[实用新型]一种数字化闪电电场变化信号测量系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及气象监测技术领域，特别涉及一种数字化闪电电场变化信号测量系统。

背景技术

闪电是我国最严重的自然灾害之一，具有大电流、强电磁辐射等特性，一旦被击中，极易引发建筑物、设备等地面物体火灾，威胁着人民的生命财产安全。闪电的产生有一定的规律，其发展前期往往伴随大量的积雨云。气象上采用气象雷达和气象卫星往往可以预测和监测一个区域的闪电活动情况。然而这种监测属于广域监测，不能精确定位，实际意义并不大。目前高精度的闪电测量和定位系统一般都采用抓取闪电产生过程的电磁波为手段，来精确测量和定位闪电，这对研究闪电物理本质和雷击防护具有重要的意义。

目前，国内外用来测量闪电电场变化的设备包括两种：闪电电场快变化探测仪(常常称为快天线)和闪电电场慢变化探测仪(常常称为慢天线)。两者分别用来观测闪电过程中的不同尺度的放电事件。通常情况下，闪电电场快变化探测仪用来观测闪电过程的快放电过程，比如预击穿过程、回击过程、先导过程、K过程等，而电场慢变化信号探测仪主要用来观测闪电过程中的慢放电过程，如连续电流(持续时间可长达几百毫秒)等。其探测原理如下：外界电场的变化会通过天线转换成为变化的电流，变化的电流通过积分电路，经积分调理之后输出与电场变化成线性关系的电压。闪电电场快变化探测仪和闪电电场慢变化探测仪的区别在于积分时间常数的不同，一般闪电电场快变化探测仪的时间常数为毫秒量级，闪电电场慢变化探测仪的时间常数为秒量级。

虽然上述探测方法和手段已经被广泛应用，但是在实际观测试验中，特别是在近距离闪电观测时，比如人工触发闪电的观测，发现传统的电场变化探测装置，尤其是闪电电场慢变化探测装置，能够测量的电场强度范围不够大，对于较强的近距离闪电经常出现响应饱和的问题。为了解决这个问题，科研人员也采取了一些相应的措施，主要手段为调节积分电路中R(电阻)和C(电容)的量值入手，但是由于当前的器件技术水平的局限，一些相应措施也很难达到近距离闪电回击强度的要求。申请号为201220206637.2的专利公开了一种通过闪电变化快探测装置还原闪电慢变化信号的装置。但是该装置仍然采用模拟积分电路处理，也需要调节电路中R和C的值进行匹配，这样集成程度不高，且并没有从根本上解决闪电电场快慢电场天线统一的问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述不足之处，提供一种数字化闪电电场变化信号测量系统，低成本高功效的实现闪电电场快、慢变化的测量。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种数字化闪电电场变化信号测量系统，至少包括平板天线、电场模数转换模块、数字信号处理模块，所述电场模数转换模块的输入端与平板天线连接，电场模数转换模块的输出端与数字信号处理模块连接；

所述平板天线用于探测(感应)闪电产生的电场变化信号并传输至电场模数转换模块；

所述电场模数转换模块用于处理和转换电场变化信号，得到数字化的闪电电场变化信号，并将数字化的闪电电场变化信号传输至数字信号处理模块；

所述数字信号处理模块用于触发采集并处理所述数字化的闪电电场变化信号以得到闪电电场快变化信号、闪电电场慢变化信号和闪电电场原始信号，并将上述信号进行存储，组合成为数据帧和外界进行通信。

按上述方案，所述电场模数转换模块为模数转换电路，包括依次相连的线性放大器、电压跟随器、差分芯片以及AD模数转换芯片，其中，线性放大器的输入端与平板天线连接、用于将输入信号进行线性放大，电压跟随器用于进行电压跟随，差分芯片用于对信号差分并送入AD模数转换芯片，AD模数转换芯片用于将模拟信号转换成为数字信号并送入数字信号处理模块。