CN1101550C - 弹射式空间电场探测方法与设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及弹射式电场仪探测空间电场强度技术领域。弹射式空间电场探测方法是用农用小火箭筒或榴弹炮筒把弹射式空间电场仪弹射到一定高度内任何指定位置，由该电场仪传感器测得的空间电场数值，经调制实时传送到地面数据接收处理设备，经数据解调，获得该空间位置的电场强度，从而完成对该高度空间电场强度的测量。适合于上述方法的设备具有一个农用小火箭发射筒或榴弹炮发射筒，一个弹射式电场仪和地面数据接收处理设备。它的突出优点是快速获得指定空间位置的电场强度，费用远远低于探空火箭探测空间电场的价格。与探空气球空间电场仪相比具有更大的灵活性、机动性和实时性。

Description

弹射式空间电场探测方法与设备

本发明涉及弹射式电场仪探测空间电场强度技术领域。

二个多世纪以来，人们发明了各种式样的电场仪，来测量地面大气和空间的电场强度。人们对地面大气电场的测量和研究表明，地面大气电场强度的值，受到地表层大气、地形和地面建筑物和动植物的影响，在局地防雷防雹的监测予报应用中，不允许受到地面影响而出现的伪信号。因此在离开地表的空间进行大气电场测量更加重要。目前所采用的空间电场测量仪是气球电场仪或降落伞电场仪，分别用气球或气象火箭载入空间。使用气球携带电场仪至10KM高度约需要25分钟左右的时间，并且易受风的影响而偏离欲测位置。使用气象火箭或探空火箭携带降落伞电场仪费用十分昂贵。

本发明的目的是提供一种快速、机动而廉价的弹射式空间电场探测方法和设备，可以在1分钟之内，获取一定高度之内任何指定的空间位置上的空间电场强度。

弹射式空间电场探测方法是用农用小火箭发射筒或榴弹炮发射筒等发射装置把弹射式空间电场仪弹射到一定高度内任何指定位置，由该电场仪传感器测得的空间电场数值，经调制实时传送到地面数据接收处理设备，经数据解调，获得该空间位置的电场强度，从而完成对该高度空间电场强度的测量。

适合于上述方法的设备具有一个农用小火箭发射筒或榴弹炮发射筒等发射装置，一个弹射式电场仪和地面数据接收处理设备。

弹射式空间电场探测设备，发射装置(1)部分采用农用小火箭发射筒或榴弹炮发射筒；弹射式空间电场仪具有传感器(12)，电荷放大器(13)，跟随器(14)，V/F变换器(15)，调制发射机(16)，发射机天线(17)，电场仪自毁装置(18)，电场仪电源(19)组成；地面数据处理器具有数据接收解调器(20)，F/V变换器(21)和数据处理器(22)组成。(参见图3)

图1为弹射式空间电场探测系统方框图

图2为弹射式空间电场仪表面展开示意图

图3为弹射式空间电场探测设备原理框图

图1中(1)为农用小火箭发射筒或榴弹炮发射筒，(2)为弹射式空间电场仪，(3)为地面数据接收处理器。

图2中4为传感器，8为发射天线。

图3(12)为传感器，(13)电荷放大器，(14)为跟随器，(15)为V/F变换器，(16)为解调发射机，(17)为发射机天线，(18)为电场仪自毁装置，(19)为电源)，(20)解调接收机，(21)为F/V变换器，(22)为数据处理器。其中(12)到(19)为弹射式空间电场仪部分，(20)到(22)为地面数据接收处理器部分。

结合附图详细说明本发明。

用农用小火箭发射筒或榴弹炮发射筒等弹射设备(1)把弹射式空间电场仪(2)部分弹射到一定高度内任何指定位置，由该电场仪传感器测得的空间电场数值，经调制实时传送到地面数据接收处理设备(3)部分，经数据解调，获得该空间位置的电场强度，从而完成对该高度空间电场强度的测量。(参见图1)

弹射式空间电场探测设备系统中弹射式空间电场仪部分由传感器(12)，电荷放大器(13)，跟随器(14)，V/F变换器(15)，调制发射机(16)，发射机天线(17)，电场仪自毁装置(18)，电源(19)，解调接收机(20)，F/V变换器(21)，数据处理器(22)。其中(12)到(18)为弹射式空间电场仪部分，(19)到(21)为地面数据接收处理部分。(参见图3)。

弹射式电场仪测量电场原理为感应式，弹射式电场仪传感器感应片贴在弹射式空间电场仪的外表面，数片感应片即传感器导体部分相互绝缘，构成多极探针，弹射式空间电场仪被弹射到空中后，在空间电场中自旋上升，产生感应电荷，传感器获取该感应电荷，经电荷放大器放大后，获得±300mV-±3V，频率为0-30Hz范围内的低电阻电压信号，跟随器送入V/F变换器，V/F变换器将低频信号变换为频率在400Hz范围内的等幅波。V/F变换器输出频率信号经调制发射机高频调制后，进行发射。地面数据接收处理器部分接收机接收到射频信号后，恢复出频率信号，再经F/V变换器后，恢复出原始的低频电场信号，数据处理器获得所需要的频率及幅度值。完成对该空间位置的电场强度测量。弹射式空间电场仪在空间由自毁装置毁掉，以免整机落地造成伤害。

