一种多功能引雷弹点火控制装置

1.本实用新型涉及人工引雷技术领域，尤其涉及一种多功能引雷弹点火控制装置。


背景技术：

2.人工引雷最早是研究雷电领域的一种技术手段。所谓的人工引雷指的是雷暴环境下利用一定的装置，人为在某一指定点发射引雷弹触发雷暴云放电，并把雷电有目的地引到预定位置进行相关科学试验。引雷技术目前主要分为两种方式：第一种是空中引雷；第二种是传统引雷。
3.空中引雷时，引雷弹尾部钢丝和引流杆是用绝缘尼龙线连接，有目的地将雷电引导至引雷点附近，模拟自然闪电击中附近的法拉第笼子，这种引雷方式相对传统引雷方式比较接近自然闪电。
4.而传统引雷方式其主要特征为引雷弹尾部拖拽导线钢丝并与引流杆导通，通过向雷暴云发射引雷弹，诱发雷暴云对地面特定点放电。
5.人工引雷技术由于其发生位置的相对固定，便于提前在引雷点附近架设各种高精度的测量仪器，可精确测量雷电的电流、磁场以及光学等各种雷电物理参量，从而加深对雷电放电物理过程的认识。人工引雷试验虽然是在相对偏远和空旷的地方进行，但是引雷弹的射高一般在几百米到一公里左右，对空域繁忙的地区或者在繁忙航线下降区域，尤其涉及到低空小型飞行器较多或处在准备下降阶段的飞机，引雷作业带有很大的危险性。为保证引雷作业的顺利正常进行，引雷弹的点火控制装置的稳定性是非常重要的环节。作业时，为了在有限的空域允许时间内和雷暴条件下顺利点火，需要有一个安全、可靠的点火控制装置和适合长期放置在野外无遮挡、高温、高湿以及阳光暴晒等恶劣环境下稳定工作的设备。
6.一直以来，国内学者紧跟国外的技术，长期开展人工引发雷电技术。为了确保作业人员的绝对安全，引雷弹的点火方式不断改进，由最初的远距离拉线点火，发展到气动点火方式，然后到目前基本成型的光纤控制点火方式，基本满足了一般条件下引雷的需要，但是由于外场条件恶劣，在试验过程中偶尔会出现上电即误触发情况，导致引雷弹意外发射，这种情况下假如把雷引下来，无论对作业人员还是作业区域安全都是极大的威胁。由于考虑到雷击的强感应过电压，引雷弹和点火装置的连线必须做到尽量短，所以目前引雷弹的点火装置紧挨着引雷弹。同时，为了确保安全，非作业时间点火装置的开关处于常闭状态，即整个开启回路属于断电状态。每次作业前都需要人为的打开点火装置的开关，给点火控制电路板上电，然后再通过距离约100米外激光发射器远程控制引雷弹的发射。
7.引雷作业是一项非常危险和工作强度很高的人工影响作业。据统计，自80年代国内开展人工引雷相关工作以来，由于各种客观和主观原因，引雷弹误触发事件时有发生。引雷弹的误触发事件对距离仅几米范围内的操作员有极大危害。其不仅严重伤害操作人员听力，而且容易给操作员造成严重心理阴影。值得指出的是，引雷弹的误触发事件在没有引雷成功的情况下，对操作员的危害还仅仅是身体方面的损害，假如雷电直接被引下来，将对操
作员的生命安全造成致命威胁。尤其是在空域繁忙的地区，在空域未获批准的情况下，这种引雷弹误触发事件会导致非常致命的后果。引雷作业之所以是一项作业强度超高的工作，是因为引雷作业一般是在夏季强雷暴活动频发期间，尤其是在极端天气(如大风、大雨及电闪雷鸣)来临时，在这种环境下，操作员除了需要在有限的时间内马上准备开启和设置各种高精度设备进行观测，还要准备好引雷弹的点火各项准备工作。在这种高度紧张的情况下，工作人员往往没有足够的时间和精力再对点火装置进行逐一仔细检查。另外，老旧的引雷弹点火装置常年裸露在外面，风吹雨打，且出线端的防水很难做到绝对密闭。在夏季高温、高湿以及昼夜温差较大的环境下，水汽一旦侵入防水盒，在密闭的空间里就会很难挥发出来。夜间随着周围大气环境温度的骤降，水汽接触到冰冷屏蔽盒会凝结成水滴。如果这些小水滴不慎滴到控制电路板上，非常容易导致控制电路板短路，使控制电路板出现故障，有可能导致引雷弹直接被点火出架。
