[0001] 本发明涉及雷电抑制器领域，更具体地说，它涉及一种多通道雷电电磁防护实时故障监测抑制器。

[0002] 大气雷电的放电能量可达数百兆耳，在大气中运行飞行器不可避免的会遭到雷电环境，而要使一架载有现代大规模集成电路设备的飞机出现故障，只需百万分之一焦耳量级的能量。当空间电磁环境的能量密度达到较高阀值（焦耳量级）时，可使装备电子电路产生击穿或烧毁一类的“硬损伤”而导致关键功能失效。国家民用航空局统计表明，现在我国航线上的飞机年雷击事故约50起，由此造成的飞行事故时有发生，有些甚至是灾难性的。地面装备的雷击事件同样时有发生，轻则对系统形成强电磁干扰，影响系统任务的正常进行，重则击穿损毁系统硬件，造成系统功能失效。特别是机动车载系统（如机动雷达），机动过程中，有效的固定式雷电防护措施难以建立，更增加了全天候执行任务的雷击风险。

[0003] 近年来，随着装备强电磁环境防护要求的不断升级，地面装备的雷电防护也逐渐贯穿防护设计与试验验证全过程，并逐渐成为强电磁环境适应性考核验证的刚性要求。在提升装备系统雷电安全性方面，雷电抑制器得到越来越广泛的应用。但雷电抑制器在使用中因遭遇随机雷击事件或元件失效可能引起短路、断路等故障。抑制元件短路引起电源系统短路，抑制元件断路导致系统雷电防护功能失效，这些问题如不能及时发现和排除，必然埋下隐患，影响装备系统安全性。现行雷电抑制器多采用配电柜（盘）安装形式，结构体积较大且BIT实时故障监测功能缺失，抑制器元件功能失效（如短路）时采用机械弹簧脱扣进行保护，故障状态的检测依靠人工目测发现，排故实时性差；机载/机动装备内部空间狭小且多为封闭形式，现行雷电抑制器的结构形式及人工目测故障监测模式难以满足机载/机动装备系统即插即用、实时故障监测及快速排故的应用需求。

[0004] 因此，雷电抑制器故障在线实时监测在装备电源系统的强电磁环境防护设计中问题十分突出。

[0019] 现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，并非是对权利要求书中所阐述的保护范围、适用性或者示例的限制。可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。另外，相对一些示例所描述的特征在其他例子中也可以进行组合。

[0020] 实施例一参照图1‑图8所示，一种多通道雷电电磁防护实时故障监测抑制器，包括外壳100、绝缘固定柱230、带短路保护的雷电浪涌抑制模块500和状态信息传输模块400，外壳100安装于绝缘固定柱230的外壁上，且外壳100靠近绝缘固定柱230的外壁上设有PCB板组460，绝缘固定柱230的轴线垂直于PCB板组460的板面上，且带短路保护的雷电浪涌抑制模块500和状态信息传输模块400均安装于PCB板组460上，带短路保护的雷电浪涌抑制模块500和状态信息传输模块400均沿PCB板组460的板面外边分布，且带短路保护的雷电浪涌抑制模块500的安装朝向与PCB板组460的板面垂直，带短路保护的雷电浪涌抑制模块500和状态信息传输模块400电性连接；
带短路保护的雷电浪涌抑制模块500包括多个并联的浪涌抑制电路单元，浪涌抑制电路单元由一个保险丝和一个压敏电阻串联组成；浪涌抑制电路单元与PCB板组460之间设有故障弹出机构300，故障弹出机构300用于维持或断开浪涌抑制电路单元与PCB板组460之间的电性连接关系；
状态信息传输模块400包括故障采集中转模块430和主控模块440，故障采集中转模块430用于采集、中转带短路保护的雷电浪涌抑制模块500的工作状态，并传输带短路保护的雷电浪涌抑制模块500的工作状态信息至主控模块440，主控模块440用于判断带短路保护的雷电浪涌抑制模块500的工作状态，并发出故障请求。

