雷電電場變化測量儀，集雷電電場快變化與慢變化測量於一體。主要由電場接收天線、信號調理電路、光發射機、全介質光纜、光接收機以及信號採集和實時處理終端組成。
基本介紹
- 中文名：雷電電場變化測量儀
- 外文名：Lightning electric field change measuring instrument
- 特徵：集雷電電場快慢變化測量於一體
- 構造：電場接收天線、信號調理電路
- 優點：測量動態範圍可調，精度高
- 學科：大氣科學
基本原理,發展歷史及現狀,構造及特徵,優點,
基本原理
雷電電場變化測量儀，集雷電電場快變化與慢變化測量於一體。主要由電場接收天線、信號調理電路、光發射機、全介質光纜、光接收機以及信號採集和實時處理終端組成。信號調理電路與光發射機進行了集成，實現了信號的採集與電光轉換，並將光信號通過全介質光纜進行傳輸。整個調理電路與光發射機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。光接收機將接收到的光信號轉變為電信號經過補償矯正與放大後輸出到記錄儀器。通過系統函式反演的方法利用測得的電場的某種變化(快變化或慢變化)信號反演出未被測量的變化(慢變化或快變化)信號。雷電電場測量儀結構簡單，體積小，採用光纖傳輸和鋰電池供電，可靠性高，適應能力強，抗電磁干擾能力強，測量動態範圍可調，精度高。
發展歷史及現狀
當今社會，隨著微電子器件集成度的不斷提高和廣泛套用，雷電災害對人們的生產、生活構成的威脅越來越嚴重，即使並未直接遭到雷擊，由雷電放電電流電磁輻射形成的雷電電磁脈衝可損毀距雷擊點2km範圍內電子、電氣設備及系統。故對雷電過程中電場的測量研究有著重要的意義。關於測量雷電電場的儀器，可追溯到1960年，Kitagawa andBrook首次提出了採用兩種不同時間常數的電場變化儀來記錄閃電電場的變化，這就是“快”、“慢”電場變化儀的起源。直至1974年Arthur A Few在美國申請了電場變化儀專利。之後的幾十年中，電場變化儀雖經多次改進，但其基本原理和結構一直沿用至今，仍然分為閃電快變化電場測量儀和閃電慢變化電場測量儀。顯然，快變化電場儀的測量結果主要反映雷電電磁脈衝的時域特性，對於雷電放電過程引起雲地間電荷重新分布所造成的地面感應電場的緩慢變化基本上不能反映；而慢變化電場儀卻能很好地反映地面感應電場的變化和雷電電磁脈衝場慢變化的趨勢，卻不能充分反映電場快變化的細節。
用快、慢兩種電場儀分別測量地面電場，也給後置信號採集記錄設備的設定帶來了麻煩，由於測量頻寬與測量幅度變化範圍的相互制約，不得不分別採用兩套採集記錄系統來完成，由此增加了系統的複雜程度。此外，電場儀採用交流供電、電纜傳輸信號，對市電的依賴降低了設備的適應能力，供電和信號傳輸線路還容易引入外界的干擾；整個電場儀體積較大，給系統標定帶來困難，移動起來也不方便。
構造及特徵
1.集雷電電場快變化測量與慢變化測量於一體；前置測量系統禁止殼體與圓板天線的連線採用自行設計的連線頭，既實現了可靠的電連線，又為天線提供了可靠的力學支撐；前置測量系統與後置測量設備之間的信號傳輸採用光隔離方式，光發射機與前置測量系統中放大、補償、非線性校正電路。
2.雷電電場測量儀，其前置測量系統與後置測量設備之間的信號傳輸方式，其特徵在於：採用由光發射機、全介質光纜和光接收機組成的光隔離系統。
3.雷電電場測量儀，通過獨特的終端信號處理算法，使電場快變化波形與慢變化波形通過一次測量可全部獲得，特徵在於：取測得的電場快變化波形或慢變化波形，採用系統傳遞函式反演方法，獲得所缺的電場慢變化波形或快變化波形。
4.雷電電場測量儀，前置測量系統及與之一體化的光發射機採用電池供電，特徵在於：選用大容量的鋰電池供電。
5.雷電電場測量儀，其接收天線為金屬圓板，特徵在於：可以方便地進行裝卸，按測量需求換上不同面積的接收天線，在特定條件下展寬系統的測量範圍。
優點
其顯著優點是：
1、對雷電電場的測量由一台雷電電場測量儀和一套信號採集處理終端完成。可同時給出雷電條件下地面電場快變化時域波形和慢變化時域波形。
2、圓板天線拆卸方便，可通過更換不同面積的天線改變天線電容值Ca來改變電場測量儀的靈敏度。
3、信號輸入級RC的選用不再受到時間約束條件的限制，不僅可按需調整系統的場強測量範圍和靈敏度，而且可在測量電場快變化波形或慢變化波形之間做出選擇，未選上的電場慢變化波形或快變化波形則採用測量結果通過系統傳遞函式反演獲得。
4、雷電電場測量儀由圓板狀天線和扁圓柱形禁止儀器盒(內含調理電路和光發射機)構成，一般置於地面，圓板天線與接地扁圓柱金屬盒上表面間形成穩定的電容值Ca，穩定可靠的結構加上科學的防水、防潮處理，可確保Ca值穩定，從而提高了系統的穩定性和可靠性。
5、雷電電場測量儀輸出信號的傳輸採用光隔離措施，從而避免了電纜傳輸過程中外界電磁環境引入的干擾。
6、雷電電場測量儀和進行電光轉換的光發射機採用大容量可充電鋰電池供電，避免了由於交流供電而引入的工頻干擾以及供電線路引入的外界電磁干擾。
7、整個雷電電場測量儀最大外尺寸不超過15cm，便於野外安裝和標定。
