[发明专利]一体化雷电电磁脉冲三维电场测量仪

权利要求书

1.一体化雷电电磁脉冲三维电场测量仪，包括：平板天线、一体化屏蔽壳、信号调理模块、嵌入式数字化模块、GPS授时模块、无线通信模块、供电模块和安装支撑架；所述的平板天线用于感应雷电电场变化信号；一体化屏蔽壳为平板天线提供可靠的力学支撑，同时为信号调理模块和嵌入式数字化模块提供有效的电磁屏蔽；信号调理模块用于实现雷电电场变化信号的阻抗匹配、积分放大和非线性校正等功能；嵌入式数字化模块用于实现电场变化信号的数字化，结合标定系数将数字量转化为物理量，完成实测电场变化波形的补偿校正及波形特征提取；GPS授时模块提供系统触发采集时的时间戳信息；无线通信模块用于远程终端的状态参数读取和实时特征值的传输；供电单元可为系统提供独立的不间断电源。

2.根据权利要求1所述的一体化雷电电磁脉冲三维电场变化测量仪，其特征在于，能够获取雷电辐射电场变化的全面信息，即同步测量雷电LEMP垂直电场和水平电场，可为雷电物理过程分析和电气设备耦合评估提供有效的数据积累。

3.根据权利要求1所述的一体化雷电电磁脉冲三维电场变化测量仪，其特征在于，平板天线采用PCB覆铜板制作, 通过对印制板介质材料和尺寸的设计改变天线的等效电参数；其中一副单极子天线用于测量垂直电场，两对正交偶极子天线水平放置测量水平电场，将两个水平电场分量通过矢量合成可得到总的水平电场波形。

4.根据权利要求1所述的一体化雷电电磁脉冲三维电场变化测量仪，其特征在于，屏蔽壳体采用一体化设计，采用铝质材料，为正方体结构，其顶点及棱角均经过打磨圆化处理，平板天线直接贴附在壳体四周及顶部；壳体底板可拆卸，信号调理模块和嵌入式数字化模块均置于屏蔽壳体内，安装在屏蔽壳底板上；壳体底板通过四根螺栓和安装支撑架连接，结合水准仪，调节螺栓的长度保证屏蔽壳体的水平。

5.根据权利要求1所述的一体化雷电电磁脉冲三维电场变化测量仪，其特征在于，为减小垂直电场对水平电场的耦合影响，每组偶极子天线的输出电压由低功耗场效应管组成的输入级，随后通过差分放大以抑制共模干扰，通过跟随电路进行非线性预校正，最后进行积分和第二级放大；垂直电场和水平电场信号放大采用不同的增益设置，其中垂直电场增益设置为0.1，水平电场增益设置为10。

6.根据权利要求1所述的一体化雷电电磁脉冲三维电场变化测量仪，其特征在于，嵌入式数字化模块直接与信号调理模块相连，均置于一体化屏蔽壳内；嵌入式数字化模块中软件采用多线程技术将数据采集、存储任务和数据预处理等任务分给几个独立的线程同时进行；嵌入式数字化模块根据幅度标定系数将数字化后的电场变化数据转换为物理量数据，同时根据传递函数对实测电场变化信号进行补偿校正；在此基础上，分别提取垂直电场和水平电场变化波形的特征值（上升沿，峰值幅度和半峰值宽度）。

7.根据权利要求6所述的嵌入式数字化模块，其特征在于，存储任务的线程优先级设置为最高，以保证原始数据的可靠存储；当雷电垂直电场信号满足触发阈值条件时，嵌入式数字化模块读取GPS授时模块输出的时间戳并启动采集，以GPS授时模块输出的时间戳和对应的采集通道名作为数据文件名，将一路垂直电场和两路水平电场变化原始波形信息分别保存至本地硬盘。

8.根据权利要求1所述的一体化雷电电磁脉冲三维电场变化测量仪，其特征在于，所述的供电单元采用太阳能，通过无线传输方式实现电源的开关、系统参数配置和特征值数据。