ADTD雷電探測儀用戶手冊.

1、雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)ADTD 雷電探測儀用戶手冊中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心ADTD 雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)課題組二OO四年十月頁號目錄55一、概論21.1 ADTD 雷電 探測儀的 工作 原理1.2 雷電監(jiān)測 定位 系統(tǒng) 的構(gòu) 成1.3 雷電探測 儀的 結(jié)構(gòu)二、ADTD 雷 電探 測儀的技 術(shù)功 能指標(biāo)2.1 每個雷電 探測 儀布 站配 置2.2 雷電探測 儀布 站連 接簡 圖2.3 雷電探測 儀的主要技術(shù) 指標(biāo)三、雷電探測儀的安裝3.1 安裝場地要求3.2 安裝基座3.3 探頭供電3.4 探頭接地3.5 通訊標(biāo)準(zhǔn)及波特率3.6 探頭與中 心數(shù)據(jù)處理站 間的通信3.7 通訊電纜3.8 探頭的安裝及

2、水平 調(diào) 節(jié)3.9 探頭 NS 磁場 天線 環(huán)方 位的 調(diào)整3.10 探頭的初次通電3.11 探頭的密封23411111111131313131317171818182222四、雷電探測 儀運(yùn) 行設(shè) 置和 操作 234.1 DIP 開關(guān)的設(shè)置234.2 探頭的運(yùn)行方式254.3 探頭的數(shù)據(jù)輸出及幀格式 254.4 自動自檢284.5 探頭命令284.6 CPU板、PDL板以及電源/接口板上的LED燈的涵義39五、雷電探測儀維修41445.1 探頭的檢修維護(hù)412 維修程序設(shè)置及測 試終端連接5.3 探頭故障修理47、概1.1 ADTD 雷電探測儀的工作原理閃電物理特性，探測原理，處理技術(shù) 大量

3、的氣象觀測、衛(wèi)星探測儀以及很多國家的電學(xué)測量等綜合分析表明，全球在任一時 刻都有上千個雷暴在活動， 大多數(shù)發(fā)生在較低緯度地區(qū)， 但兩極地區(qū)也時有發(fā)生。 由于雷電在 現(xiàn)代生活中，仍然威脅著森林、引燃火工品、造成人員的傷亡，對航天、航空、通訊、電力、 建筑等國防和國民經(jīng)濟(jì)的許多部門都有著很大的影響。因此各國都很重視雷電的研究與防護(hù)。閃電可以分為：云閃（包含云與云、云與空氣、云內(nèi)放電）、云地閃、誘發(fā)閃電、球閃 等多種，其中對地面設(shè)施危害最大的是云地閃電。云地閃電又可以細(xì)分為：正閃（正電荷對地 的放電）和負(fù)閃（負(fù)電荷對地的放電）。目前，閃電探測儀主要用來探測云地閃，并且能區(qū)分 正負(fù)極性。一次閃電的放電

4、過程如下所述： 云層荷電形成電分布初始擊穿梯級先導(dǎo)聯(lián)結(jié)過程第一回?fù)鬕 過程 J 過程直竄先導(dǎo)一第二回?fù)?。閃電的放電過程中最重要的是回?fù)暨^程，因?yàn)榛負(fù)舻碾娏鞔?，輻射的電磁場?qiáng)，是形成 故障造成危害的主要原因?；?fù)舻姆烹娞卣鲄⒘繛椋夯負(fù)舻姆烹姇r間：指回?fù)舭l(fā)生時的自然時間。閃電的回?fù)魯?shù)：每次閃電的回?fù)舸螖?shù)。 回?fù)舭l(fā)生的位置：回?fù)敉ǖ廊〈怪狈至吭诘孛婊蛘咴谀繕?biāo)上的投影。 回?fù)舻碾娏髦担褐富負(fù)綦娏鞑ㄐ蔚姆逯怠；負(fù)綦娏鞑ㄐ味付茸畲笾担褐富負(fù)舴烹娺^程中單位時間內(nèi)電流變化的最大值，它反映了閃 電回?fù)舴烹娮顒×視r的狀況?；?fù)舨ㄐ吻把爻掷m(xù)時間：指回?fù)綦娏鞑ㄐ沃?，?2KA 到峰值電流的過渡時間。 放電電荷：指每

5、次回?fù)舴烹娝尫懦龅碾姾?，即電流對時間的積分。閃電監(jiān)測定位系統(tǒng)從理論上講，其核心是通過幾個站同時測量閃電回?fù)糨椛涞碾姶艌鰜?確定閃電源的電流參數(shù)。 Maxwell 方程組和特殊路徑上的傳播影響，將兩者聯(lián)系起來。高精度 雷電定位系統(tǒng)將測量每次回?fù)舴烹娸椛涞碾姶琶}沖的下列參量：* 回?fù)舻姆烹姇r間* 回?fù)舭l(fā)生的位置100公里處回?fù)舨ㄐ蔚膹?qiáng)度峰值100公里處回?fù)舨ㄐ味付戎?00公里處回?fù)舨ㄐ味更c(diǎn)時間100公里處回?fù)舨ㄐ吻把厣仙龝r間100公里處回?fù)舨ㄐ螌挾攘硗?，根?jù)100公里處輻射場的波形，可以近似計算出回?fù)舻姆烹婋姾?、輻射能量。其中，探測儀的探測參量與指標(biāo)如下表所示：參數(shù)回?fù)舨ㄐ蔚竭_(dá)精確時間方位角磁場

