一、雷電監(jiān)測及雷電預警系統(tǒng)結構
    雷電監(jiān)測及雷電預警系統(tǒng)作為探測大氣中電場強度的主要儀器，在雷電監(jiān)測和預警中起著重要作用，電場儀是一種高科技高集成度的大氣探測設備，分為室外探頭、儀器箱和室內(nèi)數(shù)據(jù)處理顯示中心三部分。探頭探測大氣電場變化，由儀器箱中電路將探測結果進行模數(shù)轉換，并和時間信息一起打包，通過RS-485串口或者無線GPRS方式遠程傳送給室內(nèi)上位機。其系統(tǒng)結構如圖1所示：
圖1差分式大氣電場儀結構框圖
二、差分式大氣電場儀的探頭結構與探測原理
    差分式大氣電場儀傳感器探頭如圖2所示，主要有動片、感應片、小葉片、光電開關和直流無刷電機組成。動片與小葉片形狀相似，且上下位置對應*，均固定在電機軸上，由無刷電機帶動按一定的頻率同時旋轉。感應片為分離的四片，相對的兩片為一組，分為A，B兩組，每組的形狀與動片*相同，動片和感應片均選用黃銅材料制成。根據(jù)動態(tài)感應原理可知，無刷電機帶動動片周期性的切割垂直入射在感應片上的電場線，則在感應片上產(chǎn)生周期性的微弱交流電流信號，并且A、B兩組感應片上的感應電流信號的相位相差180度。同時，小葉片按同樣的頻率周期得通過光電開關的凹槽，發(fā)光二極管的光路就被周期切斷或通過，使光電三極管處于導通和截止兩種狀態(tài)，從而產(chǎn)生一同步脈沖信號。電場儀探頭實物圖片如圖3。
圖2電場儀探頭結構
圖3、電場儀整體圖
二、探測信號處理
    大氣電場儀前置放大電路的原理框圖如圖4，感應片上的微弱交流電流信號經(jīng)I-V轉換電路放大后變?yōu)榻涣麟妷盒盘枺撾妷盒盘柡凸怆婇_關形成的同步信號一起送入相敏檢波器，經(jīng)檢波辨別出電場的正負極性，檢波后的信號經(jīng)低通濾波、電壓調整及偏移電路后，zui終得到與被測電場成線性關系的直流電壓信號送AD轉換器。
圖4前置放大電路原理框圖
四、大氣電場儀的技術指標
性能參數(shù)
探測半徑:15公里
電場范圍:-50KV/m到+50KV/m
輸出波特率:固定9600波特率
通信方式:有線RS485、無線GPRS
信號接口:DB9芯232、485接口
電場分辨率:<10V/m
工作環(huán)境:溫度:-20℃到60℃
濕度：0%-*
可靠性:*顯示電場變化
響應時間:1秒
電氣參數(shù)
電機轉速:600rpm
電源提供:±12V，AC/DC模塊供電
電力消耗:<10W
設備外形參數(shù)：
安裝高度:1500mm
重量:5kg
電場儀的安裝
1、安裝前注意事項
在安裝電場偵測儀之前，建議按照流程調節(jié)“形狀系數(shù)"。此形狀系數(shù)調整可以補償由偵測探頭附近的地面設施和地理環(huán)境導致的電場強度線干擾而造成的測量誤差。須注意偵測儀的供電功率需與其需求功率匹配，特別需要注意關于后備電池操作:UPS不間斷電源必須提供至少兩個小時的不間斷電源操作。
將電場偵測儀安裝在戶外，位于支撐桿的頂端，輸電電纜數(shù)據(jù)電纜從支撐桿的內(nèi)管穿過并插入電場偵測探頭內(nèi)部的接口。需用螺絲鎖緊支撐桿的固定環(huán)。
電場偵測探頭必須沒有被遮蓋的安裝在戶外開闊地帶，在安裝電場偵測儀的過程中，以下狀況是必須盡量避免的:
-各種性質的煙塵
-高壓線下和靠近金屬結構或桅桿結構
-過于靠近有葉樹木
-車輛交通運輸繁忙地帶
2、接地互聯(lián)
來自偵測儀和數(shù)據(jù)采集控制箱以及其它設備(自動控制設備，電腦)的所有地線需要盡可能的聚集在一起并接到相同的接地線上。無法做到以上這點并不會導致測量錯誤，但安裝過程將存在安全問題。支撐桿必須用接地電纜和螺絲連接地基接地數(shù)據(jù)采集控制箱安裝在室內(nèi)，與電場偵測探頭之間的電纜線長度不超過100米。請注意可以通過不同技術來達到更長的長度。將數(shù)據(jù)采集控制箱箱安裝在垂直平面以保證其通風良好。穿過填壓孔連接電纜。
3、功能檢查
在安裝好電場偵測探頭和相關自動化儀器后，在電場偵測探頭下放置一個蓄電物體來形成靜電場(塑料袋等)，以此來模擬雷雨靜電場。逐級檢查其閾值控制功能是否正常。
4、高度訂正
對于非標準測量狀態(tài)，如有一定高度，或有一個小立柱豎在地面上，或靠近一個天線桿或金屬結構，靜電場都會產(chǎn)生變形，其強度可能受一個較大常量和線性的因數(shù)影響。為了回到標準測量狀態(tài)，需要在測量中加入一個形狀系數(shù):
E修正值=E測量值*形狀系數(shù)(C)
根據(jù)定義，在距離地面一米高的立柱上的偵測探頭，形狀系數(shù)為1;當偵測探頭被安裝在樓房上或有一定海拔高度的位置，需要調節(jié)此系數(shù)。形狀系數(shù)計算公式C=參照偵測探頭測量值/需設置偵測探頭測量值。如圖所示：
5、電場儀安裝要求：
1。電場儀探頭安裝在支架上，支架的垂直高度為1.5m
2。為保證電場儀安全測量，應安裝接地裝置并且接地電阻應小于50
3。連接到室內(nèi)主機的數(shù)據(jù)線應穿鋼管敷設
4。安裝時探頭的視野立體角應盡量大（zui小為90度），以保證天空和云層都在測量范圍內(nèi)（見圖1）
圖1探頭的視野立體角要求
5.探頭周圍的空曠范圍與安裝高度的關系為：，見圖2
圖2空曠范圍的確定
6、電場儀安裝環(huán)境要求：
A、電場儀應在晴天進行安裝
B、電場儀探頭應安裝與無遮擋以及周邊無高大物體的室外
C、不得安裝在發(fā)電機排氣出口處，以及電線桿旁和高壓線下
D、在非正常情況下、在突起于地面、在靠近天線桿或其他設備時，場強及其測試數(shù)據(jù)有可能會被嚴重干擾
E、有線方式下，室外電場儀探頭至室內(nèi)主機的布線距離不超過40m