[實(shí)用新型]一種閃電瞬態(tài)三維磁場傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420605660.8
• 申請日: 2014-10-21
• 公開（公告）號: CN204256146U
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李祥超;周中山;陳璞陽;陳則煌
• 申請（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種閃電瞬態(tài)三維磁場傳感器，屬于雷電科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

雷電放電過程產(chǎn)生頻譜范圍很寬的電磁波，從而為雷電探測提供了重要途徑。雷電產(chǎn)生的電磁輻射在無線電頻段有很強(qiáng)的輻射，在VLF/LF頻段的輻射主要由具有較大空間尺度的放電過程產(chǎn)生，在微波頻段也有可探測到的輻射，雷電過程伴隨更高頻段的X射線和γ射線等高能輻射。

傳統(tǒng)的雷電探測傳感器主要有場磨式大氣平均電場儀、快天線電場變化儀和慢天線電場變化儀、磁場測量儀等。雷電磁場探測儀通常使環(huán)形磁天線進(jìn)行磁場強(qiáng)度的測量，目前仍廣泛使用于觀測地閃閃電以及地閃的定位系統(tǒng)。但是，傳統(tǒng)的雷電磁場探測儀不能測量來自空間不同位置的雷電磁場分量，對研究雷電科學(xué)產(chǎn)生影響。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的，在于提供一種閃電瞬態(tài)三維磁場傳感器，能測量來自空間不同位置的雷電磁場分量。

為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是：

一種閃電瞬態(tài)三維磁場傳感器，包括三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的探測傳感單元，每個(gè)探測傳感單元均包括依次串聯(lián)的小環(huán)天線、天線匹配網(wǎng)絡(luò)和有源積分電路，所述三個(gè)小環(huán)天線分布于兩兩垂直的三個(gè)平面；三個(gè)小環(huán)天線接收三個(gè)方向的磁場分量，并傳輸至對應(yīng)的天線匹配網(wǎng)絡(luò)，所述天線匹配網(wǎng)絡(luò)將收到的信號進(jìn)行阻抗轉(zhuǎn)換后傳輸至對應(yīng)的有源積分電路，所述有源積分電路輸出與所述小環(huán)天線對應(yīng)的三個(gè)方向的電信號。

進(jìn)一步，所述每個(gè)天線匹配網(wǎng)絡(luò)包括第一傳輸線變壓器和第二傳輸線變壓器，與之對應(yīng)的小環(huán)天線的兩個(gè)輸出端分別接至第一傳輸線變壓器的第一和第二輸入端，第一傳輸線變壓器的第一和第二輸出端分別與第二傳輸線變壓器的第一和第二輸入端連接，第二傳輸變壓器的第一和第二輸出端與有源積分電路模塊連接，第一傳輸線變壓器的第二輸出端還與第二傳輸線變壓器的第一輸出端短接，第一和第二傳輸線變壓器的第二輸出端分別接地。

進(jìn)一步，所述每個(gè)有源積分電路包括第一運(yùn)算放大器、第一至三電阻和第一電容，與之對應(yīng)的第二傳輸線變壓器的第一和第二輸出端分別連接第一和第三電阻的一端，第一電阻的另一端、第二電阻的一端、第一電容的一端與第一運(yùn)算放大器的反相輸入端共同連接，第?三電阻的另一端與第一運(yùn)算放大器的正相輸入端連接，并共同接地，第一電容的另一端、第二電阻的另一端與第一運(yùn)算放大器的輸出端連接。

進(jìn)一步，第一運(yùn)算放大器采用op27集成運(yùn)算放大器。

進(jìn)一步，所述小環(huán)天線由銅導(dǎo)線制成，銅導(dǎo)線的直徑為0.5cm。

進(jìn)一步，所述小環(huán)天線的半徑為10cm，小環(huán)天線的饋電端平行雙線的間隔為1cm，小環(huán)天線的阻抗為300Ω。

采用上述方案后，本實(shí)用新型三維小環(huán)天線陣模塊接收閃電三維空間的磁場分量，經(jīng)天線匹配網(wǎng)絡(luò)模塊實(shí)現(xiàn)天線的阻抗交換，再由有源積分電路處理信號，根據(jù)磁場分量計(jì)算合成出雷電電流的波形及幅值。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)比較的優(yōu)點(diǎn)有：1、閃電瞬態(tài)三維磁場傳感器具有電路結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、測量精度高、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。2、該傳感器能夠檢測三維空間的場分量信號，根據(jù)場信號的幅值大小及信號的極性能夠識(shí)別雷電波的方向。3、該傳感器采用傳輸線變壓器匹配網(wǎng)絡(luò)及有源積分電路，具有較寬的頻響特性且輸出電壓的波形與雷電流波形具有較好的一致性。4、該傳感器應(yīng)用范圍廣，同時(shí)適用于核爆等瞬態(tài)三維磁場的測量。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型閃電瞬態(tài)三維磁場傳感器的原理框圖。

圖2是本實(shí)用新型閃電瞬態(tài)三維磁場傳感器的局部電路圖。

圖3是本實(shí)用新型三維小環(huán)天線陣模塊的局部電路圖。

圖4是本實(shí)用新型天線匹配網(wǎng)絡(luò)模塊的局部電路圖。

圖5是本實(shí)用新型有源積分電路模塊的局部電路圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示為本實(shí)用新型的一種閃電瞬態(tài)三維磁場傳感器，包括依次串聯(lián)的三維小環(huán)天線陣模塊，天線匹配網(wǎng)絡(luò)模塊和有源積分電路模塊，有源積分電路模塊通過x、y、z三個(gè)通道輸出。

如圖2所示，所述閃電瞬態(tài)三維磁場傳感器包括三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的探測傳感單元，每個(gè)探測傳感單元均包括依次串聯(lián)的小環(huán)天線1、天線匹配網(wǎng)絡(luò)2和有源積分電路3。