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数据采集卡用于雷电定位

背景

闪电定位又称雷电定位,是指利用闪电回击辐射的声、光、电磁场特性来遥测闪电回击放电参数的一种监测雷电手段,它可检测雷电发生的时间、位置、强度、极性等。闪电定位对许多产业部门都是非常重要的,特别是电力、航空等部门

光声雷电探测方法是目前最主要的探测方法之一。首先在监测处放置一块光声雷电探测器,使光声雷电探测器的图像采集器的镜头面向天空,用图像采集器采集出有雷电图像的图像,在图像显示装置上显示;然后根据雷电在图像中的位置,从图像中测量出雷电的方位角。用图像采集器获取雷电的图像,用声音采集器获取雷鸣的声音,通过声音传感器把声音记录各观测点(四个)雷声到达的时刻,多组时间数据经4路数据采集卡A/D转换后,被传送到数据处理系统,数据处理系统通过逻辑运算,求取三个空间观测点(其中一个点是做个基准点)雷声到达的时间差,根据声音在空气中传播的速度,计算出三个空间观测点的距离差;根据空间三个双曲面相交可以确定一个点的原理,根据方程组确定雷电产生位置的坐标。


数据采集卡问题和挑战

数据采集卡是系统中的核心部件,直接关系到系统的可行性和数据的准确性。

对数据采集卡主要要求有,采样率10MS/s,精度12bit4通道,需要具备GPS定时功能。除开这几个基本要求,主要还面临几个挑战:

1GPS定时精度问题,市面上一般GPS精度都不高,一般是ms级,或者几百个nsGPS定时精度就直接决定了位置的精度,系统其它设备还会有延时误差,数据采集卡的GPS定时精度最好要控制在50ns以内;20180717

2、稳定性问题,由于雷电信号是随机的,数据采集卡需要一直等待雷电信号的到来,所以需要一直出于触发等待状态,采集卡需要常年运行着,这对采集卡的稳定性和耐用性都是一个挑战;

3、长预触发,当雷电信号到来那一刻,采集卡开始采集记录数据,但是很多时候,触发前的那一段数据对分析雷电信号也是很重要的。而一般采集卡只能记录触发前很短的一段数据,一般就几K个数据,这对很多场景是不够的。

   对于稳定性,通过各种复杂情况测试,模拟各种场景下的情况。为了模拟雷电环境,我们在高压试验室放电进行现场测试。再通过降低采集卡整个系统功耗,增加各个部件稳定的运行的年限。

   针对预触发不够长的问题,通过对采集卡内部逻辑的重新修改,充分利用采集卡超大的内存,预触发能采集几M甚至几十M的数据,这大大满足雷电测试的需要。

总结

针对雷电定位这种特殊场景改进的数据采集卡,完全满足甚至超出实际应用的需求。同时,如果采用网线或光纤连接连接,可做分布式的雷电采集,采集点可以相隔几公里,然后通过网线或光纤把数据汇总到一起进行分析。