一種雷電回擊通道拍攝裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及雷電監測領域，特別是涉及一種雷電回擊通道拍攝裝置及方法。
【背景技術】
[0002]雷電是發生在大氣中的一種強放電現象，能夠產生高電流、強電磁輻射，對航空航天及采礦業等的高精密儀器都有巨大的威脅，近年來，雷電災害作為自然界中影響人類活動的重要災害，已經被聯合國列為“最嚴重的十種自然災害之一”。
[0003]—般來說，我們感受到的雷電主要為云地間放電，即云地閃。云地閃中包含一系列放電過程，如先導、回擊、M分量、連續電流及繼后回擊等，而回擊作為云地閃的一種主要形式，能夠釋放大量能量，回擊峰值電流平均值為幾十千安培，最高可達幾百千安培，常常引起的森林火災、油庫爆炸等災害，是雷電防護的主要目標。因此，研究云地閃，獲取回擊放電通道的位置及形態，是對雷電進行更有效防護的關鍵所在。
[0004]現有技術中，由于云地閃尤其是副地閃一般僅包括3-4次回擊過程，每次回擊間隔僅為幾十毫秒，極少數不到10毫秒，采用人工觸發的普通相機對回擊通道進行拍攝，很難準確把握拍攝時刻，對回擊的捕捉效率過低，即使采用傳統攝相機，由于幀率一般為25幀每秒，也難以保證回擊通道的全面獲取。

【發明內容】

[0005]本發明實施例中提供了一種雷電回擊通道拍攝裝置，以解決現有技術中，用傳統方式拍攝靜態圖片時，存在的對雷電回擊通道捕捉效率過低的問題。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明實施例公開了如下技術方案:
[0007]本發明實施例公開的一種雷電回擊通道拍攝裝置，包括依次電連接的大氣平均電場傳感器、電壓比較器、控制模塊、拍攝組件和存儲器，其中，大氣平均電場傳感器的輸出端與電壓比較器的輸入端電連接;控制模塊的輸入端與電壓比較器的輸出端電連接、輸出端與拍攝組件的輸入端電連接;拍攝組件的輸出端與存儲器電連接。
[0008]優選的，該控制模塊包括觸發器和繼電器，該觸發器的輸入端與電壓比較器的輸出端電連接，該觸發器的輸出端與該繼電器的輸入端電連接，該繼電器的輸出端與拍攝組件的輸入端電連接。
[0009]優選的，該拍攝組件包括依次電連接的CCD相機、單板機和FPGA芯片，其中，(XD相機的輸入端與繼電器的輸出端電連接，該CCD相機的輸出端與單板機電連接，該存儲器分別與單板機和FPGA芯片電連接。
[0010]優選的，該大氣平均電場傳感器為場磨式大氣平均電場傳感器。
[0011]優選的，該觸發器為單穩態觸發器。
[0012]優選的，該C⑶相機的拍攝幀率為100至500幀每秒。
[0013]本發明實施例公開了一種雷電回擊通道拍攝方法，包括以下幾個步驟:大氣平均電場傳感器獲取大氣靜電場的電壓，并將該電壓發送至電壓比較器；電壓比較器判斷該電壓是否大于預設的電壓閾值，如果該電壓大于電壓閾值，則發送邏輯真值至控制模塊;控制模塊接收邏輯真值并發送啟動信號至拍攝組件;該拍攝組件接收啟動信號，連續拍攝雷電回擊通道圖片，并將該圖片發送至存儲器;存儲器存儲該圖片。
[0014]優選的，拍攝組件接收啟動信號，連續拍攝雷電回擊通道圖片，并將該圖片發送至存儲器，具體包括以下步驟:CCD相機連續拍攝雷電回擊通道圖片;單板機將該圖片存儲至存儲器，并發送去冗余信號;FPGA芯片接收去冗余信號，并對該圖片進行去冗余處理;FPGA芯片將處理后的該圖片發送至存儲器。
[0015]優選的，FPGA芯片接收去冗余信號，并對該圖片進行去冗余處理，具體包括:FPGA芯片接收去冗余信號，從存儲器依次讀取圖片;計算該圖片與該圖片的后一幀圖片之間的亮度差值;如果亮度差值的絕對值大于亮度閾值，則判定該圖片的后一幀圖片為有效圖片，并將該有效圖片保留在存儲器內；否則，則將該圖片的后一幀圖片判定為冗余圖片，并將冗余圖片在存儲器內刪除。
[0016]優選的，控制模塊接收啟動信號，并控制拍攝組件開啟，具體包括:觸發器接收啟動信號，并發送TTL電平信號;繼電器接收TTL信號后吸合;拍攝組件開啟。
[0017]由以上技術方案可見，本發明實施例提供的雷電回擊通道拍攝裝置，與現有技術相比，通過設置大氣平均電場傳感器、電壓比較模塊、控制模塊、拍攝組件和存儲器，可實現對回擊通道拍攝的啟動及結束的自動判斷，并有效提高對回擊通道的捕捉效率。
