[發明專利]電場變化測量裝置與方法

有效

• 申請號: 201611224023.6
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106645994B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 邱實;汪濤;石立華;李炎新
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍理工大學
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12;G01R23/167
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 陳書華

本發明涉及一種電場變化測量裝置與方法，包括戶外傳感部分、傳輸線和室內部分，所述的戶外傳感部分沒有電路，不需要供電，所測模擬信號直接通過傳輸線連接到室內部分進行采集和濾波，得到最終的電場變化數字信號。本發明還公布了與上述電場變化測量裝置相配合的濾波器的設計方法，利用公布的設計步驟，濾波器可通過經典的模擬或數字濾波器方法實現。該裝置簡化了測量結構，增強了可靠性，可廣泛應用于雷電及其他場合的電場變化測量。

【技術領域】

本發明涉及瞬變電場測量技術領域，具體涉及一種適用于探測雷電電場變化的測量裝置與方法。

【背景技術】

雷電是大氣中強烈的放電現象。雷電的放電過程會產生強烈的電磁輻射，其輻射頻譜從準靜態場一直延伸到百兆赫茲以上，可對航空航天、燃油、通信、電力和電子設備和系統造成嚴重干擾或毀傷。準確、有效地探測雷電電場變化不僅有助于掌握雷電附近的電磁環境，而且也為各種雷電定位系統提供了基本依據。

大量研究表明，雷電電磁輻射譜峰值在10kHz附近，并隨著頻率的增加而衰減。通常用來測量雷電電場變化的測量儀帶寬多在幾兆赫茲到十幾兆赫茲，基本可以覆蓋主要的雷電電場頻譜范圍。長期以來，根據雷電電場變化測量儀的頻率響應范圍，通常可以分為快電場測量儀和慢電場測量儀兩種。邱實等發表在《電波科學學報》的“閃電電場測量研究”一文中分析得到了兩種測量儀的相互轉換關系；周璧華等2012年授權的國家發明專利(專利號：ZL:201010290174.8)利用該轉換關系提出了一體化光隔離雷電電場測量儀，可以一次同時得到傳統的快、慢電場測量結果。

雖然雷電電場變化的測量技術有了長足的發展，但是測量電路的基本結構仍然與張廣庶等的國家發明專利“快電場變化探測儀”(公開號：CN 1488949A)相似，即在前端戶外部分配置積分電路和阻抗匹配電路，以對信號進行預處理。這種方式有四點缺陷：1、需要對前端電路供電才能工作，增加了設備的復雜度；2、雨水和雷暴天氣下的高濕環境容易對前端積分電路的時間常數產生影響，使測量結果不可靠；3、信號最大輸出幅度受到積分電路中運放的飽和電壓的制約，降低了輸出信號的動態范圍；4、供電部分容易造成工頻或高頻電場干擾，影響對遠距離微弱電場變化信號的探測能力。

對于現有技術的上述缺點，還沒有一種完善的解決方案。

【發明內容】

為了解決現有技術中的上述問題，本發明提出了一種電場變化測量裝置與方法。

本發明采用的技術方案如下：

一種電場變化測量裝置，該裝置包括戶外傳感部分、傳輸線以及室內信號采集和處理部分；

所述戶外傳感部分用于感應外部電場信號，其具有等效電容為C_a；

所述傳輸線用于連接戶外傳感部分及室內信號采集和處理部分；

所述室內信號采集和處理部分，包括數字化儀和濾波器，通過對傳輸線接入的信號直接采集和濾波處理，獲得最終的電場變化數字信號；

其中，所述濾波器采用下述方法設計：

S1：根據傳輸線的長度l、特征阻抗Z₀、波速v_p和數字化儀的輸入阻抗Z_L確定整個測量裝置對于頻率f的幅頻響應|H(f)|，如式(1)；

其中：

S2：數值求解式(1)的極大值，得到測量裝置關心頻段內的N個諧振頻率點fc_i和諧振點相對振幅20lg|H(fc_i)/Hc|dB，其中i＝1,2,…,N，Hc為裝置在測量帶寬內的平坦幅度響應。