6、峰值電場峰值波形特征值（四個）陡度值指標(biāo)精度優(yōu)于10-7秒優(yōu)于土 1優(yōu)于3%優(yōu)于3%精度優(yōu)于10-7秒優(yōu)于3%組網(wǎng)后的雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)的探測參量與指標(biāo)如下表所示：參數(shù)回?fù)舭l(fā)生的精確時間回?fù)粑恢茫ń?jīng)緯度）強(qiáng)度波形特征參量陡度值放電量峰值功率單位0 1 卩 S度KA0 1 卩 SKA/ 卩 S庫侖兆瓦指標(biāo)精度優(yōu)于10-7 秒網(wǎng)內(nèi)精度優(yōu)于300米相對誤差優(yōu)于15%精度優(yōu)于10-7 秒相對誤差優(yōu)于15%相對誤差優(yōu)于30%相對誤差優(yōu)于30%1.2 雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)的構(gòu)成ADTD雷電探測儀+中心數(shù)據(jù)處理站+用戶數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)+圖形顯示終端由布置在不同地理位置上的兩臺以上的雷電探測儀（以下簡稱探頭）可以構(gòu)成一

7、個雷電探測定位系統(tǒng)網(wǎng)。如圖1-1所示：中心數(shù)據(jù)處理站經(jīng)通信信道可和多達(dá) 16個探頭相連，對接收到的閃電回?fù)魯?shù)據(jù)實(shí)時進(jìn)行 交匯處理，給出每個閃電回?fù)舻臏?zhǔn)確位置、強(qiáng)度等參數(shù)，由其圖形顯示終端設(shè)備隨時存儲、顯 示、打印或拷貝成圖；中心數(shù)據(jù)處理站也可經(jīng)通信系統(tǒng)對各個探頭進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、調(diào)出探頭工作狀態(tài)等等；中心數(shù)據(jù)處理站可通過數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)或設(shè)置多個圖形顯示終端，以便多個部門共享雷電的信息資源。顯然，這樣的一個系統(tǒng)網(wǎng)，除探頭，中心數(shù)據(jù)處理站，圖形顯示終端專用設(shè)備外，其通訊 系統(tǒng)也是個重要組成部門，通訊的好壞直接影響整個系統(tǒng)網(wǎng)的可靠性，通訊可以圖1-1雷擊監(jiān)測定位系統(tǒng)用多種途徑來實(shí)現(xiàn)，如長途電話線，超高頻通

8、訊，電力載波通訊，微波接力通訊，甚至現(xiàn)代化 的衛(wèi)星通訊等等。我們推薦采用微波通訊，或?qū)Ｓ糜芯€線路。一般而言，多站交匯誤差要比兩站交匯誤差小， 因此多站布置可以提高雷電定位精度， 同 時可以擴(kuò)大探測范圍。從交匯原理的合理性通常希望把探頭布置成三角形， 正四邊形.更為 有利，然而站的數(shù)量，站址的布置，站間的距離等的選取要從系統(tǒng)雷電的定位精度要求，覆蓋面積，場站的通訊條件以及場址背景條件等諸多因素綜合分析決定。 場地環(huán)境也是非 常重要的，經(jīng)過測試如果背景噪聲很大也不宜用作站點(diǎn)， 否則探頭將不能正常運(yùn)行，對于雷電 定位將帶來較大誤差。站與站間的站距通常選為150公里至180公里為宜，平原地區(qū)可以適當(dāng)

9、拉開一些，山區(qū)可以適當(dāng)縮短一些。1.3 雷電探測儀的結(jié)構(gòu)探頭的主要部件有支柱和儀器艙。這些部件以及探頭的其它單元分別表示在圖1-2到圖1-4中。1.3.1 支柱探頭的支柱是一根厚壁鋼管（9,圖1-3），它有精密機(jī)加工的頂端表面和焊接的底部安裝 盤。儀器艙安裝在它的頂端。用三根螺栓，通過支柱安裝盤上的三個安裝孔，將整個探頭安裝 在水泥墩上，或用槽鋼制成的“井”字架上。1.3.2 儀器艙儀器艙是一個組合部件，它是由電源腔（ 6，圖 1-3），電子盒（ 4，圖 1-3），天線部件 （ 2，圖 1-3），密封圈（ 5，圖 1-3）以及玻璃鋼罩（ 1，圖 1-3）組成。儀器艙被四顆特殊螺 絲固定在支柱頂

10、端的槽內(nèi)， 固定螺絲松開后， 整個儀器艙可以用手轉(zhuǎn)動， 以便安裝時校準(zhǔn)天線 部件的正北方向。在儀器艙的安裝托盤上，設(shè)計有氣壓卸壓閥。在要打開玻璃鋼罩前，用于平 衡罩內(nèi)外的氣壓。1.3.2.1 內(nèi)部主連接電纜內(nèi)部主連接電纜，從電源 /接口盒背面上的 P901-19 插座一直引到儀器艙安裝托盤底部的 P900-19插座上。1.3.2.2 電子盒 電子盒（4，圖1-3）是由五塊印制電路板，長方形盒及連接電纜組成。電子盒用四個滾花 螺釘固定在安裝托盤上，整個部件可容易拆卸更換。圖 1-4 表示取去頂蓋的電子盒。取去頂蓋后，可取出盒內(nèi)的四塊印制電路板。另外電子盒還有四個（P505-6 P506-10、J

11、401-1、J801-1）和探頭其它部件連接的插座。電子盒中的五塊印制電路板是：1. AFE 板2. PDL 板3. CPU 板4. 時基 TIME 板5. 母板整個電子盒是用兩塊半園柱面金屬板 （3，圖 1-3）和一個園形金屬平板進(jìn)行電屏蔽的。兩 塊半園柱面金屬板裝在安裝托盤上面的一個園形導(dǎo)槽中， 可自由滑動， 當(dāng)打開時，可從內(nèi)部取 出被屏蔽的電子盒。1.3.2.3 天線部件天線部件（ 2，圖 1-3）由四個天線組成：1. 平板電場天線2 .東-西磁場環(huán)天線3 .北-南磁場環(huán)天線4.GPS接收天線平板電場天線是由上下兩塊園形印刷電路板的頂表面上的銅皮和四根特殊機(jī)加工儀器艙最大直徑35cm高度