8.针对上述引雷弹点火控制装置存在的诸多问题，至今仍没有好的解决方案和方法。因此，本实用新型基于无线传输技术和电子技术，设计和开发一种安全、可靠的多功能引雷弹点火控制装置，实现引雷弹的无线点火控制以及实时监控点火盒的工作状态，为人工影响天气领域提供一种新的技术手段。


技术实现要素：

9.由于人工引雷作业是一项技术要求很高的工作，为了使引雷作业更加安全、可靠以及可选性，本实用新型研发了一种多功能的点火控制装置，新增了远程无线控制模块和实时状态监控模块。同时，为改变现有技术中每次作业以后需要拆卸点火控制盒取出电池充电的弊端，利用太阳能，设计了太阳能板充电电路，可以实时给电池充电，保证了引雷作业时供电系统工作的稳定。
10.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
11.本实用新型的一种多功能引雷弹点火控制装置，该点火控制装置包括：
12.控制装置盒体；
13.集成于所述控制装置盒体内的点火控制组件，所述点火控制组件包括无线接收机、有线点火盒、红外摄像机、微处理器和网桥发射机；以及
14.与所述点火控制组件连接的控制器；
15.所述控制器分为与所述无线接收机通过无线通讯连接的所述无线遥控器、通过网桥连接的所述网桥发射机和所述网桥接收机，以及与所述有线点火盒有线连接的激光主控器；
16.所述无线接收机与外部的引雷弹连接以控制所述引雷弹的发射；
17.所述无线接收机与微处理器连接以将接收机的状态信息传输至微处理器；
18.所述有线点火盒与外部的备用弹连接以控制所述备用弹的发射。
19.所述有线点火盒与微处理器连接以将有线点火盒的状态信息传输至微处理器；
20.所述红外摄像机与网桥接收机连接以将视频信息通过无线网桥传输至网桥接收机；
21.进一步的，所述控制装置盒体包括：
22.网桥发射机固定在所述外层防水盒里面；
23.外层防水盒和置于所述外层防水盒内部的金属屏蔽盒；
24.所述点火控制组件集成于所述内层金属屏蔽盒内，所述无线接收机和所述有线点火盒连接；
25.所述无线接收机与接收天线通过天线接头连接，且所述接收天线延伸至所述控制装置盒体外部。
26.进一步的，所述控制装置盒体内集成有直流电源；
27.所述直流电源与所述太阳能控制器连接并为所述无线接收机、所述有线点火盒、所述红外摄像机和所述网桥发射机供电。
28.进一步的，所述外层防水盒的正面固定有太阳能板，侧面内衬固定有网桥发射机；
29.所述控制装置盒体内部集成有与所述太阳能板连接的太阳能控制器，所述太阳能控制器与所述直流电源连接以通过该太阳能控制器将太阳能板转化的电能储存至所述直流电源内。所述太阳能控制器分别与所述无线接收机、所述有线点火盒、所述红外摄像机以及所述网桥发射机连接以提供工作电源。
30.进一步的，所述激光主控器通过光纤与所述有线点火盒连接。
31.进一步的，所述无线路由器与所述网桥接收机连接。
32.在上述技术方案中，本实用新型提供的一种多功能引雷弹点火控制装置，具有以下有益效果：
33.本实用新型的控制装置增加了多通道远程无线控制功能、实时状态监控功能以及电量自动充电功能，提高了人工作业时点火器的可视性、安全性、可靠性和可选性。通过监控电路，可以实时监控点火控制装置的工作状态，便于及时发现问题和解决故障，通过太阳能板充电电路，晴天时可以及时补充因频繁作业过渡消耗的电量，改进了现有技术中需要拆卸点火盒充电的弊端，保证了作业时电源电量的充足。
