專利名稱：閃電慢電場變化測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種閃電慢電場變化測量儀。
閃電是一種自然現(xiàn)象。閃電又分云閃和地閃，云閃指的是云內(nèi)放電，地閃則是云對地的放電。由于地閃的閃電電流一般在幾個KA到幾百KA范圍，它在森林、油庫、高壓輸電線路及鐵路運輸?shù)阮I(lǐng)域都有很強的破壞力。另外隨著高新技術(shù)的普及和發(fā)展，微電子元器件在航空、航天、通信以及交通等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而且人們在不斷追求這些設(shè)備的高速度、微功耗、小型化的同時，同樣使得制作這些設(shè)備的元器件或超大規(guī)模集成電路的耐過壓和耐過流的能力都變得很弱。系統(tǒng)中出現(xiàn)的過電壓干擾，不僅僅可引起系統(tǒng)的誤動作，更為嚴(yán)重的是可以使系統(tǒng)癱瘓或遭受毀滅性的損壞，以至造成重大的經(jīng)濟損失。特別是強雷暴過程的瞬間放電所產(chǎn)生的高電壓大電流對其構(gòu)成了直接或間接的極大威脅。所以，探測和研究閃電以及它的起電和放電的物理過程都有著重要的實際意義。為了提高人們對閃電的進一步認(rèn)識，只有掌握閃電的某些特征和發(fā)展規(guī)律，才能有效地防止或減少閃電對人類造成的危害。閃電的變化包括閃電快變化和慢變化，其中快變化指的是一次閃電剛開始的瞬間變化即首次回?fù)艉鸵院蟮乃欣^后回?fù)舻淖兓糠?；慢變化指的是一次閃電相對的全過程。
本實用新型的目的是為了提供一種可有效地捕捉閃電的快變化和慢變化，具有很長的時間常數(shù)和非常寬的測量帶寬和高輸入阻抗，即可測量閃電的快變化，又可以測量閃電的慢變化；給研究閃電以及防雷、消雷提供了一種具有突破性的探測手段的閃電慢電場變化測量儀。
本實用新型的目的可通過如下措施來實現(xiàn)閃電慢電場測量儀的天線通過一個導(dǎo)體傳感桿與探測頭盒內(nèi)電路的R1相連，經(jīng)過R1并與運算放大器IC1的同相端和長時間積分電路RA、CA連接，運算放大器的反相端和輸出端接成跟隨器結(jié)構(gòu)，IC1的輸出經(jīng)過R2匹配電阻與驅(qū)動電路IC2的輸入相連；IC2的輸出又經(jīng)限流電阻R3和同軸電纜插頭Z1相連；Z1經(jīng)過30米50歐姆同軸電纜接到室內(nèi)控制盒后，又和高頻三通接頭連接，三通的一端接配備器，另一端和記錄設(shè)備連接。接有±V電源和控制端的Z出接30米的三芯屏蔽線到探測頭的Z2，Z2的±V電源經(jīng)過濾波電路后給探測盒內(nèi)電路供電，控制端經(jīng)過R4與控制繼電器的BG三極管連接，三極管的C極與繼電器連接，繼電器的零端與運算放大器的同相端相連，繼電器的常閉端與RA、CA積分電路(遠程)連接，常開端與RB、CB積分電路(近程)連接。
本實用新型有如下創(chuàng)新和技術(shù)特點1、本實用新型的電路結(jié)構(gòu)具有以形成高輸入阻抗和反映閃電細節(jié)變化的長時間積分常數(shù)。
2、本實用新型對閃電的快變化和慢變化可同時測量。
3、本實用新型具有幾個Hz到3.5MHz的帶寬范圍。
4、本實用新型是一種測量自然閃電和人工觸發(fā)閃電特別是研究云對地放電的不可缺少的精密儀器。
5、本實用新型能夠反映出一次地閃過程的全部回?fù)籼卣?，所以可結(jié)合其他探測手段對各種消、防雷設(shè)備進行有效驗證。
6、本實用新型具有電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、易操作等。
本實用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下附圖給出