12、155cm支柱地線接至地樁接地電阻5 QII圖1-2 ADTD雷電探測儀1玻璃鋼罩21 GPS天線天線部件24電子盒19 P506-10射頻屏敝罩3I20 P505-6密封圈56安裝托盤及電源腔9支柱1011121314AFE板 屏蔽板PDL板 CPU板 時基板15電源開關(guān)16保險絲17 MOV壓敏電阻18電源/接口板8電源/接口盒7電源腔前蓋板圖1-3ADTD雷擊探測儀主要組成單元1 AFE 板9 DIP開關(guān)10 SMC P401-17 FPGA2 PDL 板3 CPU 板16 P301-104時基TIME板6 GPS接收機(jī)OEM板，5母板P506-1013 P505-611 J503/12

13、 P400圖1-4電子盒內(nèi)結(jié)構(gòu)的支柱構(gòu)成東-西磁場天線是由電場天線底部印刷電路板下面的一個連接器的多股電纜形成的方環(huán)構(gòu) 成。多股電纜首先沿一根支柱外邊向上， 穿過電場天線頂部印刷電路板的下面， 再沿著對面的 一根支柱外邊向下，然后回到電場天線底部印刷電路板下面的另一個連接器。北-南磁場天線和東 -西磁場天線一樣，但這兩個天線環(huán)之間精確成90。1.3.2.4 保護(hù)罩玻璃鋼罩（ 1，圖 1-3）罩住整個儀器艙，它座落在安裝盤上的一個特殊密封圈上，罩上有三個 M4 螺孔，用螺絲可把它固定在安裝盤上，并壓縮密封圈以密封儀器艙。1.3.2.5 密封圈保護(hù)罩密封圈（ 5，圖 1-3）是一個由微孔橡膠制成的

14、環(huán)。1.3.3 電源 /接口盒電源/接口盒（ 8，圖 1-3）具有絞鏈門，用兩個螺絲關(guān)閉，電源 /接口盒安裝在儀器艙托盤 下面的電源腔中。電源 /接口盒內(nèi)有兩個部分，一是交流電源托架，一是電源/接口板，包括探頭的電源、瞬變保護(hù)、狀態(tài)指示、以及通訊和電源接口等。電源/接口盒后面的兩個小園形連接器（P1000-5和P1001-3）為與外部的交流電源和數(shù)據(jù) 線提供連接，電源電纜和通信電纜節(jié)點(diǎn)分配見圖1-5。電源 /接口盒后部的大園形連接器（P901-19）與內(nèi)部主電纜連接（見圖1-6）。電源/接口盒底部還焊有一個螺栓，可用一根銅編織線把探頭的地連接到地。P1001-3的連接方法：1 市電 220 伏

15、（ L）2 市電220伏（ N）3P1000-5（ RS-232接口）的連接方法1TXD2DGND3 RXD4 DGND5圖 1-5 電源電纜和通信電纜接點(diǎn)分配圖P1U345J123VG515飛VD N GlG LNd1D：70RmoceTTT/m1THlC/IJnH 7JTHZ7JZ1U345678、J1U34567890、-=一二=三=、%X1U345678901U3456781O00J n_9圖接連纜電部內(nèi) 61圖1U345678901U345678| 91U345617 8901彳34567891AW9J1 GA2 VJ3 GA,4 yal.5 GD6 VH- nH_ap 555J1_

16、/70302nV9007654321o16 7Q - ry |I - rn - e- 5 i-uelur12 NRUTER1QK 1 1DKP4 NRUTER1D3 1DI9 Lr00 gd7 Io66_aJ2 gdJI 2-2U93ADTD 雷電探測儀的技術(shù)功能指標(biāo)雷電探測儀的結(jié)構(gòu)見圖1-2。它的電子盒放在玻璃鋼保護(hù)罩內(nèi)，由平板電場天線，正交環(huán) 磁場天線，GPS接收天線以及具有預(yù)編程的微處理機(jī)系統(tǒng)組成， 通過主電纜與電源接口盒相連。 它的主要功能是自動地接收和處理閃電電磁脈沖信號， 并把經(jīng)過予處理的閃電數(shù)據(jù)實(shí)時地通過 通訊系統(tǒng)送到中心數(shù)據(jù)處理站實(shí)時進(jìn)行交匯處理。2.1 每個雷電探測儀布站配置

17、：雷電探測儀一臺調(diào)制解調(diào)器一臺350W交流穩(wěn)壓電源一臺通訊和電源電纜，根據(jù)現(xiàn)場配置2.2 雷電探測儀布站連接方框圖雷電探測儀布站連接方框圖見圖2-1圖2-1雷電探測儀各站配置及連接通信采用四線全雙工。雷電探測儀安裝在室外開闊地帶，其他設(shè)備全部安置在附近室內(nèi)2.3 雷電探測儀的主要技術(shù)指標(biāo)：（1）探頭由80C196單片機(jī)管理，完全按予編程方式工作，無人值守。80C196的鐘頻最高能 到16MC，這使得每個閃回?fù)舻奶幚頃r間在 1ms左右。（2）探頭的賦能閾值，狀態(tài)報告的周期，通信波特率等參數(shù)可按需要設(shè)置在非易失存儲器內(nèi)， 也可用相應(yīng)的命令改變。(3) 探頭內(nèi)部設(shè)有精基時鐘，分辨率為 0.1卩S。精