[0021] 其中，故障弹出机构300包括挤压单元和吸合单元360，挤压单元用于带动浪涌抑制电路单元的连接端插接至PCB板组460，吸合单元360通过响应故障请求做出吸合动作，解除浪涌抑制电路单元的连接端与PCB板组460之间的连通关系。

[0022] 挤压单元包括挤压块350、A座体320和B座体330，浪涌抑制电路单元安装于挤压块350上，A座体320和B座体330均安装于PCB板组460的板面上，且A座体320和B座体330相对设置，挤压块350的底侧为斜面结构，挤压块350的斜面侧与A座体320的外壁之间形成滑动导向配合，挤压块350的斜面在A座体320的外壁上滑动时，A座体320沿其长度方向移动至B座体330一侧，并与B座体330抵靠连接，A座体320和B座体330的底侧之间设有绝缘支撑弹簧
340，绝缘支撑弹簧340提供沿A座体320的长度方向上的弹性力。

[0023] 其中吸合单元360包括电磁铁362和衔铁361，衔铁361安装于挤压块350的端部，电磁铁362的一侧的延伸部安装于绝缘固定柱230的外壁上，电磁铁362位于衔铁361的上方，吸合单元360还包括警报器310，警报器310安装于PCB板组460上，警报器310位于A座体320的轴线上，A座体320沿其长度方向移动至挤压块350一侧时，A座体320的端部与警报器310抵靠连接。

[0024] 其中，绝缘固定柱230内部穿插有镀金铜柱200，镀金铜柱200的轴向与绝缘固定柱230的轴向一致，且镀金铜柱200的两端分别延伸出绝缘固定柱230形成多路大电流电源输入插头220和多路大电流电源输出插头240，多路大电流电源输入插头220与状态信息传输模块400串联，多路大电流电源输出插头240与带短路保护的雷电浪涌抑制模块500串联，外壳100靠近多路大电流电源输入插头220一端与绝缘固定柱230之间通过螺纹连接，外壳100的另一端设有多路大电流电源输出插座，且多路大电流电源输出插座套设于多路大电流电源输出插头240的外壁上。

[0025] 状态信息传输模块400还包括高压光电隔离模块450、电源模块410和电力载波模块420，PCB板组460包括第一PCB基板、第二PCB基板、第三PCB基板、第四PCB基板和第五PCB基板，第一PCB基板、第二PCB基板、第三PCB基板、第四PCB基板和第五PCB基板的板面均与绝缘固定柱230的轴线相垂直，电力载波模块420和电源模块410焊接在第一PCB基板上，故障采集中转模块430和主控模块440焊接在第二PCB基板上，高压光电隔离模块450焊接在第三PCB基板上，带短路保护的雷电浪涌抑制模块500安装于第四PCB基板、第五PCB基板上。

[0026] 状态信息传输模块400还包括地线470，且地线470穿插连接在PCB板组460之间，地线470的一端延伸与外壳100的内壁相连接。

[0027] 需要注意的是，该多通道雷电电磁防护实时故障监测抑制器的各部件的具体作用如下：多路大电流电源输入插头220：用于接入需要进行雷电防护的多路大电流电源；
多路大电流电源输出插座：设于多路大电流电源输出插头240外侧，将经过雷电保护的电源输出；
带短路保护的雷电浪涌抑制模块500：对高浪涌电压进行箝位并将大浪涌电流旁路到地；
高压光电隔离模块450：将雷电高电压和故障采集检测端低压隔离，进而从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离，使测控装置与现场仅保持信号联系，而不直接发生电的联系；
故障采集中转模块430：将采集到的雷电电磁防护实时故障信息中转到主控模块
440，故障采集中转模块430采用1.25mm间距的FPC柔性转接排线将采集到的状态信息转至主控制模块；
主控模块440：通过实时读取采集到的I/O端口数据判断带短路保护的雷电浪涌抑制模块500的工作状态，并将其监控到的状态通过UART串口发送到电力载波模块420，其中主控模块440采用基于CF芯片的微处理器；
电源模块410：用于提供工作电压；
电力载波模块420：采用UART串口与主控制模块通信；电力载波模块420采用电力线载波通信芯片SSC1642，也可以采用RS485通信模块、ZIGBEE无线通信模块或WIFI模块等，不局限于电力载波模块420；
地线470：将雷电干扰信号从带短路保护的雷电浪涌抑制模块500直接泄放到地。