34.本实用新型设置了多路远程遥控点火方式，提供了能在距离引雷弹较远地方通过远程无线控制引雷弹的点火时机，避免了因近距离给引雷弹点火控制盒上电带来的潜在危险。同时，与光电点火方式有机结合，相互补充，为实际开展作业时提供了多种备选方案，保证了作业的顺利开展。
35.本实用新型的实时监控系统由红外摄像机、微处理器、网桥发射机、网桥接收机和无线路由器组成，满足了实时监控点火控制盒工作状态的目的，为及时发现和解决点火控制盒的故障提供了便捷，有效的降低了引雷弹的误触发概率。
36.本实用新型的控制装置外壳采用金属屏蔽盒和防水盒的嵌套使用，一方面不仅有效减少外部因地闪回击产生的电磁波干扰，降低控制电路板在引雷成功以后，由于回击感应过电压太大导致邻近其它点火装置误触发出现的概率，从而保证了整套系统稳定的工作状态；另一方面，双重屏蔽盒的嵌套使用可有效减少由于高温、高湿环境下水汽在密闭环境里的凝结，水滴易渗透到电路板器件管脚上，导致因器件短路产生非人为误触发事件，保证了引雷作业过程的安全性。
附图说明
37.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的
一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本实用新型实施例提供的一种多功能引雷弹点火控制装置的结构示意图；
39.图2为本实用新型实施例提供的一种多功能引雷弹点火控制装置的充放电示意图；
40.图3为本实用新型实施例提供的一种多功能引雷弹点火控制装置的点火方式控制流程图；
41.图4为本实用新型实施例提供的一种多功能引雷弹点火控制装置的无线遥控点火的工作原理；
42.图5为本实用新型实施例提供的一种多功能引雷弹点火控制装的无线接收机的工作原理概图；
43.图6为本实用新型实施例提供的一种多功能引雷弹点火控制装置的控制面板的布置图。
44.附图标记说明：
45.1、控制装置盒体；2、点火控制组件；3、无线遥控器；4、激光主控器；6、直流电源；
46.101、外层防水盒；102、金属屏蔽盒；
47.201、无线接收机；202、有线点火盒；203、接收天线；204、红外摄像机；205、微处理器；206、网桥发射机；
48.401、光纤；
49.501、引雷弹；502、备用弹；
50.701、太阳能板；702、太阳能控制器；
51.801、网桥接收机；802无线路由器。
具体实施方式
52.为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细介绍。
53.参见图1～图6所示；
54.本实施例的一种多功能引雷弹点火控制装置，该点火控制装置包括：
55.控制装置盒体1；
56.集成于控制装置盒体1内的点火控制组件2，点火控制组件2包括无线接收机201、有线点火盒202、红外摄像机204、微处理器205和网桥发射机206；以及
57.与点火控制组件2连接的控制器；
58.控制器分为与无线接收机201通过无线通讯连接的无线遥控器3、与网桥发射机206通过无线网桥通讯连接的网桥接收机801、以及与有线点火盒202有线连接的激光主控器4；
59.无线接收机201与外部的引雷弹501连接以控制引雷弹501的发射；
60.有线点火盒202与外部的备用弹502连接以控制备用弹502的发射。
61.微处理器205分别与无线接收机201和有线点火盒202连接以收集两者的工作状态。微处理器205与网桥发射机206连接以将处理的信息传输至网桥接收机801。
62.太阳能控制器702与红外摄像机204以提供红外摄像机204工作所需电源。
63.红外摄像机204与网桥发射机206连接以将视频信息传输至网桥接收机801。