18、基時鐘提供小時中斷信號，使探頭進(jìn)行整 時自檢。精基時鐘由授時型的八通道 GPS接收機(jī)OEM板歷書中的時間信息同步，時、 分、秒部分除上電對鐘外，自檢時也進(jìn)行對鐘。4) 上電、整時時自動地進(jìn)行工作狀態(tài)檢測和校準(zhǔn)，并定時輸出狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸出狀態(tài)數(shù)據(jù) 的周期可用命令設(shè)置。亦可通過命令或按 RESET 鍵隨時進(jìn)行自檢，調(diào)出工作狀態(tài)，進(jìn) 行診斷。5) 數(shù)據(jù)以串行的二進(jìn)制或 ASCI I 形式輸出， 數(shù)據(jù)輸出內(nèi)容包括： 成閃時間， 波形特征值， 閃電方位角，磁場強(qiáng)度，電場強(qiáng)度，陡點(diǎn)幅值。6) 探頭信道增益相當(dāng)于中增益 ALDF 探頭的增益。7) 探頭的探測效率在監(jiān)測網(wǎng)內(nèi)可達(dá) 95% 。8) 采用峰值門控技術(shù)

19、及自動修正，使測角誤差小于 1。(9)回?fù)舻臅r間分辨率為1ms左右。10)能測量四個波形特征參數(shù)：上升沿、陡點(diǎn)、下降沿的時間以及陡點(diǎn)的幅值。(11)通訊接口為EIA-RS-232-C ,異步通信方式，速率30038400波特可用CPU板上的DIP 開關(guān)設(shè)定， 或用 BAUDRATE 命令設(shè)置。 探頭發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)格式為 8BIT 的數(shù)據(jù)位， 1BIT 的停止位，無校驗(yàn)位。12) 探頭可由 CPU 板上的 DIP 開關(guān)設(shè)定為維修程序，執(zhí)行維修程序后便于檢測診斷故障或 調(diào)試電路。13) 探頭的市電 220伏供電電源線上和通信接口的數(shù)據(jù)線上均接有抑制浪涌的器件。14) 探頭平均無故障時間為 100

20、00小時以上。15) 工作環(huán)境工作環(huán)境溫度：-40+50 C儲存溫度：-40+85 C濕 度： 0 100%風(fēng) 力：074 km/hr(八級風(fēng))16) 電源：市電 200V 到 240V， AC 功耗小于 25W。17) 可維修性：維修時間短于 30分鐘。18) 尺寸：高約 1.5 米，直徑 34cm。19) 重量： 60kg。三、雷電探測儀的安裝3.1 安裝場地要求推薦的探頭安裝場地應(yīng)是一塊相對平坦的空曠地域。 嚴(yán)格要求在30m范圍內(nèi)地平度v 1 。，在300m范圍內(nèi)地平度v 2;在300m范圍內(nèi)應(yīng)沒有高于探頭10m以上的任何物體包 括各種圍墻、動力線、樹木等。如有建筑物，探頭應(yīng)遠(yuǎn)離各類建筑

21、物 4 倍建筑物高度距離。附 近無任何高山或峽谷。不推薦把探頭安裝在建筑物上或塔上， 這樣安裝的探頭要高出地表面一段距離， 這與在實(shí) 際地面測出的電場關(guān)系產(chǎn)生變化，從而引起不利效應(yīng)。3.2 安裝基座推薦把探頭安裝在水泥墩上或用槽鋼做成的支架上，如圖 3-1、圖 3-2所示。在澆注水泥墩時，予先埋進(jìn)三根螺栓(M12 X 300)，均布在288的圓周上。如果用槽鋼 做成的支架，則三根螺栓(M12 X 100)也是要均布在288的圓周上。3.3 探頭供電采用交流 220V50HZ 的市電供電。交流供電電纜在距探頭的 30m 范圍內(nèi)要埋設(shè)，并且要 徑直引到探頭，不要繞行。市電供電適用于50H Z,20

22、0240V，實(shí)際運(yùn)行時，經(jīng)交流穩(wěn)壓電源供電，探頭功耗V 25W。為防止閃電感應(yīng)過電壓“浪涌”的影響，在探頭的接口/電源盒內(nèi)安裝了三只金屬氧化壓敏電阻(MOV )，它們分別接在相線、中線和地之間以及相線和中線之間。對于短暫的瞬態(tài) 或“浪涌”，可由 MOV 短路到地。對于較長時間的“浪涌”， MOV 的性能要變壞，一般失 效模式是短路，使市電相線上的保險絲燒毀，從而保護(hù)了探頭的電子器件。接口 /電源盒內(nèi)的 托架上有一個窗口，通過它可看到 MOV,通常MOV是綠色，如果變成暗色表示它已失效， 應(yīng)即時更換。3.4 探頭接地有兩種不同的要求必須由良好的探頭地實(shí)現(xiàn)。 一是由閃電引起的在動力線和通訊電纜上產(chǎn)

23、 生的瞬態(tài)電流保護(hù)到地；二是良好接地可提供一有效的探頭天線地平面的參考。r=尸rtf圖3-2槽鋼基架結(jié)構(gòu)圖.1111 ?620八根長為3米的輻射條用鋼筋焊接而成圖3-3地網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖在潮濕低阻土壤的地區(qū)，用單根地樁可以達(dá)到上面兩個要求，地樁可以用包銅鋼、實(shí)心銅棒、不銹鋼等，其直徑至少要16mm，總長度2.6m, 15cm露出地面，其余垂直打入地下。在有巖石的地基上可以傾斜把地樁打入地下，其與垂直構(gòu)成的角度應(yīng)小于45。在溝渠地方也可把地樁深埋在1m左右的地下。不管哪種方式地樁與大地的接觸長度應(yīng)在2.5m以上。在地理?xiàng)l件較差的地區(qū)，土壤很干燥，如沙丘、巖石土壤，僅用一根地樁不能滿足要求，此時需要考慮增