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖1-天線 2-探測頭 3-支桿 4-30米同軸電纜5-30米屏蔽電纜 6-底座 7-控制盒 8-K19-電壓表10-K2 11-LED 12-記錄設(shè)備圖2是本實用新型的電路原理圖本實用新型還將結(jié)合附圖實施例作進一步詳述；參照圖1、2，閃電慢電場測量儀的天線1通過一個導(dǎo)體傳感桿與探測頭盒2內(nèi)探測測量電路的電阻R1相連，經(jīng)過R1并與運算放大器IC1的同相端和長時間積分電路RA、CA連接，運算放大器的反相端和輸出端接成跟隨器結(jié)構(gòu)，IC1的輸出經(jīng)過R2匹配電阻與驅(qū)動電路IC2的輸入相連；IC2的輸出又經(jīng)限流電阻R3和同軸電纜4插頭Z1相連；Z1經(jīng)過30米50歐姆同軸電纜4接到室內(nèi)控制盒7后，又和高頻三通接頭連接，三通的一端接配備器(50Ω)，另一端和記錄設(shè)備12連接。接有±V電源和控制端的Z出接30米的三芯屏蔽線5到探測頭2的Z2，Z2的±V電源經(jīng)過濾波電路后給探測盒2內(nèi)電路供電，控制端經(jīng)過R4與控制繼電路的BG三極管連接，三極管的C極與繼電器連接，繼電器的零端與運算放大器的同相端相連，繼電器的常閉端與RA、CA積分電路(遠程)連接，常開端與RB、CB積分電路(近程)連接。
控制盒7的K1，8是一個單刀雙擲開關(guān)，開關(guān)8的中心端接電壓表頭9的正端；一端接+V電源；另一端接-V電源，以監(jiān)視室外探測盒2內(nèi)的±V電源是否正常，LED，11與-V電源相接以指示工作電壓，K2，10為一單刀雙擲開關(guān)，中心端探測范圍控制線，一端接電源+V另一端接地。
天線1接收到的閃電信號經(jīng)R1和IC1給CA快速充電，充電時間常數(shù)τ1＝R1×CA；當(dāng)CA很快充到信號的最大值后，由RA、CA組成的長時間放電回路開始對電容CA放電。一次云對地放電最少有一個多時可達十幾個回?fù)羟议W電的持續(xù)時間從最小的幾十毫秒到最大的2秒不等，而我們規(guī)定電路的放電時間常數(shù)τ2＝RA×CA＝6秒。由于RA＞＞R1，所以τ2遠大于τ1，τ1同時代表測量閃電快變化的頻響，即CA愈大R1愈小頻響愈高；反之愈低。τ2表示測量閃電的慢變化時間常數(shù)。對于最大2秒的地閃持續(xù)時間，6秒的放電時間常數(shù)完全可以反映閃電特別是地閃回?fù)暨^程的全部細節(jié)變化。繼電器的常閉端接遠程檔(10KM)；常開端接近程檔(50米)。
IC2是一塊具有幾百MA驅(qū)動電流的模塊電路；L1、L2和C1、C2組成濾波電路，以防止供電電源經(jīng)30米電纜傳輸時所串進的高頻脈沖和50Hz干擾。
權(quán)利要求1.一種閃電慢電場變化測量儀，包括閃電接收天線(1)、控制盒(7)等，其特征在于閃接收天線(1)與探測頭(2)內(nèi)的探測測量電路相連；探測測量電路的輸出信號與室內(nèi)控制盒(7)相連，控制盒(7)的電源信號及開關(guān)控制信號經(jīng)電纜與探測頭(2)內(nèi)的探測測量電路相連。
2.如權(quán)利要求1所述的閃電慢電場變化測量儀，其特征在于天線(1)接收的閃電信號經(jīng)電阻R1與運算放大器IC1的同相端及積分電路RC相連，運算放大器IC1的反相端與其輸出端接成跟隨器后再與驅(qū)動器IC2的輸入相連，并由驅(qū)動器IC2輸出信號與控制盒(7)的記錄設(shè)備(12)相連；另控制盒(7)內(nèi)的電源經(jīng)LC濾波后給探測頭(2)內(nèi)供電；控制盒(7)的控制信號經(jīng)電阻R4與三極管BG的基極相連，由三極管BG與繼電器J線圈相連，繼電器J的常閉端與遠程積分電路RA、CA相連，其常開端與近程端積分電路RB、CB-相連。
專利摘要本實用新型涉及一種閃電慢電場測量儀,含有閃電接收天線、探測頭和控制盒等;所述的天線與探測頭內(nèi)的電路接為一體;在室內(nèi)的控制盒上有電壓指示表頭、電源監(jiān)視開關(guān)K1和探測范圍控制開關(guān)K2以及交流顯示LED等;該閃電慢電場測量儀為研究閃電的物理過程以及防雷、消雷提供了一種具有突破性的探測手段。
文檔編號G01W1/00GK2488071SQ0124036
公開日2002年4月24日 申請日期2001年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月25日
發(fā)明者王懷斌, 劉欣生, 郄秀書, 張廣庶, 張義軍, 董萬軍 申請人:中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所