[發(fā)明專利]一種雷電電磁脈沖的接收與傳輸裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410158784.0
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN103969512A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李祥超;葉挺;徐樂;周中山
• 申請（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雷電電磁脈沖的接收與傳輸裝置，屬于雷電科學與技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

雷電是自然界的一種強烈的放電現(xiàn)象，雷電放電時產(chǎn)生的電磁脈沖輻射對電子、電氣設(shè)備造成的損壞越來越嚴重。世界各國對雷電研究越來越受高度重視。對于雷電參數(shù)的監(jiān)測，早期1916年Wilson設(shè)計了在雷電條件下測量電場的電場變化儀。1960年，Kitagawa和Brook提出了采用兩種不同時間常數(shù)的電場變化儀來記錄閃電電場的變化。近幾年又設(shè)計出閃電定位系統(tǒng)對雷電的活動進行監(jiān)測。從地面和衛(wèi)星觀測資料了解，全球的閃電次數(shù)約每秒30至100次，在任何時間全球約有2000多個雷暴，在一天的時間中，全球閃電可達到900萬次。閃電分為兩類，一類是云內(nèi)電荷與地面之間的放電，稱為地閃。另一類是閃電通道不到達地面的放電，稱為云閃，云閃占閃電總數(shù)的絕大部分。

云閃包括：單體云內(nèi)的閃電稱云內(nèi)閃電，云內(nèi)閃電是最常見的一種；云與云之間的閃電稱為云際閃電，云際閃電也是常見的一種閃電，但云內(nèi)閃電少。云和周圍空氣之間的放電稱為云空閃電。因此，對于閃電信號的接收包括云地閃和云閃，閃電發(fā)生時產(chǎn)生強大的電磁脈沖，頻譜分布較寬，頻譜范圍從幾Hz至幾百MHz，雷電電磁脈沖的接收是利用雷電電磁脈沖中的電場分量和磁場分量進行接收處理。根據(jù)天線原理，采用圓形平板天線，按電場快變化設(shè)計，接收閃電時電場變化的信號。接收磁場的天線采用兩個相互正交的環(huán)形天線，接收閃電時產(chǎn)生磁場的信號，這樣不管是云閃還是地閃，當閃電發(fā)生時都可以將閃電形成的電磁脈沖信號進行接收。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種雷電電磁脈沖的接收與傳輸裝置，用于接收雷電閃擊時的電磁信號，并統(tǒng)計、分析閃電的情況；同時，通過對電場接收信號的反演能夠計算出雷電流的波形參數(shù)，即波頭時間及半峰值時間。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種雷電電磁脈沖的接收與傳輸裝置，包括電場接收與傳輸模塊、磁場接收與傳輸模塊、采集處理器，其中：

所述電場接收與傳輸模塊用于接收雷電發(fā)生時產(chǎn)生的變化電場信號，并對電場信號進行處理后傳輸至采集處理器；

所述磁場接收與傳輸模塊用于接收雷電發(fā)生時產(chǎn)生的變化磁場信號，并對磁場信號進行處理后傳輸至采集處理器；

所述采集處理器用于對接收到的電場接收與傳輸模塊、磁場接收與傳輸模塊傳輸?shù)男盘栠M行采集存儲。

所述電場接收與傳輸模塊包括電場接收天線、放大電路、電/光轉(zhuǎn)換驅(qū)動電路、激光發(fā)射二極管、激光接收二極管、接收電路信號放大器Ⅰ；當雷電發(fā)生時，電場接收天線接收變化的電場信號，電場信號經(jīng)過放大電路進行放大，放大后的電場信號經(jīng)過電/光轉(zhuǎn)換驅(qū)動電路轉(zhuǎn)換為光信號，激光發(fā)射二極管將光信號通過光纖傳輸至激光接收二極管，激光接收二極管將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)過接收電路信號放大器Ⅰ進行放大，放大后的電信號傳輸至采集處理器進行處理。

所述磁場接收與傳輸模塊包括磁場接收天線、接收電路信號放大器Ⅱ；當雷電發(fā)生時，磁場接收天線將接收到的變化的磁場信號轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)過接收電路信號放大器II進行放大，放大后的電信號傳輸至采集處理器進行處理。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述采集處理器為數(shù)字存儲示波器。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述磁場接收天線為兩個正交的環(huán)形天線，且兩個環(huán)形天線之間通過75Ω同軸電纜和微分積分電路相連。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述電場接收天線為平板天線，其材質(zhì)為半徑為30cm、厚度為2mm的鋁板，且平板天線中兩平行板的距離為50cm。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述放大電路的放大增益為50dB。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1）本發(fā)明中光信號的傳輸采用光纖傳輸，可以進行遠距離的傳輸，信號衰減小，信號傳輸過程中不受外界電磁環(huán)境的干擾；同時，信號之間電氣隔離，保證操作人員的安全；

2）本發(fā)明設(shè)計激光發(fā)射二極管工作在線性工作區(qū)，使信號轉(zhuǎn)換線性度好，信號的失真較小，能夠準確地恢復(fù)雷電流的波形；

3）本發(fā)明的電路設(shè)計中，可通過改變電路的增益，改變接收閃電范圍；天線設(shè)計中，結(jié)構(gòu)簡單、頻帶范圍寬，可接收幾十Hz至幾百MHz的雷電電磁脈沖信號；