24、加地樁，埋設(shè)銅地板以及進(jìn)行土壤的化學(xué)處理等方法。如果采用鋪設(shè)地平面方法，將至少要有 8個輻射單元，相鄰單元互成45,每個輻射單元至少要3m長，采用粗導(dǎo)線，其對地阻抗由與地面接觸總的表面積決定（圖3-3）。總之，接地電阻通常應(yīng)該w 5Q,不能滿足此要求的，應(yīng)用增加接地極等措施解決。3.5 通訊標(biāo)準(zhǔn)及波特率探頭與中心數(shù)據(jù)處理站間的通訊是借助于全雙工（雙向）異步串行方式完成的，探頭的數(shù)據(jù)輸出接口為EIA RS 232- C，在信道上能以300至38400baud的任一個標(biāo)準(zhǔn)的波特速 率傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸波特率可用 CPU板上的DIP開關(guān)或BAUDRATE命令設(shè)置，傳輸數(shù)據(jù) 格式為“ N，8，1”，即

25、無校驗(yàn)位、8位數(shù)據(jù)位和1位停止位。3.6 探頭與中心數(shù)據(jù)處理站間的通信探頭與中心數(shù)據(jù)處理站間互相通訊的框圖如圖3-4所示。其中遠(yuǎn)程通訊的實(shí)現(xiàn)可以是有線亦可以是無線傳輸方式。圖3-4雷電探測儀與中心數(shù)據(jù)處理站通訊連接圖其中：A. 雙絞對屏蔽電纜B. 四線全雙工的遠(yuǎn)程通訊線路（不推薦單工，1對線）C. 25芯扁平電纜D 25 芯扁平電纜3.7 通訊電纜通訊電纜的線徑與電纜的長度和波特率有關(guān)。對于 0.5mm 直徑的電纜在 1200baud 應(yīng)用時 可用到1200m長，如果再長則要采用0.8mm以上直徑的電纜。這類電纜均是外有屏蔽網(wǎng)內(nèi)有 兩對絞線形式。在距探頭 30m 范圍內(nèi)的電纜要埋設(shè)，并且要徑直

26、引至探頭，不要繞行。3.8 探頭的安裝及水平調(diào)節(jié)探頭是通過其底盤上的安裝孔固定在水泥基座上， 如果是采用槽鋼架基座時， 固定可采用 每根螺絲上加四個螺母方式， 其中兩個用于固定在基座上。 另兩個用于固定探頭的底盤。 通過 調(diào)節(jié)后兩個螺母上下位置即可調(diào)節(jié)探頭的水平度。在底盤固定過程中，要用水平尺檢查底盤的水平度，大致固定后，裝上探頭儀器艙，再用 水平尺在探頭的平板電場天線上測量水平度，最終以電場的平板天線達(dá)到水平最佳位置為準(zhǔn)， 緊固安裝螺絲。3.9 探頭NS磁場天線環(huán)方位的調(diào)整探頭的 NS 磁場天線環(huán)必須被調(diào)節(jié)在正北向的 0.25之內(nèi)，以保證探頭測角精度。通常 這是在當(dāng)?shù)卣鐣r分完成調(diào)節(jié)的。 此

27、刻恰是太陽處在天空的最高點(diǎn)上。 除在赤道上外， 在此刻 太陽的陰影是正南北向的。 隨探頭一起提供的日晷就是利用這一原理為調(diào)節(jié)天線方位用的 （見 圖 3-5）。當(dāng)然也可以用傳統(tǒng)的方法來調(diào)節(jié)，如采用普通羅盤方式，但這只能是臨時性的。更 準(zhǔn)確的定向還是應(yīng)用日晷或是專業(yè)性的瞄準(zhǔn)器。但不論哪種方法定方向之前必須先調(diào)好水平。日晷是太陽所在分度盤上的位置指示器， 探頭上用的日晷即是以太陽陰影的位置表示予定 時間上太陽的方位這一原理做出的。 結(jié)構(gòu)很簡單： 在一個經(jīng)精密機(jī)加工的黃銅圓柱體上安插了 一根垂直的不銹鋼桿而構(gòu)成， 使用時把它準(zhǔn)確的放置在天線裝置頂平面的中心位置， 在天線裝 置的頂平面上劃有標(biāo)明 EW、

28、NS 方向的線條。此線條已畫得很精細(xì)，能夠精確地指出天線的 真實(shí)方位。 探頭布站后， 天線校準(zhǔn)就是利用計算好的當(dāng)?shù)靥栠\(yùn)行的正午表， 在規(guī)定的時刻調(diào) 整天線方位，使天線上的 NS 方向刻線與太陽陰影相重合，來實(shí)現(xiàn)的。用日晷校準(zhǔn)天線的方位，方法簡單容易實(shí)現(xiàn)。要求條件之一是校準(zhǔn)時，當(dāng)?shù)靥鞖庖缋剩?不能是陰天， 否則陰影看不清。 用日晷方法在不同地理位置使用其太陽陰影長短不同， 在回歸線附近要變短， 在赤道附近變得更短， 甚至是一個點(diǎn)， 在這些地區(qū)附近南北向的正午表不實(shí)用， 要用東西向?yàn)楹谩?另外用日晷時正午表的陰影在北半球地區(qū)， 陰影指向北方， 而在南半球日晷 的太陽陰影則指向南方。日晷正午表中

29、的時間是當(dāng)?shù)氐臉?biāo)準(zhǔn)時間。在正午表中(見圖3-6)，有三個不同的時間列在日期的下面， 中間的時間是當(dāng)?shù)氐膶?shí)際的正午時間， 而上面的時間是早 晨用來對正北的時間， 下面的時間是黃昏用來對正北的時間。 天線的 1 度的調(diào)整誤差表示出離 探頭100公里遠(yuǎn)的地方產(chǎn)生約 1.7公里的誤差距離。 因此天線方位的調(diào)整誤差直接影響到測量 誤差。太陽正午表是通過計算機(jī) SOLAR 軟件計算出來的， 為此要知道探頭布點(diǎn)的精確的經(jīng)緯度 參數(shù)，經(jīng)緯度誤差應(yīng)在 0.0003內(nèi)。計算天文表的步驟：1、在微機(jī)上裝SOLAR EXE、SOLAR DOC兩文件；2、進(jìn)入EDLIN 用戶文件名 DAT :舉例：CEDLIN用戶文件

