一体化雷电电磁脉冲三维电场测量仪
专利汇可以提供一体化雷电电磁脉冲三维电场测量仪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开一种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、本地存储模块和安装 支撑 架等。所述的平板天线为PCB覆 铜 板；所述的一体化屏蔽壳为平板天线提供可靠的 力 学支撑，信号调理模块和嵌入式数字化模块均置于一体化屏蔽壳内；所述的平信号调理模块完成感应电场信号的阻抗匹配、积分放大和非线性变换等功能；所述的平嵌入式数字化模块完成 波形 的数字化和本地化存储。根据时域标定的幅度标定系数和传递函数标定系数，将电场变化波形的 数字量 转换为物理量并对其进行补偿校正。进一步的，提取波形特征值信息，通过 无线通信模块 实现数据资料的远程传输。，下面是一体化雷电电磁脉冲三维电场测量仪专利的具体信息内容。
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。
一体化雷电电磁脉冲三维电场测量仪
技术领域
背景技术
发明内容
6- 无线发送模块；7- 电源线及信号线；8- 高度调节杆；9- 太阳能供电单元；10- 无线接收模块；11- 数据接收终端。
图4 是雷电电磁脉冲三维电场测量仪时域标定配置图;
12- PrimaSUG61005B雷击浪涌发生器 ；13- GMF-8E 毫微秒高压脉冲源 ；14- 有界波模拟器 ；15- 待测雷电电磁脉冲三维电场测量仪； 16- 通信光纤； 17- 高压探头；
18-示波器； 19- 光接收机； 20- 屏蔽柜。
图7 是时域标定获取的系统传递函数的幅频曲线；
图8 是雷电电磁脉冲三维电场测量系统仪工作流程图。
具体实施方式
图6为雷电电磁脉冲三维电场响应电压峰值和输入工作空间内场强关系图。调整模拟器输入电压Uic(t)，得到相应的电场仪输出电压Uoc(t)。根据不同的输入输出波形可以绘制电场仪输出电压Uocp随Eip变化的标定曲线。式(2)为根据电场仪输出电压峰值Uomp和工作空间场强峰值Eimp的拟合曲线表达式。根据实测Uomp结合标定曲线上可以计算得到Eimp。
根据式(2)，可将数字化后的闪电电场变化数据，即电场仪响应的输出电压数据转换为物理量数据（电场变化波形）。
峰值：8kV，4kV，2kV；上升时间tr：7.8ns；半峰值宽度thp:23.8 ns。该高压脉冲源提供的激励源覆盖的上限频率为几百MHz。根据输入脉冲电压波形和电场仪响应电压波形采用如下方法求传递函数：
将雷电电磁脉冲三维LEMP电场仪视为线性时不变系统，其传递函数可近似为：
(3)
式(3)中τ=RC，可见RC的取值决定了电场仪的系统函数，即决定了电场仪对被测信号的响应。换言之，对同一被测电场信号，采用不同τ值的电场仪测量，其输出的波形有所不同。为此，必须在频带宽度大于被测信号覆盖频段的电场环境下对电场仪的系统函数进行标定。对一线性系统而言，其输入和输出在时域满足卷积关系，在频域满足相乘关系，其中h(t)为系统的冲击响应函数，H(jω) 为其对应的频域系统函数。
在有界波电磁脉冲模拟器中标定时，LEMP电场仪输入为电压信号源产生的脉冲电场，输出为LEMP电场仪输出的电压信号，系统传递函数是确定的。利用模拟LEMP电场环境下测得的数据和MATLAB软件包，选用四阶OE模型对本测量系统的频域系统函数进行模拟，得到相应的传递函数系数，见式（6）：
(6)
由式（5）、式（6）求得输入信号的频谱函数，由式(7)通过傅里叶反变换即可获得真实的系统输入信号，即实现对失真的波形的校正。
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