[0028] 还需要补充说明的是，多路大电流电源输入插头220的一端接用户电源线，另一端与带短路保护的雷电浪涌抑制模块500的输入端相连，带短路保护的雷电浪涌抑制模块500的电源输出端与电源模块410的电源输入端相连，带短路保护的雷电浪涌抑制模块500的第一信号输出端与高压光电隔离模块450的信号输入端相连，带短路保护的雷电浪涌抑制模块500通过地线470或外壳100接地，带短路保护的雷电浪涌抑制模块500的第二信号输出端与多路大电流电源输出插座的输入端相连，高压光电隔离模块450的信号输出端与故障采集中转模块430的输入端相连，故障采集中转模块430的输出端与主控模块440的输入端相连，电源模块410的电源输出端与主控模块440、电力载波模块420的电源输入端相连，主控模块440与电力载波模块420双向通讯。

[0029] 多路大电流电源输入插头220由多根镀金铜柱200和冠环210组成，镀金铜柱200从绝缘固定柱230的中心穿过且从绝缘固定柱230的两端伸出，伸出的一端作为多路大电流电源输入插头220，伸出的另一端的插针安装多路大电流电源输出插座，多路大电流电源输出插座采用插销，插销插在镀金铜柱200上；状态信息传输模块400中的部件均设置在PCB板组460上，其中电力载波模块420和电源模块410焊接在第一PCB基板上，故障采集中转模块430和主控模块440焊接在第二PCB基板上，高压光电隔离模块450焊接在第三PCB基板上，带短路保护的雷电浪涌抑制模块500分别焊接在第四PCB基板、第五PCB基板上，第一PCB基板、第二PCB基板、第三PCB基板、第四PCB基板和第五PCB基板各自安装在一个绝缘固定柱230上，第一PCB基板、第二PCB基板、第三PCB基板、第四PCB基板和第五PCB基板上均开设供绝缘固定柱230穿过的通孔。

[0030] 在主控模块440判断带短路保护的雷电浪涌抑制模块500的工作状态，发出故障请求，故障弹出机构300接收到故障请求后启动，弹出故障的带短路保护的雷电浪涌抑制模块500部分，使其与PCB板组460的连接断开，同时激活警报器310，警报器310亮灯，指示出带短路保护的雷电浪涌抑制模块500中故障元件的位置。

[0031] 需要注意的是，如图3‑图5所示，在带短路保护的雷电浪涌抑制模块500被检测到故障的部分，及时断开其连接，避免连接在电路中影响旁路保护，同时在后续的维修更换中，无需整体的更换本抑制器，只需要更换其中的故障元件，故障元件的更换过程具体如下：第一步，将已经弹出的故障元件沿挤压块350侧向延伸的托板370垂直拔出，然后将更换件垂直插接至托板370上的定位孔321，由于更换时，该抑制器不带电，故吸合单元
360暂时失效，挤压块350通过A座体320的支撑仍位于A座体320的上侧，更换件插入后下压，带动挤压块350向下压入A座体320上；
第二步，挤压块350下压过程中沿A座体320内的槽道322滑动，挤压块350侧向的滑条351在下压后，由于受到A座体320侧向的绝缘支撑弹簧340挤压，使挤压块350上的滑条
351与A座体320内的槽道322内壁之间形成卡接配合，下压滑动时，A座体320向B座体330一侧平移，脱离警报器310，直到A座体320抵靠在B座体330一侧，下压完全后，A座体320和B座体330之间形成抵靠连接状态，连通A座体320、B座体330之间的连接片331，进而使A座体320与B座体330、PCB板组460均连通；
第三步，外壳100通过多路大电流电源输入插头220一端套入，并通过端部的螺纹与绝缘固定柱230安装，外壳和插头端、插座端安装完成后，将该抑制器接入电路，通电后，再进行检测，检测更换件的工作状态，如果警报器310的指示灯均为熄灭的状态，则表示带短路保护的雷电浪涌抑制模块500中所有浪涌抑制电路单元均为正常工作状态，可有效保护安装的设备安全，若警报器310的指示灯为亮起的状态，则表示带短路保护的雷电浪涌抑制模块500中有浪涌抑制电路单元为故障元件，还需要对故障元件进行更换。