最佳实施例：

弹射式电场仪测量电场原理为感应式，弹射式电场仪传感器感应片贴在弹射式空间电场仪的外表面，数片感应片即传感器导体部分相互绝缘，构成多极探针，弹射式电场仪被弹射到空中后，在空间电场中自旋上升，产生感应电荷，传感器获取该感应电荷，经电荷放大器，放大后，获得±300mV-±3V，频率为0-30Hz范围内的低电阻电压信号，跟随器送入V/F变换器，V/F变换器将低频信号变换为频率在400Hz范围内的等幅波。V/F变换器输出频率信号经调制发射机高频调制后，进行发射。地面数据接收处理器部分接收机接收到射频信号后，恢复出频率信号，再经F/V变换器后，恢复出原始的低频电场信号，数据处理器获得所需要的频率及幅度值。完成对该空间位置的电场强度测量。弹射式空间电场仪在空间由自毁装置毁掉，以免整机落地造成伤害。

电极的面积：弹射式空间电场仪表面是旋转抛物面，在直角坐标中，方程为：

Z＝a(X²+Y²)，其中X、Y、Z是直角坐标，a是抛物面参数。在极坐标下面积为 $S=\∫\∫\sqrt{l+{\mathrm{Zx}}^2+{\mathrm{Zy}}^2}\mathrm{dxdy}=\frac{Q}{12a^2}[(1+{4a}^2{\mathrm{zx}}^2)-{(1-{4a}^2)}^{1/2}]$ 若取Z₁＝15mm，Z₂＝150mm， $a=\frac{28}{246491}$ 贴两片，

则Q＝πS＝23.56×10^-3m²

如果不考虑边缘效应，在空间电场中，电极表面的电荷密度λ为：

λ＝2εE    (实用单位制中)

感应电荷为q＝2εE·S

感应电流为 $i=\frac{\mathrm{dq}}{\mathrm{dt}}=2\mathrm{qs}\frac{\mathrm{dE}}{\mathrm{dt}}+2\mathrm{\ϵE}\frac{\mathrm{ds}}{\mathrm{dt}}$

火箭的转速在每一转中可认为是均匀的，并且空间电场不随时间变化，则 $i=2\mathrm{\ϵE}\frac{\mathrm{ds}}{\mathrm{dt}}$ 电荷放大器输入电流幅度为：I＝2εES/T/2  其中 $T=\frac{1}{f}$ ，f是弹射式空间电场仪自转频率，按设计要求取10转/S，把各数据代入上式，

得： 电荷放大器输出电压

这个电压变化范围可以满足V/F变换电路对电压变化范围的要求。

弹射式电场仪与现有空间电场仪比较，具有快速地获取空间电场资料优点，所以实时性好，受风场影响小，且测量定位性高，可随意探测10KM高度范围内任何一点区域内的电场强度。这在需要快速决策的场合下很有用，例如卫星发射场防雷击监测予警的应用中，空间电场探测需要这一性能。第二优点是价钱低廉，这对于消耗性产品是很需要的一个优点，第三个优点是操作方便，尤其是交付部队使用时更重要，本发明的使用，与一般操作火箭筒和高射炮无大差异。

Claims (5)

1.弹射式空间电场探测方法，其特征在于用微型火箭发射筒，如农用小火箭发射筒，或榴弹炮发射筒将弹射式空间电场仪，即火箭或炮弹本身，弹射到一定高度内任何指定空间位置，由该电场仪传感器测得的空间电场数值，经调制传送到地面接收设备，经数据解调，获得该位置的空间电场强度，从而完成对该高度空间电场强度的测量。

2.按权利要求1所述的弹射式空间电场探测方法，其特征在于弹射式空间电场仪采用自旋上升。

3.适合于权力要求1所述的设备，其特征在于具有一个农用小火箭发射筒或榴弹炮发射筒等发射装置(1)，一个弹射式空间电场仪，即火箭或炮弹本身，和地面数据接收处理器(参见图1)。

4.按权利要求3所述的弹射式空间电场探测设备，其特征在于发射装置(1)采用农用小火箭发射筒或榴弹炮发射筒；弹射式空间电场仪具有传感器(12)，电荷放大器(13)，跟随器(14)，V/F变换器(15)调制发射机(16)，发射机天线(17)，电场仪自毁装置(18)，电场仪电源(19)组成；地面数据接收处理器具有数据接收解调器(20)，F/V变换器(21)和数据处理器(22)组成。

5.按权利要求3和4所述的弹射式空间电场探测设备，其特征在于弹射式空间电场仪的传感器由数片相互绝源的感应片构成多极探针。

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