[實(shí)用新型]閃電電場(chǎng)變化信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220206637.2
• 申請(qǐng)日: 2012-05-09
• 公開（公告）號(hào): CN202600055U
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張陽;孟青;呂偉濤;張義軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)氣象科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01R29/08
• 分類號(hào): G01R29/08
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及氣象監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種閃電電場(chǎng)變化信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

閃電是我國(guó)最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，由于其具有大電流、強(qiáng)電磁輻射等特性，常常引起森林火災(zāi)、油庫爆炸、供電中斷、通訊故障、設(shè)備破壞等事故，也容易造成人員傷亡。據(jù)保守估計(jì)，我國(guó)每年因雷災(zāi)造成的人員傷亡上千人，直接經(jīng)濟(jì)損失超過數(shù)億元，而由此造成的間接經(jīng)濟(jì)損失和影響難以估計(jì)，閃電災(zāi)害已經(jīng)波及到各行各業(yè)和生活的方方面面。

閃電作為一種長(zhǎng)距離放電現(xiàn)象，能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射，每次閃電放電都包含各種頻率的放電子過程，在電場(chǎng)波形特征上表現(xiàn)出不同形式的脈沖，通過對(duì)這些電場(chǎng)變化脈沖的觀測(cè)研究，揭示了閃電放電的基本物理過程。同時(shí)，閃電電場(chǎng)變化波形也是闡明閃電電磁輻射對(duì)電子設(shè)備的作用機(jī)理、評(píng)價(jià)防護(hù)效能、研究閃電電磁脈沖防護(hù)措施的重要基礎(chǔ)。

因此，閃電電場(chǎng)變化信號(hào)探測(cè)一直是雷電物理和雷電防護(hù)研究的重要工具。長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)外用來測(cè)量閃電電場(chǎng)變化的設(shè)備包括兩種：閃電電場(chǎng)快變化探測(cè)儀(常常稱為快天線)和閃電電場(chǎng)慢變化探測(cè)儀(常常稱為慢天線)。兩者分別用來觀測(cè)閃電過程中的不同尺度的放電事件。通常情況下，閃電電場(chǎng)快變化探測(cè)儀用來觀測(cè)閃電過程的快放電過程，比如預(yù)擊穿過程、回?fù)暨^程、先導(dǎo)過程、K過程等，而電場(chǎng)慢變化信號(hào)探測(cè)儀主要用來觀測(cè)閃電過程中的慢放電過程，如連續(xù)電流(持續(xù)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)幾百毫秒)等。其探測(cè)原理如下：金屬感應(yīng)板在外界電場(chǎng)的作用下會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷，當(dāng)閃電發(fā)生時(shí)會(huì)引起空間電場(chǎng)變化時(shí)，空間電場(chǎng)的變化會(huì)導(dǎo)致金屬板上的感應(yīng)電荷隨之變化，因感應(yīng)電荷變化而產(chǎn)生的電流將會(huì)流過積分電路，經(jīng)積分調(diào)理之后輸出與電場(chǎng)變化成線性關(guān)系的電壓。閃電電場(chǎng)快變化探測(cè)儀和閃電電場(chǎng)慢變化探測(cè)儀的區(qū)別在于積分時(shí)間常數(shù)的不同，一般閃電電場(chǎng)快變化探測(cè)儀的時(shí)間常數(shù)為毫秒量級(jí)，閃電電場(chǎng)慢變化探測(cè)儀的時(shí)間常數(shù)為秒量級(jí)。

雖然上述探測(cè)方法和手段已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，但是在實(shí)際觀測(cè)試驗(yàn)中，特別是在近距離閃電觀測(cè)時(shí)，比如人工觸發(fā)閃電的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的電場(chǎng)變化探測(cè)裝置，尤其是閃電電場(chǎng)慢變化探測(cè)裝置，能夠測(cè)量的電場(chǎng)強(qiáng)度范圍不夠大，對(duì)于較強(qiáng)的近距離閃電經(jīng)常出現(xiàn)響應(yīng)飽和的問題。為了解決這個(gè)問題，科研人員也采取了一些相應(yīng)的措施，主要手段為調(diào)節(jié)積分電路中R(電阻)和C(電容)的量值入手，但是由于當(dāng)前的器件技術(shù)水平的局限，一些相應(yīng)措施也很難達(dá)到近距離閃電回?fù)魪?qiáng)度的要求。而且閃電電場(chǎng)快變化信號(hào)和慢變化信號(hào)分別采用不同的設(shè)備測(cè)量，集成化程度不高。

實(shí)用新型內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是：如何實(shí)現(xiàn)閃電電場(chǎng)快、慢變化的集成化測(cè)量。

(二)技術(shù)方案

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種閃電電場(chǎng)變化信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，包括：探測(cè)天線、電場(chǎng)快變化接收機(jī)、信號(hào)處理模塊，所述電場(chǎng)快變化接收機(jī)分別連接所述探測(cè)天線和所述信號(hào)處理模塊；

所述探測(cè)天線用于將感應(yīng)到的閃電產(chǎn)生的電場(chǎng)變化信號(hào)傳輸至所述電場(chǎng)快變化接收機(jī)；

所述電場(chǎng)快變化接收機(jī)用于處理所述電場(chǎng)變化信號(hào)，以得到閃電電場(chǎng)快變化信號(hào)，并將所述閃電電場(chǎng)快變化信號(hào)傳輸至所述信號(hào)處理模塊；

所述信號(hào)處理模塊用于觸發(fā)采集并處理所述閃電電場(chǎng)快變化信號(hào)以得到閃電電場(chǎng)慢變化信號(hào)。

其中，所述信號(hào)處理模塊包括：數(shù)字化儀和數(shù)字處理器，所述數(shù)字化儀分別連接所述數(shù)字處理器和所述電場(chǎng)快變化接收機(jī)，用于將接收到的所述閃電電場(chǎng)快變化信號(hào)數(shù)字化后傳輸至所述數(shù)字處理器，所述數(shù)字處理器對(duì)數(shù)字化后的閃電電場(chǎng)快變化信號(hào)進(jìn)行解卷積數(shù)字信號(hào)處理并得到所述閃電電場(chǎng)慢變化信號(hào)。

其中，還包括：GPS天線和GPS接收機(jī)，所述GPS天線連接所述GPS接收機(jī)，所述GPS接收機(jī)連接所述信號(hào)處理模塊，所述GPS天線接收GPS衛(wèi)星信號(hào)并傳輸至所述GPS接收機(jī)，所述信號(hào)處理模塊在處理所述閃電電場(chǎng)快變化信號(hào)的同時(shí)觸發(fā)所述GPS接收機(jī)輸出閃電發(fā)生時(shí)的時(shí)間信息。

其中，還包括：存儲(chǔ)模塊，連接所述數(shù)字處理器和GPS接收機(jī)，用于存儲(chǔ)包括閃電電場(chǎng)快變化信號(hào)、閃電電場(chǎng)慢變化信號(hào)和閃電發(fā)生時(shí)的時(shí)間信息。

其中，還包括面向儀器系統(tǒng)的專用處理平臺(tái)，所述數(shù)字化儀、數(shù)字處理器、GPS接收機(jī)和存儲(chǔ)模塊集成在所述面向儀器系統(tǒng)的專用處理平臺(tái)上。

其中，所述探測(cè)天線為形狀為中空的環(huán)形平板天線。

其中，所述GPS天線為蘑菇頭式天線，感應(yīng)信號(hào)的頭部位于所述環(huán)形平板天線的平板面之上，尾部位于所述環(huán)形平板天線的環(huán)形孔中。