[0032] 需要补充说明的是，如图7所示，该多通道雷电电磁防护实时故障监测抑制器应用于基于电力载波的雷电电磁脉冲防护性能检测系统中，在检测系统中，多通道雷电电磁防护实时故障监测抑制器需要和主机联网接口设备进行装配使用，利用主机联网接口设备对多通道雷电电磁防护实时故障监测抑制器进行故障分析，然后通过地面上的状态监控中心对故障信息进行响应并做出相应的命令。

[0033] 具体地，主机联网接口设备电性连接有状态监测中心，状态监测中心用于监控多个互联多通道雷电电磁防护实时故障监测抑制器的工作状态，主机联网接口设备包括中央处理器、电力载波通信模块、电力载波通信模块接口、电源部件、复位电路和通信控制部件；其中，中央处理器与电力载波通信模块、复位电路和通信控制部件之间电性连接，且电源部件为中央处理器、电力载波通信模块、复位电路和通信控制部件供电，电力载波通信模块接口设于电力载波通信模块的信号端，且电力载波通信模块接头与通信控制部件的信号端之间装配连接；
其中，中央处理器用于解析接收到的指令，判断并执行相应操作，电力载波通信模块用于接收到请求并发送给中央处理器，电力载波通信模块接口用于电力载波通信模块和通信控制部件之间的信号传输，通信控制部件用于与中央处理器和状态监测中心之间交换接收到的指令或请求；
其中，复位电路用于对多通道雷电电磁防护实时故障监测抑制器的工作状态数据进行清零。

[0034] 具体地，多通道雷电电磁防护实时故障监测抑制器包括带短路保护的雷电浪涌抑制模块500、状态信息传输模块400和旁路切换模块，带短路保护的雷电浪涌抑制模块500分别与状态信息传输模块400和短路保护模块电性连接，状态信息传输模块400用于对带短路保护的雷电浪涌抑制模块500的故障排查，并发送带短路保护的雷电浪涌抑制模块500的工作状态至主机联网接口设备的信号端，旁路切换模块用于带短路保护的雷电浪涌抑制模块500中电路被检测故障时，切换到备用电路上。

[0035] 具体地，状态监控中心位于地上，在PC端上可实现的功能包括但不限于：雷电抑制器地址设置功能，管理员身份认证功能，定时查询功能、手动查询功能、广播查询功能、旁路切换功能、告警指示功能或软件版本信息，各个功能具体如下：1）雷电抑制器地址设置功能，可用于设置每个多通道雷电电磁防护实时故障监测抑制器的唯一地址，同时可对安装雷电抑制器的位置定位，可连接飞行器的GPS模块，实现飞行器和雷电抑制器的实时位置定位；
2）管理员身份认证功能，可用于管理员登录系统，查看或执行相关操作；
3）定时查询功能、手动查询功能、广播查询功能主要用于查询雷电抑制工作状态；
4）旁路切换功能，主要用于允许雷电抑制器某线路出现雷电防护失败的情况下切换到旁路防护（自动切换旁路和手动切换旁路）；
5）告警指示功能，主要通过屏幕闪烁和语音提醒告知用户雷电抑制器出现故障，需要及时更换或者切换旁路。

