[发明专利]一种雷电电磁脉冲的接收与传输装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种雷电电磁脉冲的接收与传输装置，属于雷电科学与技术领域。

背景技术

雷电是自然界的一种强烈的放电现象，雷电放电时产生的电磁脉冲辐射对电子、电气设备造成的损坏越来越严重。世界各国对雷电研究越来越受高度重视。对于雷电参数的监测，早期1916年Wilson设计了在雷电条件下测量电场的电场变化仪。1960年，Kitagawa和Brook提出了采用两种不同时间常数的电场变化仪来记录闪电电场的变化。近几年又设计出闪电定位系统对雷电的活动进行监测。从地面和卫星观测资料了解，全球的闪电次数约每秒30至100次，在任何时间全球约有2000多个雷暴，在一天的时间中，全球闪电可达到900万次。闪电分为两类，一类是云内电荷与地面之间的放电，称为地闪。另一类是闪电通道不到达地面的放电，称为云闪，云闪占闪电总数的绝大部分。

云闪包括：单体云内的闪电称云内闪电，云内闪电是最常见的一种；云与云之间的闪电称为云际闪电，云际闪电也是常见的一种闪电，但云内闪电少。云和周围空气之间的放电称为云空闪电。因此，对于闪电信号的接收包括云地闪和云闪，闪电发生时产生强大的电磁脉冲，频谱分布较宽，频谱范围从几Hz至几百MHz，雷电电磁脉冲的接收是利用雷电电磁脉冲中的电场分量和磁场分量进行接收处理。根据天线原理，采用圆形平板天线，按电场快变化设计，接收闪电时电场变化的信号。接收磁场的天线采用两个相互正交的环形天线，接收闪电时产生磁场的信号，这样不管是云闪还是地闪，当闪电发生时都可以将闪电形成的电磁脉冲信号进行接收。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种雷电电磁脉冲的接收与传输装置，用于接收雷电闪击时的电磁信号，并统计、分析闪电的情况；同时，通过对电场接收信号的反演能够计算出雷电流的波形参数，即波头时间及半峰值时间。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种雷电电磁脉冲的接收与传输装置，包括电场接收与传输模块、磁场接收与传输模块、采集处理器，其中：

所述电场接收与传输模块用于接收雷电发生时产生的变化电场信号，并对电场信号进行处理后传输至采集处理器；

所述磁场接收与传输模块用于接收雷电发生时产生的变化磁场信号，并对磁场信号进行处理后传输至采集处理器；

所述采集处理器用于对接收到的电场接收与传输模块、磁场接收与传输模块传输的信号进行采集存储。

所述电场接收与传输模块包括电场接收天线、放大电路、电/光转换驱动电路、激光发射二极管、激光接收二极管、接收电路信号放大器Ⅰ；当雷电发生时，电场接收天线接收变化的电场信号，电场信号经过放大电路进行放大，放大后的电场信号经过电/光转换驱动电路转换为光信号，激光发射二极管将光信号通过光纤传输至激光接收二极管，激光接收二极管将接收到的光信号转换为电信号，电信号经过接收电路信号放大器Ⅰ进行放大，放大后的电信号传输至采集处理器进行处理。

所述磁场接收与传输模块包括磁场接收天线、接收电路信号放大器Ⅱ；当雷电发生时，磁场接收天线将接收到的变化的磁场信号转换为电信号，电信号经过接收电路信号放大器II进行放大，放大后的电信号传输至采集处理器进行处理。

作为本发明的进一步优化方案，所述采集处理器为数字存储示波器。

作为本发明的进一步优化方案，所述磁场接收天线为两个正交的环形天线，且两个环形天线之间通过75Ω同轴电缆和微分积分电路相连。

作为本发明的进一步优化方案，所述电场接收天线为平板天线，其材质为半径为30cm、厚度为2mm的铝板，且平板天线中两平行板的距离为50cm。

作为本发明的进一步优化方案，所述放大电路的放大增益为50dB。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1）本发明中光信号的传输采用光纤传输，可以进行远距离的传输，信号衰减小，信号传输过程中不受外界电磁环境的干扰；同时，信号之间电气隔离，保证操作人员的安全；

2）本发明设计激光发射二极管工作在线性工作区，使信号转换线性度好，信号的失真较小，能够准确地恢复雷电流的波形；

3）本发明的电路设计中，可通过改变电路的增益，改变接收闪电范围；天线设计中，结构简单、频带范围宽，可接收几十Hz至几百MHz的雷电电磁脉冲信号；