64.具体的，本实施例公开了一种适用于引雷弹点火的新型控制装置，其包括控制装置盒体1，该控制装置盒体1作为屏蔽盒体，用以保护内部的点火控制组件2；另外，与点火控制组件2控制连接有控制器。其中，本实施例的点火控制组件2包括无线接收机201、有线点火盒202、红外摄像机204、微处理器205和网桥发射机206。与无线接收机201和有线点火盒202对应连接有上述的无线遥控器3和激光主控器4，与网桥发射机206对应连接的网桥发射机801。同时，本实施例的无线接收机201通过导线与外部的引雷弹501连接，通过导线与微处理器205连接以实时提供其工作状态参数，以通过无线遥控器3控制无线接收机201工作并控制引雷弹501的发射。而激光主控器4与有线点火盒202连接以控制备用弹502的发射，且通过导线与微处理器205连接以提供有线点火盒202的工作状态信息。
65.连接时，无线接收机201电源的输出正、负极与有线点火盒202的电源输入的正、负极连接。而无线接收机201另外一路的电源输出正、负极与引雷弹501的电源输入正、负极连接以控制引雷弹501的发射。有线点火盒202的输出的电源正、负极与备用弹502输入的电源正、负极连接以控制备用弹502的发射。
66.当强雷暴天气来临时，且空域允许的情况下，通过远程无线遥控器3向无线接收机201发送上电指令，无线接收机201的电源开关自动打开，引雷弹501正常发射。同时，有线点火盒202也处于上电状态，亦可利用激光主控器4通过有线光纤401的方式发射备用弹502。由于考虑到雷击的危险性，引雷弹控制室与引雷弹发射装置的距离尽可能远才能保证工作人员人身安全。长距离的布线无论是投入成本，还是运维都是一种无形的负担。因此，研发了引雷弹无线遥控点火技术不仅可以新增引雷弹点火的新方式，还可以与激光主控器4点火并行使用，为引雷作业提供双重保险，保证实验的顺利实施。同时，新增了无线接收机和有线点火盒状态参数收集的控制电路和发送模块，使作业人员可以实时监控设备的工作状态，及时进行调整，有效的减少故障率。
67.优选的，本实施例的控制装置盒体1包括：
68.外层防水盒101和置于外层防水盒101内部的金属屏蔽盒102；
69.点火控制组件2集成于金属屏蔽盒102内，无线接收机201、有线点火盒202、微处理器和网桥发射机连接；
70.无线接收机201与接收天线203通过天线接头连接，且接收天线203延伸至控制装置盒体1外部。
71.网桥发射机206分别与微处理器205、红外摄像机204、有线点火盒202和无线接收机201连接，且网桥发射机206延伸至金属屏蔽盒102外，固定在外层防水盒101内侧面上。
72.本实施例的控制装置盒体1采用双重防护结构，分别为外层防水盒101，以及嵌套至内部的金属屏蔽盒102，其中，金属屏蔽盒102选用金属铝合金材料。
73.由于点火控制装置的供电系统采用的是直流电源6，因此，本实施例的控制装置盒体1内集成有直流电源6；
74.直流电源6与太阳能控制器702连接并由太阳能板701提供光伏能量。
75.其中，为了能够储备充足的电源，本实施例的外层防水盒101的正面固定有太阳能板701；
76.控制装置盒体1内部集成有与太阳能板701连接的太阳能控制器702，太阳能控制
器702与直流电源6连接以通过该太阳能控制器702将太阳能板701转化的电能储存至直流电源6内。太阳能控制器702分别与无线接收机201、有线点火盒202、红外摄像机204以及网桥发射机206连接，并为这些设备提供电源。
77.激光主控器4通过光纤401与有线点火盒202连接。
