9769香港开码结果基于低频磁天线雷电监测电路的


时间: 2020-01-27

  刘 超1 ,王 磊2 ,周懋坤3 ,于振国3 ,彭晓宇3 ,侯文豪1 ,徐黄飞1 ,薛 奇1 ,张其林1

  1.南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室 /气候与环境变化国际合作联合实验室 /气象灾害预报预警与评估协同创新中心 /中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室;

  配电网综合防雷体系研究与工程示范( 编号: YNKJQQ00000274) ,雷暴诱发的电离层扰动及其对中高层瞬态发光事件的调制效应研究( 编号: 41775006) ; 风速和转速对风力发电机的电晕放电及雷击机理影响研究( 编号: 41575004) 。

  针对甚低频磁天线在闪电定位网中应用的问题,介绍了甚低频磁天线的电路设计和标定方法,通过对磁场变化测量的理论分析,设计了合理的实验。利用冲击平台模拟自然闪电发生时产生的磁场变化,来检测甚低频磁天线工作的准确性和稳定性。采用自主研制的磁天线对南京地区产生的一次雷暴过程进行测量。得出: 在南京地区 2016 年 8 月 2 日观测到的 1004 次回击波形中,其中上升沿持续时间在 1 ~ 10 μs,大部分主要集中在 1 ~ 4 μs( 72. 2% ) 之间,连续电流的平均持续时间为 3. 35 μs; 将反演运算得到的波形与实测波形、定位结果与江苏省闪电定位系统的结果分别进行对比,验证了所提方案的可行性和技术上的先进性,这对甚低频磁天线在实际应用中具有一定的指导意义。

  雷电一直受到人们的关注,其发生时会产生强电磁辐射和强电流从而造成人员伤亡和财产损失。随着电子技术的快速发展,9769香港开码结果电子集成电路和电气设备对电磁脉冲的敏感程度越来越高,雷电所产生的危害也越来越大[1 - 2]。由于雷电的发生有很强的随机性和瞬时性,需要大量的观测和监控。近几十年来,国内外开展了许多关于雷电信号采集系统的研究,如二十世纪八十年代美国国家闪电定位网,欧洲发展了闪电探测网,它们主要都是针对地闪进行探测和定位的; 王宇[3]等对北京闪电网的硬件构成、采集 方 案 和 定 位 方 法 做 了 详 细 的 介 绍; 周 壁华[4]等设计了一套 LEMP 三维磁场测量系统,提出了线圈测量磁场产生低频失线]等设计了两种磁场环天线及相应的前置信号处理电路,同时构建了二维和三维磁场测量系统。

  根据法拉第电磁感应定律,研制了甚低频磁场测量系统,采用二根正交的用环形天线绕制的磁棒作为磁场测量的传感器,后端接差分放大电路、负反馈电路及滤波器。空心线圈对空间电磁场变化的感应敏感度非常低,通常其产生的感应电压非常小,难以进行有效的检测和分析。因此,对于空心线圈,想要获得足够大的磁场变化的感应敏感度,就必须将线圈做的足够大以获得足够大的磁通量,但这又给磁天线的设计和实际应用带来了很大的限制。

  为了克服空心线圈低敏感度和小型化的问题,可以空心线圈中插入一根铁磁材料,这种铁磁材料通常有很高的导磁率,可以大幅度增加通过线圈的磁通量,从而大大提高线圈对磁场变化的感应敏感度,磁感应线圈的小型化问题也迎刃而解。然后在实验室和室外标定结束后,利用冲击平台模拟自然闪电,用高速数字示波器进行采集后并与外场试验观测结果进行对比,发现该系统能够对闪电低频磁场信号进行准确的采集。

  为实现地闪磁场的间接测量,研制了一套完整甚低频磁场测量系统,在电磁环境良好的实验室和室外进行了时域标定和实验研究。提出了甚低频磁天线外场标定方法,使得到的频响曲线更加精准,为后续的定位工作提供了较好的基础。得出以下结论:

  1) 对所测数据进行处理、统计和分析后,结合时差法( TOA) 可对雷击点进行二维定位,从而实现对变化磁场的间接测量。

  2) 为了验证本文的磁天线采集到的数据以及二维定位的可信度,由实测数据反演得到的雷击点的位置与江苏省闪电定位系统获得的数据做对比,定位雷击点之间的距离大体在 0 ~ 2 km 之间,在这175 组对比数据中,占总数 80% 定位点距离在 1 km以内,因此说明甚低频磁天线采集数据的能力是可以信赖的。

  3) 在南京地区 2016年8月2日观测到的1004次回击波形中,其中上升沿持续时间在 1 ~ 10μs,大部分主要集中在 1 ~ 4μs( 72.2% ) 之间,连续电流的平均持续时间为 3.35 μs; 下降沿持续时间1 ~ 40μs,大部分主要集中在5 ~20μs( 82.7% ) 之间,连续电流的平均持续时间为 13.31 μs。

  本文发表在《电瓷避雷器》2019.3期。全文收录在《中国防雷技术选编》2019.7

  [9] 郄秀书,张其林,袁铁.雷电物理学[M].北京: 科学出版社,2013.

  [10] 李蕾. 新一代闪电定位设备的研制[D]. 西安: 西北工业大学,2001.

  [14] 宁增琨.闪电电场测量与传输系统设计[D].南京: 南京信息工程大学,2014.

 
 
 

               
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