CN2488071Y - 闪电慢电场变化测量仪 - Google Patents

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王怀斌
刘欣生
郄秀书
张广庶
张义军
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Abstract

本实用新型涉及一种闪电慢电场测量仪,含有闪电接收天线、探测头和控制盒等;所述的天线与探测头内的电路接为一体;在室内的控制盒上有电压指示表头、电源监视开关K1和探测范围控制开关K2以及交流显示LED等;该闪电慢电场测量仪为研究闪电的物理过程以及防雷、消雷提供了一种具有突破性的探测手段。

Description

闪电慢电场变化测量仪
本实用新型涉及一种闪电慢电场变化测量仪。
闪电是一种自然现象。闪电又分云闪和地闪，云闪指的是云内放电，地闪则是云对地的放电。由于地闪的闪电电流一般在几个KA到几百KA范围，它在森林、油库、高压输电线路及铁路运输等领域都有很强的破坏力。另外随着高新技术的普及和发展，微电子元器件在航空、航天、通信以及交通等领域得到了广泛的应用，而且人们在不断追求这些设备的高速度、微功耗、小型化的同时，同样使得制作这些设备的元器件或超大规模集成电路的耐过压和耐过流的能力都变得很弱。系统中出现的过电压干扰，不仅仅可引起系统的误动作，更为严重的是可以使系统瘫痪或遭受毁灭性的损坏，以至造成重大的经济损失。特别是强雷暴过程的瞬间放电所产生的高电压大电流对其构成了直接或间接的极大威胁。所以，探测和研究闪电以及它的起电和放电的物理过程都有着重要的实际意义。为了提高人们对闪电的进一步认识，只有掌握闪电的某些特征和发展规律，才能有效地防止或减少闪电对人类造成的危害。闪电的变化包括闪电快变化和慢变化，其中快变化指的是一次闪电刚开始的瞬间变化即首次回击和以后的所有继后回击的变化部分；慢变化指的是一次闪电相对的全过程。
本实用新型的目的是为了提供一种可有效地捕捉闪电的快变化和慢变化，具有很长的时间常数和非常宽的测量带宽和高输入阻抗，即可测量闪电的快变化，又可以测量闪电的慢变化；给研究闪电以及防雷、消雷提供了一种具有突破性的探测手段的闪电慢电场变化测量仪。
本实用新型的目的可通过如下措施来实现：
闪电慢电场测量仪的天线通过一个导体传感杆与探测头盒内电路的R1相连，经过R1并与运算放大器IC1的同相端和长时间积分电路RA、CA连接，运算放大器的反相端和输出端接成跟随器结构，IC1的输出经过R2匹配电阻与驱动电路IC2的输入相连；IC2的输出又经限流电阻R3和同轴电缆插头Z1相连；Z1经过30米50欧姆同轴电缆接到室内控制盒后，又和高频三通接头连接，三通的一端接配备器，另一端和记录设备连接。接有±V电源和控制端的Z出接30米的三芯屏蔽线到探测头的Z2，Z2的±V电源经过滤波电路后给探测盒内电路供电，控制端经过R4与控制继电器的BG三极管连接，三极管的C极与继电器连接，继电器的零端与运算放大器的同相端相连，继电器的常闭端与RA、CA积分电路(远程)连接，常开端与RB、CB积分电路(近程)连接。
本实用新型有如下创新和技术特点：
1、本实用新型的电路结构具有以形成高输入阻抗和反映闪电细节变化的长时间积分常数。
2、本实用新型对闪电的快变化和慢变化可同时测量。
3、本实用新型具有几个Hz到3.5MHz的带宽范围。
4、本实用新型是一种测量自然闪电和人工触发闪电特别是研究云对地放电的不可缺少的精密仪器。
5、本实用新型能够反映出一次地闪过程的全部回击特征，所以可结合其他探测手段对各种消、防雷设备进行有效验证。
