[发明专利]一种长空气间隙放电高精度同步观测方法及系统

权利要求书

1.一种长空气间隙放电高精度同步观测方法，使用光学观测系统与电学测量系统，光学观测系统包括静态光学拍摄装置、高速摄像装置，电学测量系统包括电流测量装置、电场测量装置和电压测量装置，其特征在于，采用高速数据存储装置(7)采集所有电学信号，利用高速触发器(2)同步触发高速摄像装置(1)和静态光学拍摄装置(3)，通过同轴电缆输出高速摄像装置(1)的曝光时钟信号和拍摄起始记录信号；曝光时钟的英文译为Exposure Time Clock，缩写ETC，拍摄起始记录信号又称为Record信号，其中，ETC信号用于表征拍摄各张照片的曝光时间，ETC信号为周期性信号，其周期为拍摄速度的倒数；在ETC信号为高电平时，高速摄摄像装置(1)的电子快门打开，照片持续曝光直至ETC信号变为低电平，Record信号的上升沿对应高速摄像装置(1)开始记录第一帧照片的时刻，第一帧照片的曝光时间即为Record信号上升沿时刻至其后ETC信号的第一个下降沿，其后照片的曝光时间均参考第一帧照片曝光结束时刻，以ΔT的整数倍类推，并由此得到各帧照片与Record信号的相对时间关系；高速数据存储装置(7)采用多通道高速数据存储装置，用于高速同步触发、采集和存储信号，利用Record信号触发多通道高速数据存储装置，得到电压信号、电流信号以及电场信号与Record信号的相对时间关系，通过修正同轴电缆中信号的传输延迟后，最终得出各帧照片曝光时间与电学信号之间的时间关系，实现光学观测系统与电学测量系统的高精度同步。

2.根据权利要求1所述的一种长空气间隙放电高精度同步观测方法，其特征在于，高速触发器(2)产生触发电平信号，用于控制静态光学拍摄装置(3)和高速摄像装置(1)进入拍摄状态。

3.一种长空气间隙放电高精度同步观测系统，包括静态光学拍摄装置、高速摄像装置、其特征在于，采用了暂态电场测量装置(6)、放电电流测量装置(5)、放电电压测量装置(4)、高速数据存储装置(7)和高速触发器(2)，高速触发器(2)与放电电压测量装置(4)连接，在接收到冲击电压波形信号后产生触发电平信号，并与静态光学拍摄装置(3)的快门控制模块与高速摄像装置(1)的触发控制模块连接；高速数据存储装置(7)与暂态电场测量装置(6)的光探测模块、放电电流测量装置(5)的地面接收模块、放电电压测量装置(4)的同轴衰减器、高速摄像装置(1)的信号输出接口相连接；高速数据存储装置(7)用于高速同步触发采集下列信号：高速摄像装置(1)的曝光时钟信号和拍摄起始记录信号、暂态电场信号、放电电流信号、放电电压信号。

4.根据权利要求3所述的一种长空气间隙放电高精度同步观测系统，其特征在于，高速触发器(2)包括极性判别及转换电路(10)、放大电路(12)、可调参考电平产生电路(11)、比较电路(13)和单稳触发电路(14)，放大电路(12)与比较电路(13)相连接，可调参考电平产生电路(11)与比较电路(13)相连接，比较电路(13)与单稳触发电路(14)相连接，高速触发器(2)用于接收冲击电压发生器的触发点火模块产生的信号，同时输出其他装置能够识别的触发信号。

5.根据权利要求3所述的一种长空气间隙放电高精度同步观测系统，其特征在于，静态光学拍摄装置(3)包括静态照相机(16)、快门控制模块(17)和直流继电器(18)，静态照相机(16)与快门控制模块(17)通过多芯电缆连接，快门控制模块(17)与直流继电器(18)连接，用于正交拍摄长空气间隙放电通道的光学照片，图像数据处理分析提取放电3D通道。

6.根据权利要求3所述的一种长空气间隙放电高精度同步观测系统，其特征在于，高速摄像装置(1)包括光学模块、CCD、电子快门控制模块、存储记录模块和计算机模块，用于记录长空气间隙放电先导—流注体系形态变化过程的系列光学图像，同时输出曝光时钟信号和拍摄起始记录信号。

7.根据权利要求3所述的一种长空气间隙放电高精度同步观测系统，其特征在于，所述的暂态电场测量装置(6)包括激光器(27)、电场传感器(28)和光探测器(29)，激光器(27)与电场传感器(28)通过保偏光纤连接，电场传感器(28)与光探测器(29)通过保偏光纤连接，用于测量放电过程中空间某处暂态电场波形；电场传感器(28)采用基于Pockels电光效应的集成光波导瞬态电场传感器。