[發明專利]一種實現單站雷電定向的大氣電場儀及方法

在審

• 申請號: 202011477355.1
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112540237A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 張琪;石立華;王建寶;陳海林;厲燚翀;羅小軍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 徐穎超

1.一種實現單站雷電定向的大氣電場儀，其特征在于，包括：

大氣電場傳感器的輸出端通過導線與前置信號調理電路的輸入端相連；

電光轉換模塊的輸入端通過導線與前置信號調理電路的輸出端相連，電光轉換模塊的輸出端通過全介質光纜與光電轉換模塊的輸入端相連；

光電轉換模塊的輸出端通過導線與信息采集處理終端的輸入端相連；

信息采集處理終端將大氣電場水平分量絕對強度之差和極性輸出至雷電方向輸出單元；

雷電方向輸出單元用于接收信息處理終端信息，計算雷暴方位角，實現雷電定向。

2.根據權利要求1所述的實現單站雷電定向的大氣電場儀，其特征在于，所述大氣電場傳感器，用于捕捉雷暴激勵的三維大氣電場；

所述前置信號調理電路，用于實現信號差分放大和極性檢測；

所述電光轉換模塊，用于將前置信號調理電路輸出的電信號轉換為光信號；

所述光電轉換模塊，用于將電光轉換模塊輸出的光信號轉換為電信號，驅動后續的信息處理終端；

所述全介質光纜，用于光信號的傳輸，避免外部電磁干擾；

所述信息采集處理終端，用于將光電轉換模塊輸出的電信號轉換成計算機處理的數字信號，并分析大氣電場水平分量絕對強度之差和極性；

所述雷電方向輸出單元，用于計算雷暴發生方位角，實現雷電定向。

3.根據權利要求1所述的實現單站雷電定向的大氣電場儀，其特征在于，所述實現單站雷電定向的大氣電場儀，還包括：

屏蔽殼體，所述屏蔽殼體覆蓋在前置信號調理電路、電光轉換模塊和光電轉換模塊上，所述屏蔽殼體用于消除針對所述前置信號調理電路、電光轉換模塊和光電轉換模塊的空間電磁干擾。

4.根據權利要求1所述的實現單站雷電定向的大氣電場儀，其特征在于，所述大氣電場傳感器包括感應垂直電場的差分探頭，用于感應垂直方向的電場；

一對分別為感應水平電場的差分探頭A1和感應水平電場的差分探頭A2組成的水平電場差分探頭組一，用于消除垂直方向的電場引入的共模干擾而感應水平方向的電場；

一對分別為感應水平電場的差分探頭B1和感應水平電場的差分探頭B2并與水平電場差分探頭組一正交而組成的水平電場差分探頭組二，用于消除垂直方向電場引入的共模干擾，感應與水平電場差分探頭組一正交的水平方向的電場。

5.根據權利要求4所述的實現單站雷電定向的大氣電場儀，其特征在于，所述水平電場的差分探頭A1和感應水平電場的差分探頭A2之間、感應水平電場的差分探頭B1和感應水平電場的差分探頭B2之間安裝有金屬屏蔽隔板，用于消除所述水平電場的差分探頭A1和感應水平電場的差分探頭A2之間的電磁互擾以及感應水平電場的差分探頭B1和感應水平電場的差分探頭B2的電磁互擾。

6.根據權利要求4所述的實現單站雷電定向的大氣電場儀，其特征在于，覆蓋所述大氣電場傳感器而安裝有非金屬材料的防雨罩，用于避免大氣電場傳感器滲入雨水且對大氣電場無屏蔽作用。

7.根據權利要求4所述的實現單站雷電定向的大氣電場儀，其特征在于，所述前置信號調理電路，包括：

順序連接的I-V轉換電路、差分放大電路、相敏檢波電路和電壓調整電路；

I-V轉換電路，用于將所述大氣電場傳感器感應的交流電流信號轉換為交流電壓信號；

差分放大電路，用于消除所述交流電壓信號中的共模噪聲而得到被測電場信號；

相敏檢波電路，用于辨別被測電場信號的極性；

電壓調整電路，用于調整經相敏檢波電路后輸出的電壓信號，最終輸出與被測電場具有比例關系的電壓信號。