[發明專利]一種閃電通道的溫度測試裝置

在審

• 申請號: 201410670100.5
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN104374480A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 李祥超;陳璞陽;周中山;陳則煌
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01J5/10
• 分類號: G01J5/10;G01K11/30
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

技術領域

本發明屬于雷電科學與技術領域，特別涉及了一種閃電通道的溫度測試裝置。

背景技術

雷擊閃電過程具有非常大的瞬時峰值能量，在微秒量級的瞬間可以釋放出55kW·H的能量。由于閃電放電過程將產生瞬態強電流，使得峰值溫度高達數萬攝氏度的閃電通道中聚集著大量等離子體，其特征與閃電通道形成和發展的具體物理過程有著密切聯系。由于自然界的閃電過程發生的時間和空間尺度上存在有隨機性，且閃電過程在微秒量級上具有高速瞬間變化特征，上述幾個因素使得針對閃電通道的探測手段難以實現。然而光譜觀測卻可以在一定的距離內獲取閃電通道內部結構的物理特征及相關信息，通過對光譜相對強度的分析計算，可以直接獲得閃電通道的溫度，根據閃電通道溫度，可以推算出閃電通道的電子密度，電導率、壓強、相對質量密度，電離百分率以及同種粒子濃度等與通道放電特征有關的參量，對閃電過程、物理機制的研究有重要的意義。

目前，無狹縫攝譜儀已普遍應用于對單次回擊光譜的觀測，光譜所反映的閃電通道特征及閃電物理過程的研究也越來越成熟。利用無狹縫攝譜儀獲得云對地閃電回擊過程400-700mm波長范圍的光譜，同時利用光學多通道分析儀OMA，在譜線辨認和光譜特征分析的基礎上，在局部熱力學平衡(LTE)條件近似下，根據光譜線相對強度，可以計算出閃電通道等離子體的溫度，同時根據saha方程可以獲得通道等離子體的電子密度。

發明內容

為了解決上述背景技術提出的技術問題，本發明旨在提供一種閃電通道的溫度測試裝置，以saha方程為基礎，在局部熱力學平衡條件近似下，根據閃電通道發出的紅外波段和可見光波段的光譜線相對強度，反演計算出閃電通道的溫度。

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案為：

一種閃電通道的溫度測試裝置，包含紅外光濾光片、可見光濾光片、第一凸透鏡、第二凸透鏡、第一光電管、第二光電管、第一放大電路、第二放大電路、差分放大電路、真有效值檢波電路、數據運算模塊和顯示模塊，所述第一光電管的輸出端經第一放大電路連接差分放大電路的輸入端，第二光電管的輸出端經第二放大電路連接差分放大電路的輸入端，差分放大電路的輸出端依次連接真有效值檢波電路、數據運算模塊和顯示模塊；閃電通道發出的輻射分別經紅外光濾光片和可見光濾光片濾除紅外波段和可見波段，再分別經第一凸透鏡和第二凸透鏡聚焦后分別照射在第一光電管和第二光電管上，第一光電管和第二光電管將兩束光信號轉換為電信號，兩個電信號分別經第一放大電路和第二放大電路放大后依次經差分放大電路和真有效值檢波電路處理后送入數據運算模塊，數據運算模塊根據輸入的信號計算出閃電通道的溫度值并送給顯示模塊。

其中，上述紅外光濾光片和第一凸透鏡安裝在長度為15cm、壁厚為2mm的光學鏡筒內，所述可見光濾光片和第二凸透鏡安裝在另一個完全相同的光學鏡筒內。

其中，上述第一、第二凸透鏡的固定焦距為5cm，直徑為5.6cm，厚度為2mm。

其中，上述第一、第二光電管采用光電倍增管。

其中，上述第一放大電路與第二放大電路的結構相同，所述第一放大電路包括第一集成運放、第二集成運放、第一～第三電容以及第一～第五電阻，所述第一集成運放的負輸入端經第一電容接地，第一集成運放的正輸入端經第二電阻接地，第一集成運放的輸出端經第三電阻連接第二集成運放的負輸入端，第一集成運放的負輸入端經第一電阻與第一放大電路的輸出端相連，第二集成運放的輸出端經第四電阻與第一放大電路的輸出端相連，第一集成運放的正輸入端經第二電容連接第一集成運放的輸出端，第二集成運放的負輸入端經第三電容連接第二集成運放的輸出端，第五電阻的兩端分別連接第二集成運放的負輸入端和第一放大電路的輸出端，第二集成運放的負輸入端連接第一光電管的陰極，第二集成運放的正輸入端連接第一光電管的陽極。

其中，上述第一、第二集成運放的型號為LF353。

其中，上述差分放大電路包括第三～第五集成運放以及第六～第九電阻，所述第三集成運放的正輸入端連接第一放大電路的輸出端，它的負輸入端連接它的輸出端，第四集成運放的正輸入端連接第二放大電路的輸出端，第三集成運放的輸出端經第六電阻連接第五集成運放的負輸入端，第四集成運放的輸出端經第七電阻連接第五集成運放的正輸入端，第五集成運放的負輸入端經第八電阻連接第五集成運放的輸出端，第五集成運放的正輸入端經第九電阻接地，第五集成運放的輸出端連接真有效值檢波電路。

其中，上述第三～第五集成運放的型號為LMS358。

其中，上述真有效值檢波電路為AD536芯片。