[實用新型]姿態可感知雷暴云三維電場探空儀

有效

• 申請號: 201721792202.X
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN207601192U
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 劉明遠;郄秀書;張鴻波;陸高鵬;蔣如斌;孫竹玲
• 申請（專利權）人: 中國科學院大氣物理研究所
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型涉及一種姿態可感知雷暴云三維電場探空儀，由三維電場探空儀、地面數據接收分析儀組成。三維電場探空儀裝有三軸姿態傳感器，對雷暴云內電場探測的過程中，同步探測探空儀的姿態。數據回傳至地面，地面數據接收分析儀接收解調，解析得到探空儀的姿態信息，根據探空儀三維姿態數據對探測資料進行矢量分解得到探空軌跡上的垂直和水平電場分量，根據高斯公式計算云內電荷密度分布，實現探空路徑上的三維矢量電場探測。三維電場探空儀、地面數據接收分析儀可以構成獨立工作的設備，還可以與地面大氣電場儀和衛星結合組成雷暴云探空系統，通過衛星定位和時間同步，獲得雷暴云內及地面不用區域的電場同步觀測結果，對數據統計回歸分析，建立數學模型，揭示雷電發生、發展過程。

技術領域

本實用新型涉及一種姿態可感知雷暴云三維電場探空儀，屬于雷電探測領域，特別涉及可對雷暴云內電場強度進行穿云探測設備。

背景技術

雷暴云內部電荷分布通常被認為是三極型電荷分布結構或偶極型電荷分布結構。雷暴云底部正電荷區的分布、電荷密度都對地閃和云閃的產生起了關鍵作用，對閃電放電類型的影響也起著主導作用。雷暴云內電荷結構、電荷密度分布、及其隨雷暴過程發展的演變研究，對揭示雷電發生、發展過程物理機制有著重要的科學意義。

雷暴云電荷結構的研究一直是大氣電學領域的一個重要方向。早在20世紀初，Wilson C.T.R.和Simpson G.C.就通過遙感的手段，建立了雷暴云內垂直分布的偶極性電荷結構模型，但這種方法只能針對一次閃電放電過程所中和雷暴云內電荷等效的中心區域探測，而無法完整地探測雷暴云電荷結構。而利用氣球、火箭等運載工具攜帶電場探空傳感器，直接測量雷暴云內電場強度的穿云電場探測彌補遙感探測的不足，能夠真實直觀地反映雷暴云內的電場與電荷分布，成為雷暴電荷結構研究有效的探測手段。

現有技術的電場探空儀就是一種穿云電場探測設備，將兩個大小一致的金屬導體球對稱安裝在一個水平旋轉軸上，作為電荷傳感器，中間通過電荷積分放大電路將兩球連接。在外部的環境電場中，兩球由于極化作用產生極性相反的等量電荷，在外部電場不變的情況下旋轉兩球使得極化電荷發生轉移，通過連接兩球的電荷積分放大電路即可測量出兩球間轉移的電荷量大小。在電場環境中，電場探空儀的旋轉使球上的極化電荷轉移的大小，與電場強度以及探空儀與電場方向的夾角有關。由于現有技術三維電場探空儀，電荷傳感器是沿水平旋轉軸設置的對稱雙球，而在電場環境中，僅利用了雙球旋轉一周得到探測數據的峰值，只能測出垂直方向旋轉平面上電場強度的大小。在探空儀上升的過程中，上升氣流使探空儀自身左右搖擺或無規律的旋轉，探空儀的姿態相對于電場方向和夾角也無規律地變化，雙球電荷傳感器使得探測的電場強度信號也隨之變化，測得的電場強度產生較大的誤差，反演得到垂直電場和水平電場強度信息誤差難以修正，無法直接獲取電場的垂直和水平分量無電場的方向信息，電場數據處理結果的時間分辨率較低，不能滿足大氣電學領域雷暴電荷結構研究的需要。

以上所述的電場探空儀，由電場探空儀和地面接收演算分析系統構成，只能得到探空路徑上單一的云內電荷密度分布，不能形成一個完整雷暴云探測體系，電場數據處理結果的時間分辨率較低，無法準確、完整地揭示暴云內電荷結構、電荷密度分布、及其隨雷暴的演變過程，制約了對雷電發生、發展過程物理機制的研究。

發明內容