[0036] 需要注意的是，如图8所示，该基于电力载波的雷电电磁脉冲防护性能检测系统的检测方法，包括以下步骤：S1：利用多通道雷电电磁防护实时故障监测抑制器内设其唯一地址：通过状态监控中心上的地址设置功能，从0001开始设置系统中每个带短路保护的雷电浪涌抑制模块
500的地址，确定唯一身份识别码；
S2：当系统中的带短路保护的雷电浪涌抑制模块500被状态信息传输模块400检测出现故障时，会自动将故障信息通过电力线，利用电力载波通信模块和通信控制部件接收并发送故障请求给主机联网接口设备；故障请求包括：带短路保护的雷电浪涌抑制模块500的地址、带短路保护的雷电浪涌抑制模块500各路防护端口的工作状态和旁路切换状态信息；
S3：主机联网接口设备根据故障请求中的地址认证信息，对带短路保护的雷电浪涌抑制模块500的地址进行验证，对验证通过的带短路保护的雷电浪涌抑制模块500，返回响应结果并将其故障请求生成工作状态信息，根据规定的协议编码通过通信控制部件发送给状态监控中心；
S4：状态监控中心收到工作状态信息后，对出现故障的带短路保护的雷电浪涌抑制模块500进行精确定位，解析具体被防护线路雷电防护正常或失败，将防护状态显示在PC端，绿色表示防护完好，对于防护失败的线路红色闪烁并告警，并生产带短路保护的雷电浪涌抑制模块500的故障信息报告；
S5：主机联网接口设备根据旁路切换状态信息判断是否要进行旁路切换，返回旁路切换响应命令；
S6：状态监控中心发送定时查询命令，则执行S7；发送手动查询命令，则执行S8；发送广播查询命令，则执行S9；
S7：主机联网接口设备判断接收到的状态监控中心的为定时查询命令，则定时读取带短路保护的雷电浪涌抑制模块500工作状态，并将采集到的带短路保护的雷电浪涌抑制模块500工作状态返还状态控制中心；
S8：主机联网接口设备判断接收到的状态监控中心的为手动查询命令，则根据收到的地址判断读取某个特定的多通道雷电电磁防护实时故障监测抑制器工作状态，并将采集到的雷电抑制器工作状态返还状态监控中心；
S9：主机联网接口设备判断收到的状态监控中心的为广播查询命令，则向电力线发送一个广播数据包，则系统内的所有多通道雷电电磁防护实时故障监测抑制器将工作状态信息都返还状态监控中心。

[0037] 以上的检测方法，是利用主机联网接口设备中状态信息传输模块400对多通道雷电电磁防护实时故障监测抑制器做出的工作状态的判断，其具体的检测流程中，还需要注意的是：在S1中需要补充说明的是，每个多通道雷电电磁防护实时故障监测抑制器中可通过拨码开关或状态监控中心设置唯一地址，用于采集被防护线路上的雷电电磁防护实时信息，并将采集到的实时状态信息通过电力载波模块420发到给主机联网接口设备。

[0038] 在S2中需要补充说明的是，其中主机联网接口设备通过电力线及电力载波模块420接收带短路保护的雷电浪涌抑制模块500的故障请求，解析故障的带短路保护的雷电浪涌抑制模块500的地址，将其故障请求生成工作状态信息，根据规定的协议编码通过通信控制部件发送给状态监控中心；
其中雷电抑制器故障请求包含：
1.雷电抑制器地址（表示查询到的有故障的雷电抑制器的地址）；
2.雷电抑制器各路防护端口的工作状态（表示有故障雷电抑制器防护的线路状态显示情况）；
3.旁路切换状态信息（用于表示将雷电抑制器内有故障的防护线路断开，及时切换到备用旁路防护，保证系统正常工作）。

[0039] 在S3中需要补充说明的是，在主机联网接口设备中，通过通信控制部件接收状态监控中心的发送过来的命令，解析命令，根据命令要求，将查询或处理结果根据规定的协议编码通过电力线及电力载波模块420发送给故障雷电抑制器故障响应命令。