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1為本發明實施例提供的一種雷電回擊通道拍攝裝置的結構示意圖；
[0020]圖2為本發明實施例提供的另一種雷電回擊通道拍攝裝置的結構示意圖；
[0021]圖3為本發明實施例提供的一種雷電回擊通道拍攝方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0022]為了使本技術領域的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明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發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，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，都應當屬于本發明保護的范圍。
[0023]實施例一
[0024]參見圖1，為本發明實施例提供的一種雷電回擊通道拍攝裝置的結構示意圖。本實施例公開的雷電回擊通道拍攝裝置，包括依次電連接的大氣平均電場傳感器、電壓比較器、控制模塊、拍攝組件和存儲器，其中，大氣平均電場傳感器用于檢測雷暴發生時大氣靜電場電壓的變化，進而判定雷暴位置。特別的，這里所用的大氣平均電場傳感器可以是場磨式大氣平均電場傳感器，用于實現對雷暴位置的自動判定。該大氣平均電場傳感器的輸出端與電壓比較器的輸入端電連接。
[0025]該電壓比較器，用于接收大氣平均電場傳感器發送的電壓信號。該電壓比較器的輸出端與控制模塊的輸入端電連接。該電壓比較器的內部預設有電壓閾值，該電壓閾值反映了雷暴距離觀察者或觀測設備的遠近，通常在設定電壓閾值時，遵循電壓越大，雷暴距觀測者或觀測設備越近的原則，可根據實際需要，進行設定。在該電壓比較器內，對由大氣平均電場傳感器發送的電壓與預設的電壓閾值進行比較，如果該電壓不大于該電壓閾值，則電壓比較器輸出邏輯假值至控制模塊、并繼續接收來自大氣平均電場傳感器發送的電壓信號;如果該電壓大于電壓閾值，則電壓比較器發送邏輯真值至控制模塊。
[0026]該控制模塊的輸出端電連接至拍攝組件。該控制模塊，用于接收來自電壓比較器的輸出結果，即來自電壓比較器的邏輯信號。當控制模塊接收到邏輯真值時，發送啟動信號至拍攝組件，用以控制拍攝組件開啟；當控制模塊接收到邏輯假值時，控制模塊不動作。
[0027]進一步地，該控制模塊包括觸發器和繼電器，該觸發器的輸入端與電壓比較器的輸出端電連接，該觸發器的輸出端與繼電器的輸入端電連接。該繼電器的輸出端與拍攝組件電連接。該觸發器用于接收電壓比較器輸出的邏輯信號，即該電壓比較器的輸出結果，當電壓比較器輸出邏輯真值時，該觸發器輸出特定的標準TTL電平來驅動繼電器閉合。該觸發器可以是單穩態觸發器。該繼電器接收發送自該觸發器的特定的標準TTL電平后，該繼電器吸合，拍攝組件開始工作。當電壓比較器輸出邏輯假值時，該觸發器無動作。
[0028]該拍攝組件與控制模塊的輸出端電連接，當該拍攝組件接收該控制模塊的啟動信號后，開啟對雷電回擊通道的連續拍攝。為了能夠獲得對雷電回擊通道的更高的捕獲效率，該拍攝組件的拍攝幀率應設置在100幀每秒到500幀每秒之間。
[0029]存儲器與該拍攝組件的輸出端電連接，用于存儲該拍攝組件拍攝的圖片。
[0030]本發明實施例公開的雷電回擊通道拍攝裝置，通過設置大氣平均電場傳感器、電壓比較器、控制模塊、拍攝組件和存儲器，能夠自動判斷雷暴位置，并實現對回擊通道拍攝的自動啟動及斷開，可有效提高對回擊通道的捕捉效率。
[0031]實施例二
[0032]參見圖2，為本發明提供的另一種雷電回擊通道拍攝裝置的結構示意圖。本實施例提供的雷電回擊通道，拍攝組件包括依次電連接的CCD相機、單板機和FPGA芯片，其中CCD相機的輸入端與繼電器的輸出端電連接，CCD相機的輸出端與單板機電連接，該單板機的輸出端分別與該FPGA芯片和該存儲器電連接。
[0033]CCD相機接收來自該控制模塊或者該繼電器的啟動信號后，連續拍攝靜態圖片。為了能夠獲得對雷電回擊通道的更高