片机电路；第五电阻的一端连接高速比较器的电源正极接入端，其另一端连接高速比较器的第二输出端；高速比较器的第二同相输入端与其第一同相输入端相连接。信号调理及触发信号产生电路还包括第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、 第六电容、第七电容、第八电容、第五二极管、第六二极管、第七二极管和第八二极管；所述第五二极管的正极接地，其负极连接第二运算放大器的第一同相输入端；所述第六二极管的正极接本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．雷击专用数字存储示波器，其特征在于：包括信号调理及触发信号产生电路、时序分配电路、采样保持电路、ＡＤＣ单片机电路、主控单片机电路、电源电路、显示器接口单元和计算机通信串行口，所述信号调理及触发信号产生电路、采样保持电路、ＡＤＣ单片机电路依次连接，时序分配电路分别连接采样保持电路、ＡＤＣ单片机电路；所述信号调理及触发信号产生电路、ＡＤＣ单片机电路、电源电路均分别与主控单片机电路连接；所述计算机通信串行口连接主控单片机电路，并外接计算机；所述信号调理及触发信号产生电路连接外部雷击电流信号输入插座的信号端；所述电源电路包括第一输出端、第二输出端以及第三输出端，其第一输出端、第二输出端、第三输出端均连接信号调理及触发信号产生电路，所述第三输出端分别连接时序分配电路、采样保持电路、ＡＤＣ单片机电路、主控单片机电路；所述显示器接口单元连接主控单片机电路，并外接显示器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶克江，
申请(专利权)人：叶克江，
类型：发明
国别省市：81