[0040] 在S4中需要补充说明的是，中央处理器解析接收到的状态监控中心指令，判断并执行相应操作，查询故障命令，则按照所述系统规定的协议要求，通过所述电力载波通信模块及接口向所述雷电抑制器发送密钥认证，查询指令；其中，状态监控中心根据所述主机联网接口设备发送过来的雷电抑制器地址对出现故障的雷电抑制器进行定位，并根据雷电抑制器各防护端口的工作状态解析具体被防护线路雷电防护正常或失败，将防护状态显示在PC端，绿色表示防护完好，对于防护失败的线路红色闪烁并告警；同时根据旁路切换状态信息进行相应的旁路切换，将需要防雷的线路及时快速的切换至旁路，确保被防护设备的正常工作；
其中响应命令包括：
1）雷电抑制器地址（用于表示查询到的有故障的雷电抑制器的地址）；
2）各防护线路状态显示应答（用于表示有故障雷电抑制器防护的线路状态显示情况）；
3）旁路切换命令（用于表示将雷电抑制器内有故障的防护线路断开，及时切换到备用旁路防护，保证系统正常工作）；
若为故障响应命令，则按照所述系统规定的处理协议要求，通过所述电力载波通信模块及接口向所述雷电抑制器发送密钥认证，响应指令；
中央处理器解析雷电抑制器发送过来的故障请求信息，根据接收的故障地址、防护线路状态分析原因，按照所述系统规定的协议重新编码，通过通信控制部件发送给状态监控中心。

[0041] 在S5中需要补充说明的是，如图6所示，带短路保护的雷电浪涌抑制模块500包括多个浪涌抑制电路单元，浪涌抑制电路单元由一个保险丝和一个压敏电阻串联组成，在图6中，第一浪涌抑制电路单元由第一保险丝F1和第一压敏电阻M1串联而成，且第一保险丝F1的外壁并联一个电磁铁362A1，第二浪涌抑制电路单元由第二保险丝F2和第二压敏电阻M2串联而成，第二保险丝F2的外壁并联一个电磁铁362A2，高压光电隔离模块450包括高压限流电阻R1、高压限流电阻R2，高压限流电阻R1、高压限流电阻R2分别与光耦U1的输入端相连，光耦U1的输出端与故障采集中转模块430的输入端相连，因为故障需要切换旁路时，第一保险丝F1或者第一压敏电阻M1故障，则第一浪涌抑制电路单元故障，其高压光电隔离模块450将故障地浪涌抑制电路单元隔离检测，得到其工作状态信息，同时其上的吸合单元360中电磁铁362A1工作，带动故障工作状态的浪涌抑制电路单元和整体的电路断开，此时电路自动切换至第二浪涌抑制电路单元，第二浪涌抑制电路单元作为设备的雷电电磁防护抑制电路。

[0042] 在S6‑S9中需要补充说明的是，为三种不同的查询命令择一查询，查询命令通过状态监测中心发出，查询带短路保护的雷电浪涌抑制模块500的工作状态，并得到不同类型的信息反馈，信息反馈通过中央处理器解析得到工作状态信息，返还至状态监控中心。

[0043] 以上多通道雷电电磁防护实时故障监测抑制器采用现行多通道中低压大电流电源插座的结构形式与连接方式，实现多通道电源系统雷电电磁脉冲LEMP防护与抑制器故障实时在线监测功能，通过电力载波通讯方式，可以不需要敷设通信专线，借助雷电防护电源线就可以使用，避免重新铺设电力线路的资源和人力浪费，采用插接方式便于安装拆卸，特别适用于替代现行装备（机载/机动系统等）所使用的传统多路电源插座，解决装备电源系统雷电电磁脉冲防护功能快速接入问题，满足装备LEMP防护需求；以上基于电力载波的雷电电磁脉冲防护性能检测系统具备BIT功能（有特殊的地址对应的字节可以进行位寻址，当需要使用标志位或者位查询的时候可以将对应的位进行重命名），可实时上报运行状态和故障状态，同时在系统内设计旁路，即在防雷支路损坏后，可快速切换至旁路，确保供电及信号的正常传输；避免因人工更换不及时，造成被防护设备损坏；
以上基于电力载波的雷电电磁脉冲防护性能检测方法，可对雷电电磁脉冲防护抑制器进行快捷、准确的故障判断，为飞机对雷电及高强度辐射场影响提供最大限度的保护，大大降低测试成本和测试难度，为飞机的持续、可靠运行及后期检修维护提供强有力支持。

[0044] 上面结合附图对本实施例的实施例进行了描述，但是本实施例并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实施例的启示下，在不脱离本实施例宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本实施例的保护之内。