專(zhuān)利名稱(chēng)：一體化光隔離雷電電場(chǎng)測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電場(chǎng)變化測(cè)量裝置，特別是用于雷電情況下電場(chǎng)全部信息(含感 應(yīng)場(chǎng)和雷電電磁脈沖場(chǎng))的測(cè)量。
背景技術(shù)：
當(dāng)今社會(huì)，隨著微電子器件集成度的不斷提高和廣泛應(yīng)用，雷電災(zāi)害對(duì)人們的生 產(chǎn)、生活構(gòu)成的威脅越來(lái)越嚴(yán)重，即使并未直接遭到雷擊，由雷電放電電流電磁輻射形成的 雷電電磁脈沖可損毀距雷擊點(diǎn)2km范圍內(nèi)電子、電氣設(shè)備及系統(tǒng)。故對(duì)雷電過(guò)程中電場(chǎng)的 測(cè)量研究有著重要的意義。關(guān)于測(cè)量雷電電場(chǎng)的儀器，可追溯到I960年，Kitagawa and Brook首次提出了采用兩種不同時(shí)間常數(shù)的電場(chǎng)變化儀來(lái)記錄閃電電場(chǎng)的變化，這就是 “快”、“慢”電場(chǎng)變化儀的起源。直至1974年Arthur A Few在美國(guó)申請(qǐng)了電場(chǎng)變化儀專(zhuān)利。 之后的幾十年中，電場(chǎng)變化儀雖經(jīng)多次改進(jìn)，但其基本原理和結(jié)構(gòu)一直沿用至今，仍然分為 閃電快變化電場(chǎng)測(cè)量?jī)x和閃電慢變化電場(chǎng)測(cè)量?jī)x。顯然，快變化電場(chǎng)儀的測(cè)量結(jié)果主要反 映雷電電磁脈沖的時(shí)域特性，對(duì)于雷電放電過(guò)程引起云地間電荷重新分布所造成的地面感 應(yīng)電場(chǎng)的緩慢變化基本上不能反映；而慢變化電場(chǎng)儀卻能很好地反映地面感應(yīng)電場(chǎng)的變化 和雷電電磁脈沖場(chǎng)慢變化的趨勢(shì)，卻不能充分反映電場(chǎng)快變化的細(xì)節(jié)。用快、慢兩種電場(chǎng)儀分別測(cè)量地面電場(chǎng)，也給后置信號(hào)采集記錄設(shè)備的設(shè)置帶來(lái) 了麻煩，由于測(cè)量帶寬與測(cè)量幅度變化范圍的相互制約，不得不分別采用兩套采集記錄系 統(tǒng)來(lái)完成，由此增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。此外，電場(chǎng)儀采用交流供電、電纜傳輸信號(hào)，對(duì)市電 的依賴(lài)降低了設(shè)備的適應(yīng)能力，供電和信號(hào)傳輸線路還容易引入外界的干擾；整個(gè)電場(chǎng)儀 體積較大，給系統(tǒng)標(biāo)定帶來(lái)困難，移動(dòng)起來(lái)也不方便。本項(xiàng)發(fā)明正是針對(duì)快、慢兩種電場(chǎng)儀的上述缺陷提出的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明集雷電電場(chǎng)快、慢變化測(cè)量于一體，一臺(tái)雷電電場(chǎng)測(cè)量?jī)x可完成雷電情況 下測(cè)量點(diǎn)處電場(chǎng)全部信息(含感應(yīng)場(chǎng)和雷電電磁脈沖場(chǎng))的測(cè)量。本發(fā)明是一種設(shè)計(jì)新穎的一體化光隔離雷電電場(chǎng)測(cè)量?jī)x，主要由電場(chǎng)接收天線、 信號(hào)調(diào)理電路、光發(fā)射機(jī)、全介質(zhì)光纜、光接收機(jī)以及信號(hào)采集和實(shí)時(shí)處理終端組成(見(jiàn)附

圖1)。天線部分采用金屬圓板(面積為S)，信號(hào)調(diào)理電路與光發(fā)射機(jī)，通過(guò)一體化設(shè)計(jì) 置于結(jié)構(gòu)緊湊、屏蔽完善的機(jī)殼內(nèi)。屏蔽殼體上通過(guò)易拆卸的連接結(jié)構(gòu)支撐天線圓板。連接 結(jié)構(gòu)保證天線與殼體間絕緣，并通過(guò)芯線將信號(hào)引入內(nèi)部調(diào)理電路。金屬圓板與屏蔽殼體 間構(gòu)成天線電容Ca。屏蔽殼體內(nèi)由電阻R和電容C構(gòu)成放電回路，放電時(shí)間常數(shù)τ =RC, 且 C >> Ca。對(duì)于傳統(tǒng)的快、慢天線，通常通過(guò)調(diào)整R、C的數(shù)值使時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于所關(guān)心的閃 電事件的持續(xù)時(shí)間(T)，從而能夠在不同時(shí)間尺度上較為真實(shí)地反映放電過(guò)程的電場(chǎng)變化，即