30、名 DAT (CR)* I(CR)1： 1，-8，27. 9075， 1 02. 21，QXSHdf 4說明號： 1 2 3 4 5 6解 釋： 1 、從該月開始算，需要幾個月的天文表，就輸入幾；2、探頭所在時區(qū)(中國按北京時間為東 8 時區(qū)或-8時區(qū))；3、探頭站址的緯度；4、探頭站址的經(jīng)度；5、db 中規(guī)定的探頭名字；6、db 中規(guī)定的探頭號。A C* E ( CR)C3、運(yùn)算天文表：CSOLAR 用戶文件名 DAT 用戶文件名 OUT (CR)日晷日晷基座頂部電場天線板太陽影子圖3-5用日晷和水平尺調(diào)正天線方位的示意圖Copyright (c) Lightning Location an

31、d Protection# 1988Solar Alignment TablesLocation : chengjingLatitude :24.6693H Longitude :102.9121EStandard time zone is :120E,-8 hours glues GMT Tines are Local Standard Time PRINT 用戶文件名 OUT (CR)3.10 探頭的初次通電當(dāng)探頭的電源 /接口盒安裝好，主電纜接通儀器艙后可以進(jìn)行加電實(shí)驗(yàn)。為防止意外可以先拔下母板上的電源供電插頭 J505和通訊插頭J506以及晶體振蕩器供電插頭J902,此時儀器 艙內(nèi)不供

32、電。然后按下電源盒的220V開關(guān)，使電源工作，并用電表檢查+5V , 15V, +12V 直流電壓是否正常， 與此同時要檢查一下儀器艙各路負(fù)載是否有短路情況， 如果均正常， 則可 以關(guān)機(jī)，插上J505 J506以及J902重新啟動電源，探頭開始運(yùn)行。加電后探頭首先進(jìn)行自檢, 如果探頭接地良好, 探頭背景噪聲不超出允許范圍, 探頭運(yùn)行 參數(shù)設(shè)置正確應(yīng)能順利通過自檢， 開始正常運(yùn)行。 如果自檢多次仍不能通過自檢， 需借助測試 終端進(jìn)行檢查，這在后面有關(guān)章節(jié)介紹。3.11 探頭的密封當(dāng)探頭的加電試驗(yàn)通過自檢，運(yùn)行正常，而且天線水平及 NS 方位調(diào)節(jié)亦已完成，則探頭 可以密封，此時把電源 /接口盒門關(guān)

33、嚴(yán)，擰緊氣壓卸壓閥的帽蓋，探頭儀器艙內(nèi)放進(jìn)干燥劑， 蓋嚴(yán)玻璃鋼罩并用三個螺絲擰緊，以使其密封、防潮。四、雷電探測儀運(yùn)行設(shè)置和操作本章節(jié)主要是介紹探頭的兩種運(yùn)行模式以及怎樣選擇和進(jìn)入這些模式， 并且詳細(xì)介紹一些 用于分析運(yùn)行和診斷失效的指令。在此之前，還要首先說明怎樣通過 CPU板上的DIP開關(guān)進(jìn) 行探頭運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置。4.1 DIP 開關(guān)的設(shè)置探頭運(yùn)行時的波特率和缺省的賦能閾值電壓，這兩種均是通過設(shè)置 8位DIP開關(guān)S301的 不同位置而確定的，此開關(guān)設(shè)置的改變也能使探頭從通常的運(yùn)行程序進(jìn)入到維修程序。 通過改 變開關(guān)的設(shè)置，達(dá)到滿足人為的需要，進(jìn)行人工干予的目的。此開關(guān)是在電子盒中的CPU板

34、的上邊，在電子盒盒蓋前面板的對應(yīng)位置處開有窗口，隨時可以方便地改變設(shè)置。F表4 1列出的是S301 DIP開關(guān)的功能:S301開關(guān)設(shè)置及功能1, 2, 3，45, 6, 7, 8設(shè)波特率專用于維修程序賦能閾值其開關(guān)最左邊為第1位，最右邊為第8位，每位開關(guān)置在上位置為 ON“ 1”，置在下位置為 OFF=“0”在正常運(yùn)行程序時，開關(guān) 4必須置在OFF,使維修程序失效。4.1.1 改變波特率此值可以通過命令*BAUDRATE設(shè)置，也可以通過改變 DIP開關(guān)的1, 2，3位得到所需 的標(biāo)準(zhǔn)波特率：30038400波特。此時開關(guān)4=0 (OFF)。1, 2, 3位改變之后，只要按一下 電源/接口盒內(nèi)的

35、RESET鍵后，該波特率就被設(shè)置好。表42用DIP開關(guān)S301選擇波特率波特率開關(guān)位置12330000060000112000102400011480010096001011920011038400111除維修程序外，位4必須為00=OFF,1=ON4.1.2 改變?nèi)笔≠x能閾值電壓此值可以通過命令 THRESHOLD設(shè)置，也可以由DIP開關(guān)的第58位設(shè)置，此時開關(guān) 4=0 （OFF）。當(dāng)4=1時，DIP開關(guān)的第58位則另有不同的意義。位置 58決定后，同樣 可用RESET鍵設(shè)置進(jìn)入，或用探頭自檢命令重新自檢后即可。表43用DIP開關(guān)S301對賦能閾值的選擇5開關(guān)位置678賦能閾值量0000未用

