基于低頻磁天線雷電監(jiān)測(cè)電路的設(shè)計(jì)及應(yīng)用(介紹)
編輯：2021-06-14 13:43:23
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摘 要:
針對(duì)甚低頻磁天線在閃電定位網(wǎng)中應(yīng)用的問(wèn)題，介紹了甚低頻磁天線的電路設(shè)計(jì)和標(biāo)定方法，通過(guò)對(duì)磁場(chǎng)變化測(cè)量的理論分析，設(shè)計(jì)了合理的實(shí)驗(yàn)。利用沖擊平臺(tái)模擬自然閃電發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化，來(lái)檢測(cè)甚低頻磁天線工作的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。采用自主研制的磁天線對(duì)南京地區(qū)產(chǎn)生的一次雷暴過(guò)程進(jìn)行測(cè)量。得出: 在南京地區(qū) 2016 年 8 月 2 日觀測(cè)到的 1004 次回?fù)舨ㄐ沃?，其中上升沿持續(xù)時(shí)間在 1 ～ 10 μs，大部分主要集中在 1 ～ 4 μs( 72． 2% ) 之間，連續(xù)電流的平均持續(xù)時(shí)間為 3． 35 μs; 將反演運(yùn)算得到的波形與實(shí)測(cè)波形、定位結(jié)果與江蘇省閃電定位系統(tǒng)的結(jié)果分別進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了所提方案的可行性和技術(shù)上的先進(jìn)性，這對(duì)甚低頻磁天線在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的指導(dǎo)意義。山西避雷驗(yàn)收
雷電一直受到人們的關(guān)注，其發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)電磁輻射和強(qiáng)電流從而造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，電子集成電路和電氣設(shè)備對(duì)電磁脈沖的敏感程度越來(lái)越高，雷電所產(chǎn)生的危害也越來(lái)越大［1 － 2］。由于雷電的發(fā)生有很強(qiáng)的隨機(jī)性和瞬時(shí)性，需要大量的觀測(cè)和監(jiān)控。近幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了許多關(guān)于雷電信號(hào)采集系統(tǒng)的研究，如二十世紀(jì)八十年代美國(guó)國(guó)家閃電定位網(wǎng)，歐洲發(fā)展了閃電探測(cè)網(wǎng)，它們主要都是針對(duì)地閃進(jìn)行探測(cè)和定位的; 王宇［3］等對(duì)北京閃電網(wǎng)的硬件構(gòu)成、采集 方 案 和 定 位 方 法 做 了 詳 細(xì) 的 介 紹; 周 壁華［4］等設(shè)計(jì)了一套 LEMP 三維磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，提出了線圈測(cè)量磁場(chǎng)產(chǎn)生低頻失真的矯正方法［11 － 12］; 李皖［5］等設(shè)計(jì)了兩種磁場(chǎng)環(huán)天線及相應(yīng)的前置信號(hào)處理電路，同時(shí)構(gòu)建了二維和三維磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)。太原防雷公司
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，研制了甚低頻磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，采用二根正交的用環(huán)形天線繞制的磁棒作為磁場(chǎng)測(cè)量的傳感器，后端接差分放大電路、負(fù)反饋電路及濾波器?？招木€圈對(duì)空間電磁場(chǎng)變化的感應(yīng)敏感度非常低，通常其產(chǎn)生的感應(yīng)電壓非常小，難以進(jìn)行有效的檢測(cè)和分析。因此，對(duì)于空心線圈，想要獲得足夠大的磁場(chǎng)變化的感應(yīng)敏感度，就必須將線圈做的足夠大以獲得足夠大的磁通量，但這又給磁天線的設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了很大的限制。山西避雷塔
為了克服空心線圈低敏感度和小型化的問(wèn)題，可以空心線圈中插入一根鐵磁材料，這種鐵磁材料通常有很高的導(dǎo)磁率，可以大幅度增加通過(guò)線圈的磁通量，從而大大提高線圈對(duì)磁場(chǎng)變化的感應(yīng)敏感度，磁感應(yīng)線圈的小型化問(wèn)題也迎刃而解。然后在實(shí)驗(yàn)室和室外標(biāo)定結(jié)束后，利用沖擊平臺(tái)模擬自然閃電，用高速數(shù)字示波器進(jìn)行采集后并與外場(chǎng)試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)能夠?qū)﹂W電低頻磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確的采集。運(yùn)城防雷檢測(cè)
1 低頻磁天線雷電監(jiān)測(cè)電路的設(shè)計(jì)
2 實(shí)驗(yàn)標(biāo)定
3 外場(chǎng)實(shí)地觀測(cè)結(jié)果
（1~3略）
4 結(jié)論
為實(shí)現(xiàn)地閃磁場(chǎng)的間接測(cè)量，研制了一套完整甚低頻磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，在電磁環(huán)境良好的實(shí)驗(yàn)室和室外進(jìn)行了時(shí)域標(biāo)定和實(shí)驗(yàn)研究。提出了甚低頻磁天線外場(chǎng)標(biāo)定方法，使得到的頻響曲線更加精準(zhǔn)，為后續(xù)的定位工作提供了較好的基礎(chǔ)。得出以下結(jié)論:
1) 對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、統(tǒng)計(jì)和分析后，結(jié)合時(shí)差法( TOA) 可對(duì)雷擊點(diǎn)進(jìn)行二維定位，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變化磁場(chǎng)的間接測(cè)量。晉中避雷檢測(cè)
2) 為了驗(yàn)證本文的磁天線采集到的數(shù)據(jù)以及二維定位的可信度，由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反演得到的雷擊點(diǎn)的位置與江蘇省閃電定位系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)做對(duì)比，定位雷擊點(diǎn)之間的距離大體在 0 ～ 2 km 之間，在這175 組對(duì)比數(shù)據(jù)中，占總數(shù) 80% 定位點(diǎn)距離在 1 km以?xún)?nèi)，因此說(shuō)明甚低頻磁天線采集數(shù)據(jù)的能力是可以信賴(lài)的。忻州避雷檢測(cè)
3) 在南京地區(qū) 2016年8月2日觀測(cè)到的1004次回?fù)舨ㄐ沃?，其中上升沿持續(xù)時(shí)間在 1 ～ 10μs，大部分主要集中在 1 ～ 4μs( 72.2% ) 之間，連續(xù)電流的平均持續(xù)時(shí)間為 3.35 μs; 下降沿持續(xù)時(shí)間1 ～ 40μs，大部分主要集中在5 ～20μs( 82.7% ) 之間，連續(xù)電流的平均持續(xù)時(shí)間為 13.31 μs。大同避雷檢測(cè)