權(quán)利要求
一體化光隔離雷電電場(chǎng)測(cè)量?jī)x，其特征集雷電電場(chǎng)快變化測(cè)量與慢變化測(cè)量于一體；前置測(cè)量系統(tǒng)屏蔽殼體與圓板天線的連接采用自行設(shè)計(jì)的連接頭，既實(shí)現(xiàn)了可靠的電連接，又為天線提供了可靠的力學(xué)支撐；前置測(cè)量系統(tǒng)與后置測(cè)量設(shè)備之間的信號(hào)傳輸采用光隔離方式，光發(fā)射機(jī)與前置測(cè)量系統(tǒng)中放大、補(bǔ)償、非線性校正電路采用圖1所示的一體化設(shè)計(jì)。
2.如權(quán)利要求1所述的雷電電場(chǎng)測(cè)量?jī)x，其前置測(cè)量系統(tǒng)與后置測(cè)量設(shè)備之間的信號(hào) 傳輸方式，其特征在于采用由光發(fā)射機(jī)、全介質(zhì)光纜和光接收機(jī)組成的光隔離系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的雷電電場(chǎng)測(cè)量?jī)x，通過(guò)獨(dú)特的終端信號(hào)處理算法，使電場(chǎng)快變 化波形與慢變化波形通過(guò)一次測(cè)量可全部獲得，特征在于取測(cè)得的電場(chǎng)快變化波形或慢 變化波形，采用系統(tǒng)傳遞函數(shù)反演方法，獲得所缺的電場(chǎng)慢變化波形或快變化波形。
4.如權(quán)利要求1所述的雷電電場(chǎng)測(cè)量?jī)x，前置測(cè)量系統(tǒng)及與之一體化的光發(fā)射機(jī)采用 電池供電，特征在于選用大容量的鋰電池供電。
5.如權(quán)利要求1所述的雷電電場(chǎng)測(cè)量?jī)x，其接收天線為金屬圓板，特征在于可以方便 地進(jìn)行裝卸，按測(cè)量需求換上不同面積的接收天線，在特定條件下展寬系統(tǒng)的測(cè)量范圍。
全文摘要
一種一體化光隔離雷電電場(chǎng)測(cè)量?jī)x，集雷電電場(chǎng)快變化與慢變化測(cè)量于一體。主要由電場(chǎng)接收天線、信號(hào)調(diào)理電路、光發(fā)射機(jī)、全介質(zhì)光纜、光接收機(jī)以及信號(hào)采集和實(shí)時(shí)處理終端組成。信號(hào)調(diào)理電路與光發(fā)射機(jī)進(jìn)行了集成，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的采集與電光轉(zhuǎn)換，并將光信號(hào)通過(guò)全介質(zhì)光纜進(jìn)行傳輸。整個(gè)調(diào)理電路與光發(fā)射機(jī)都密閉在扁平狀的金屬圓柱盒子中，具有良好的抗電磁干擾特性。光接收機(jī)將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)經(jīng)過(guò)補(bǔ)償矯正與放大后輸出到記錄儀器。通過(guò)系統(tǒng)函數(shù)反演的方法利用測(cè)得的電場(chǎng)的某種變化(快變化或慢變化)信號(hào)反演出未被測(cè)量的變化(慢變化或快變化)信號(hào)。本發(fā)明一體化光隔離雷電電場(chǎng)測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，采用光纖傳輸和鋰電池供電，可靠性高，適應(yīng)能力強(qiáng)，抗電磁干擾能力強(qiáng)，測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍可調(diào)，精度高。
文檔編號(hào)G01R15/22GK101963634SQ20101029017
公開(kāi)日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月25日
發(fā)明者周璧華, 李炎新, 楊波, 邱實(shí), 郭建明 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)