36、000150 mv001075 mv0011100 mv（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置）0100125 mv0101150 mv0110175 mv0111200 mv1000250 mv1001300 mv1010350 mv1011400 mv1100500 mv1101600 mv1110700 mv1111800 mv開關(guān)位置4=0 （除維修程序外）0=OFF ， 1=ON4.1.3 維修程序設(shè)置： 設(shè)定開關(guān)位 4=1 ON 達(dá)到， 見后詳述。4.2 探頭的運(yùn)行方式 探頭可以運(yùn)行在兩種方式，一種是數(shù)據(jù)方式，另一種是命令方式。4.2.1 數(shù)據(jù)方式1、這是探頭通常的運(yùn)行方式。在此方式下，探頭設(shè)置為發(fā)送二進(jìn)制數(shù)

37、據(jù)。2、在數(shù)據(jù)方式時，探頭隨時在檢測閃電，計算處理閃電數(shù)據(jù)，并且以串行二進(jìn)制形式把數(shù)據(jù) 發(fā)送到系統(tǒng)的中心數(shù)據(jù)處理站。此二進(jìn)制數(shù)據(jù)包括：閃電的成閃時間，閃電波形的陡點(diǎn)、 上升沿、下降沿時間，來波的方位角，磁場強(qiáng)度，電場強(qiáng)度，陡點(diǎn)幅值以及每30 秒（可用*STATUS PERIOD 命令設(shè)置）發(fā)送一次探頭的狀態(tài)信息。中心數(shù)據(jù)處理站接收到傳來的 二進(jìn)制數(shù)據(jù)后，進(jìn)行解釋并檢查探頭狀態(tài)，積累系統(tǒng)中其它探頭送來的數(shù)據(jù)，實(shí)時交匯處 理，最后把閃電的定位數(shù)據(jù)送到用戶終端，繪圖儀， CRT 顯示以及遠(yuǎn)程終端設(shè)備。4.2.2 命令方式1、當(dāng)要完成內(nèi)務(wù)功能管理（如設(shè)置波特率、賦能閾值），運(yùn)行診斷程序，報告各種條件和

38、結(jié) 果時，要使探頭退出通常的數(shù)據(jù)方式而進(jìn)入命令方式。在此方式下，使探頭可以接受命令 并處理各類自變量的命令。在此方式下，探頭不處理閃電數(shù)據(jù)也不發(fā)送數(shù)據(jù)。2、探頭一接到控制序列v CTRL A *，它就暫時進(jìn)入到命令方式，直到收到行終止符。4.3 探頭的數(shù)據(jù)輸出及幀格式 在數(shù)據(jù)方式下，探頭能發(fā)送回?fù)舻暮蜖顟B(tài)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。4.3.1 回?fù)舻亩M(jìn)制數(shù)據(jù) 回?fù)舻亩M(jìn)制數(shù)據(jù)由中心數(shù)據(jù)處理站用來計算回?fù)舻奈恢?，每組回?fù)籼綔y數(shù)據(jù)包括：1、回?fù)舻竭_(dá)時間2、回?fù)裟媳狈逯荡艌?、回?fù)魱|西峰值磁場4、回?fù)舴逯惦妶?、回?fù)舨ㄐ嗡膫€特征參數(shù)4.3.2 狀態(tài)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)二進(jìn)制狀態(tài)數(shù)據(jù)30秒鐘（可用*STATUS PERI

39、OD命令設(shè)置）發(fā)送一次，此時回?fù)魯?shù)據(jù)不能發(fā)送，而當(dāng)二進(jìn)制回?fù)魯?shù)據(jù)正在發(fā)送時，狀態(tài)報告要被抑制。每組狀態(tài)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)包括：1發(fā)送狀態(tài)信息時的時間2、自檢標(biāo)志(1024表示自檢通過，0表示自檢不通過)3、讀出的當(dāng)前閾值4、當(dāng)前的閾值通過率5、探頭所在位置的經(jīng)緯度6、GPS的誤差放大因子 DOP值(0.009.99)7、10MHZ恒溫槽石英晶振頻率值的偏差值4.3.3 回?fù)舻亩M(jìn)制數(shù)據(jù)幀格式其幀格式碼中，除了終端回車和可選擇的換行字符外，不包含任何控制字符。狀態(tài)數(shù)據(jù)和 回?fù)魯?shù)據(jù)幀采用統(tǒng)一的幀長度 35字節(jié)，幀頭用兩個字節(jié)：EBH、90H;幀尾用兩個字節(jié)：0DH、 0AH (回車和換行符)。每個字節(jié)由

40、“ 1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位”共10個BIT構(gòu) 成(無校驗(yàn)位)。表44二進(jìn)制回?fù)魯?shù)據(jù)幀格式序號數(shù)據(jù)名稱數(shù)據(jù)內(nèi)容數(shù)據(jù)類型字節(jié)數(shù)偏移量1FrameStart ID1幀起始標(biāo)志第一字節(jié)(0EBH)byte100H2FrameStart ID2幀起始標(biāo)志第二字節(jié)(90H)byte101H3FrameTag幀種類(非0表示閃數(shù)據(jù)幀)byte102H4Hour閃到達(dá)時間的小時值byte103H5Min ute閃到達(dá)時間的分鐘值byte104H6Second閃到達(dá)時間的秒值byte105H7us-01閃到達(dá)時間的0.1微秒值dword406H8Bns南北峰值磁場real40AH9Bew東西峰值磁場

41、real40EH10E峰值電場real412H11MSP最陡點(diǎn)磁場real416H12MSP-01us最陡點(diǎn)時間(0.1us)word21AH13PP-01us峰點(diǎn)時間(0.1us)word21CH14HWP-01us后過零點(diǎn)時間(0.1us)word21EH15Checksum幀校驗(yàn)和byte120H16FrameE nd ID1幀結(jié)束標(biāo)志第一字節(jié)（ODH）byte121H17FrameE nd ID2幀結(jié)束標(biāo)志第二字節(jié)（0AH）byte122H幀長度35字節(jié)4.3.4 狀態(tài)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)幀格式探頭運(yùn)行自檢后，定時發(fā)出狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，與回?fù)舻亩M(jìn)制數(shù)據(jù)幀格式相同 表45二進(jìn)制狀態(tài)信息幀格式序號數(shù)