78.连接时，太阳能板701选用光伏板，该光伏板的电源正、负极与太阳能控制器702的电源正、负极输入端连接，而太阳能板701固定在外层防水盒101的正面，太阳能板701将光能转化为电能。太阳能控制器702的电源输出端正、负极与直流电源6的正、负极连接，可以将太阳能板701收集的光能储存至直流电源6内作为电能补充。本实施例的太阳能控制器702的输出正、负极分别与无线接收机201、有线点火盒202、红外摄像机204以及网桥发射机206连接，并为这些设备提供电源。
79.由于点火控制装置一般采用直流电源6供电，经常性的使用容易使其电量馈电。传统点火控制盒的电源是安装在盒子里面的，两者是一个整体，如果在电源馈电或者出现故障的时候，要检查电源或者给电源充电需要把整个点火盒拆开，费时费力，而且容易损坏点火控制盒电路，破坏其防水性能。通过设计太阳能板701和太阳能控制器702与直流电源6连接，能够在晴天阳光充足时，为直流电源6充电。这不仅有效地解决了由于电源电量不足导致引雷弹501或者备用弹502点火失败的机率，而且减少了人为事后充电和检修的冗余工作，既保证了设备的正常运行，又提高了工作效率。同时，太阳能控制器702具有稳定性和灵敏度高的特点，对电源的充、放电条件加以规定和限制，并按照负载的电源需求控制光伏电池组件和电源对负载的电能输出。另外，控制盒体1内增加了实时监控电路，利用微处理器205收集无线接收机201和有线点火盒202的状态参数，同时利用红外摄像机204拍照和摄像功能，将控制盒1内的信息通过网桥发射机206传输至网桥接收机801，然后利用无线路由器802传输至电脑或者手机上。为工作人员能够及时、便捷的了解引雷弹点火盒内部的工作状态提供方便。
80.在本实施例的实施过程中，无线传输是非常重要的特点。如图4-5所示，无线遥控器内部的核心是设计有控制电路，外围的设计包括相关参数的数据显示、温控器以及按键控制，通过无线信号发射电路可以向无线接收机发射指令。无线接收机由单片机控制，无线信号接收电路将信号传输至单片机中，单片机进行处理后分别传输信号至状态指示电路和输出控制电路，单片机里面耦合和电压转换电路。
81.为了能够使工作人员更好地使用本装置，专门为该装置设计了更加简洁的操作面板，通过面板操作来监控点火控制盒的执行情况。例如，电路板上电指示灯采用绿色显示，光纤控制过电指示灯采用红色显示，输出短路指示灯采用蓝色显示。为了保险还设计了两级开关及报警装置，便于作业人员实时监控点火控制盒的工作状态，及时有效地排除故障，尤其是输出短路蓝色指示灯亮起和报警声响长鸣时，引雷点火作业必须马上终止。
82.在上述技术方案中，本实用新型提供的一种多功能引雷弹点火控制装置，具有以下有益效果：
83.本实用新型的控制装置增加了多通道无线控制功能、工作状态实时监控功能和自动充电功能，提高了人工作业时点火器的安全性、可靠性和可选性。通过太阳能板701充电电路，晴天时可以及时补充因频繁作业过渡消耗的电量，改进了现有技术中需要拆开点火盒充电的弊端，保证了作业时电源电量的充足。
84.本实用新型设置了多路远程遥控点火方式，提供了在较远距离亦能无线控制引雷弹501的点火时机，避免了近距离给点火盒上电的危险。同时，与光电点火方式有机结合，相互补充，为实际开展作业时提供了多种备选方案。
85.本实用新型的控制装置外壳采用金属屏蔽盒和防水盒的嵌套使用，一方面不仅有效减少外部电磁波的干扰，降低了控制电路板在引成雷电后由于回击感应过电压太大导致周边其他点火装置误触发的故障概率，从而保证整套引雷点火控制系统稳定运行；另一方面，双重屏蔽盒的嵌套使用可有效减少由于高温、高湿环境下水汽在密闭环境里的凝结，水滴渗透到电路板器件管脚上容易导致控制电路故障，产生非人为误触发事件。
86.以上只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本实用新型权利要求保护范围的限制。