6、本实用新型具有电路结构简单、成本低廉、易操作等。
本实用新型的具体结构由以下附图给出：
图1是本实用新型的结构示意图
1-天线 2-探测头 3-支杆 4-30米同轴电缆
5-30米屏蔽电缆 6-底座 7-控制盒 8-K1
9-电压表10-K2 11-LED 12-记录设备
图2是本实用新型的电路原理图
本实用新型还将结合附图实施例作进一步详述；
参照图1、2，闪电慢电场测量仪的天线1通过一个导体传感杆与探测头盒2内探测测量电路的电阻R1相连，经过R1并与运算放大器IC1的同相端和长时间积分电路RA、CA连接，运算放大器的反相端和输出端接成跟随器结构，IC1的输出经过R2匹配电阻与驱动电路IC2的输入相连；IC2的输出又经限流电阻R3和同轴电缆4插头Z1相连；Z1经过30米50欧姆同轴电缆4接到室内控制盒7后，又和高频三通接头连接，三通的一端接配备器(50Ω)，另一端和记录设备12连接。接有±V电源和控制端的Z出接30米的三芯屏蔽线5到探测头2的Z2，Z2的±V电源经过滤波电路后给探测盒2内电路供电，控制端经过R4与控制继电路的BG三极管连接，三极管的C极与继电器连接，继电器的零端与运算放大器的同相端相连，继电器的常闭端与RA、CA积分电路(远程)连接，常开端与RB、CB积分电路(近程)连接。
控制盒7的K1，8是一个单刀双掷开关，开关8的中心端接电压表头9的正端；一端接+V电源；另一端接-V电源，以监视室外探测盒2内的±V电源是否正常，LED，11与-V电源相接以指示工作电压，K2，10为一单刀双掷开关，中心端探测范围控制线，一端接电源+V：另一端接地。
天线1接收到的闪电信号经R1和IC1给CA快速充电，充电时间常数τ1＝R1×CA；当CA很快充到信号的最大值后，由RA、CA组成的长时间放电回路开始对电容CA放电。一次云对地放电最少有一个多时可达十几个回击且闪电的持续时间从最小的几十毫秒到最大的2秒不等，而我们规定电路的放电时间常数τ2＝RA×CA＝6秒。由于RA＞＞R1，所以τ2远大于τ1，τ1同时代表测量闪电快变化的频响，即CA愈大R1愈小频响愈高；反之愈低。τ2表示测量闪电的慢变化时间常数。对于最大2秒的地闪持续时间，6秒的放电时间常数完全可以反映闪电特别是地闪回击过程的全部细节变化。继电器的常闭端接远程档(10KM)；常开端接近程档(50米)。
IC2是一块具有几百MA驱动电流的模块电路；L1、L2和C1、C2组成滤波电路，以防止供电电源经30米电缆传输时所串进的高频脉冲和50Hz干扰。

Claims (2)

1、一种闪电慢电场变化测量仪，包括闪电接收天线(1)、控制盒(7)等，其特征在于闪接收天线(1)与探测头(2)内的探测测量电路相连；探测测量电路的输出信号与室内控制盒(7)相连，控制盒(7)的电源信号及开关控制信号经电缆与探测头(2)内的探测测量电路相连。
2、如权利要求1所述的闪电慢电场变化测量仪，其特征在于天线(1)接收的闪电信号经电阻R1与运算放大器IC1的同相端及积分电路RC相连，运算放大器IC1的反相端与其输出端接成跟随器后再与驱动器IC2的输入相连，并由驱动器IC2输出信号与控制盒(7)的记录设备(12)相连；另控制盒(7)内的电源经LC滤波后给探测头(2)内供电；控制盒(7)的控制信号经电阻R4与三极管BG的基极相连，由三极管BG与继电器J线圈相连，继电器J的常闭端与远程积分电路RA、CA相连，其常开端与近程端积分电路RB、CB-相连。
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