42、據(jù)名稱數(shù)據(jù)內(nèi)容數(shù)據(jù)類型字節(jié)數(shù)偏移量1FrameStart ID1幀起始標(biāo)志第一字節(jié)（0EBH）byte100H2FrameStart ID2幀起始標(biāo)志第二字節(jié)（90H）byte101H3FrameTag幀種類（為0表示狀態(tài)信息幀）byte102H4Hour發(fā)送狀態(tài)信息時的小時值byte103H5Min ute發(fā)送狀態(tài)信息時的分鐘值byte104H6Second發(fā)送狀態(tài)信息時的秒值byte105H7Year發(fā)送狀態(tài)信息時的年word206H8Mon th發(fā)送狀態(tài)信息時的月byte108H9Day發(fā)送狀態(tài)信息時的日byte109H10ResultOfSelfTest最近一次自檢的通過標(biāo)志word2

43、0AH11Threshold當(dāng)前的閾值word20CH12TCR.當(dāng)前的閾值平均通過率real40EH13Lon gitude最近一次自檢開始時的GPS經(jīng)度real412H14Latitude最近一次自檢開始時的GPS緯度real416H15DOP最近一次自檢開始時的GPS誤 差放大因子real41AH16Freque ncyError10MHZ恒溫槽石英晶振頻率值in teger21EH的偏差（實(shí)測值），單位：HZ17Checksum幀校驗(yàn)和byte120H18FrameE nd ID1幀結(jié)束標(biāo)志第一字節(jié)（0DH）byte121H19FrameE nd ID2幀結(jié)束標(biāo)志第二字節(jié)（0AH）by

44、te122H幀長度35字節(jié)4.4 自動自檢當(dāng)探頭內(nèi)的時鐘運(yùn)行到整點(diǎn)（00分鐘），如果沒有閃電數(shù)據(jù)正在處理時，則探頭將自動 開始一個全面的自行測試和標(biāo)定周期，此過程大約需要5秒鐘。同樣，通過命令*CLEAR，*RESET以及*SELFTEST也能啟動自檢。如果時鐘運(yùn)行到整點(diǎn)時（00分鐘），探頭正在處理 閃電數(shù)據(jù)，則探頭一直要等到無閃電數(shù)據(jù)要處理時才開始運(yùn)行自檢程序。每次自檢結(jié)果用探頭自檢是通過或是失效來表示。通過/失效 結(jié)果是作為二進(jìn)制狀態(tài)信息的一部分由探頭在通常運(yùn) 行程序中每30秒發(fā)送一次。中心數(shù)據(jù)處理站根據(jù)探頭的狀態(tài)信息能夠監(jiān)視整個雷電定位系統(tǒng) 的運(yùn)行。4.5 探頭命令1、為了完成：1）探頭

45、內(nèi)部勤務(wù)管理，如設(shè)置波特率、閾值等；2）運(yùn)行各種診斷程序；3）報告工作狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果；探頭必須在命令方式下才能運(yùn)行，鍵入（CTRL A） *后即可由正常的數(shù)據(jù)方式進(jìn)入命令 方式。2、探頭命令總表及說明：表46探測儀命令一覽表命令編號命令字及其縮略形式參數(shù)個數(shù)功能簡述1ADCTEST(ADCT)4模數(shù)轉(zhuǎn)換器測試2BAUDRATE(BR)0顯示通訊波特率3CLEAR(CLR)0清除全部RAM和復(fù)位硬件4CORRECTIONS(CORT)0顯示現(xiàn)行的校正量5FLASHES(FL)2或0產(chǎn)生測試閃6FREQUENCY(F)0顯示10MHZ恒溫槽石英晶振頻率值7HELP(H/ ?)0顯示探測儀命令的清單

46、8LIMITS(LIM)0顯示自檢通過/失敗的限定范圍9RATE(R)0或1顯示或歸零閾值通過率10RESET(RST)0復(fù)位硬件11SELFTEST(ST)0啟動一次自檢12STATUS(S)0顯示狀態(tài)（完整的自檢結(jié)果）13STATUS-PERIOD(SP)0或1顯示或規(guī)定發(fā)送狀態(tài)信息的周期14TEMPERATURE(T)0顯示探測儀艙內(nèi)的溫度15THRESHOLD(TH)0或1顯示或設(shè)置閾值16TIME(TM)0顯示當(dāng)前日期和時間17TYPETEST(TT)0生成一個連續(xù)的通訊測試數(shù)據(jù)流18VERSION(V)0顯示現(xiàn)行的軟件版本探頭的所有命令的功能簡要描述如表 4-6所示，其每個命令由命

47、令關(guān)鍵字及其不同的數(shù)字 自變量構(gòu)成。表中每個命令字及其星號“ * ”必須由v CTRL A 來引導(dǎo)。命令格式如下：CTRL-A*命令關(guān)鍵字自變量參數(shù)1變量參數(shù)變量參數(shù)n RET如果輸入的命令是無效的或是*星號后沒命令關(guān)鍵字緊跟其后或是格式出錯。探頭將發(fā)出如下錯誤信息：ADTD Comma nd or Parameter error 或ADTD Parameter Number error4.5.1 *ADCTEST （ADCT） 命令此命令可用于診斷ADC模數(shù)變換器的問題，給檢測調(diào)試 CPU板上的ADC、DAC工作狀 態(tài)帶來方便。它是用CPU板上的數(shù)模變換器（DAC ）產(chǎn)生一個內(nèi)部電壓，并由該板上的 ADC 再讀回此電壓進(jìn)行測量的。內(nèi)部電壓的大小由命令自變量設(shè)置。D/A的設(shè)置可以是0255之間的任意數(shù)，它等于 DAC 的設(shè)置數(shù)乘以 DAC 的參考電壓再被 256 除。其中 DA