专利名称：一体化光隔离雷电电场测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电场变化测量装置，特别是用于雷电情况下电场全部信息(含感 应场和雷电电磁脉冲场)的测量。
背景技术：
当今社会，随着微电子器件集成度的不断提高和广泛应用，雷电灾害对人们的生 产、生活构成的威胁越来越严重，即使并未直接遭到雷击，由雷电放电电流电磁辐射形成的 雷电电磁脉冲可损毁距雷击点2km范围内电子、电气设备及系统。故对雷电过程中电场的 测量研究有着重要的意义。关于测量雷电电场的仪器，可追溯到I960年，Kitagawa and Brook首次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，这就是 “快”、“慢”电场变化仪的起源。直至1974年Arthur A Few在美国申请了电场变化仪专利。 之后的几十年中，电场变化仪虽经多次改进，但其基本原理和结构一直沿用至今，仍然分为 闪电快变化电场测量仪和闪电慢变化电场测量仪。显然，快变化电场仪的测量结果主要反 映雷电电磁脉冲的时域特性，对于雷电放电过程引起云地间电荷重新分布所造成的地面感 应电场的缓慢变化基本上不能反映；而慢变化电场仪却能很好地反映地面感应电场的变化 和雷电电磁脉冲场慢变化的趋势，却不能充分反映电场快变化的细节。用快、慢两种电场仪分别测量地面电场，也给后置信号采集记录设备的设置带来 了麻烦，由于测量带宽与测量幅度变化范围的相互制约，不得不分别采用两套采集记录系 统来完成，由此增加了系统的复杂程度。此外，电场仪采用交流供电、电缆传输信号，对市电 的依赖降低了设备的适应能力，供电和信号传输线路还容易引入外界的干扰；整个电场仪 体积较大，给系统标定带来困难，移动起来也不方便。本项发明正是针对快、慢两种电场仪的上述缺陷提出的。

发明内容
本发明集雷电电场快、慢变化测量于一体，一台雷电电场测量仪可完成雷电情况 下测量点处电场全部信息(含感应场和雷电电磁脉冲场)的测量。本发明是一种设计新颖的一体化光隔离雷电电场测量仪，主要由电场接收天线、 信号调理电路、光发射机、全介质光缆、光接收机以及信号采集和实时处理终端组成(见附

图1)。天线部分采用金属圆板(面积为S)，信号调理电路与光发射机，通过一体化设计 置于结构紧凑、屏蔽完善的机壳内。屏蔽壳体上通过易拆卸的连接结构支撑天线圆板。连接 结构保证天线与壳体间绝缘，并通过芯线将信号引入内部调理电路。金属圆板与屏蔽壳体 间构成天线电容Ca。屏蔽壳体内由电阻R和电容C构成放电回路，放电时间常数τ =RC, 且 C >> Ca。对于传统的快、慢天线，通常通过调整R、C的数值使时间常数远大于所关心的闪 电事件的持续时间(T)，从而能够在不同时间尺度上较为真实地反映放电过程的电场变化，即
权利要求
一体化光隔离雷电电场测量仪，其特征集雷电电场快变化测量与慢变化测量于一体；前置测量系统屏蔽壳体与圆板天线的连接采用自行设计的连接头，既实现了可靠的电连接，又为天线提供了可靠的力学支撑；前置测量系统与后置测量设备之间的信号传输采用光隔离方式，光发射机与前置测量系统中放大、补偿、非线性校正电路采用图1所示的一体化设计。
2.如权利要求1所述的雷电电场测量仪，其前置测量系统与后置测量设备之间的信号 传输方式，其特征在于采用由光发射机、全介质光缆和光接收机组成的光隔离系统。
3.如权利要求1所述的雷电电场测量仪，通过独特的终端信号处理算法，使电场快变 化波形与慢变化波形通过一次测量可全部获得，特征在于取测得的电场快变化波形或慢 变化波形，采用系统传递函数反演方法，获得所缺的电场慢变化波形或快变化波形。
4.如权利要求1所述的雷电电场测量仪，前置测量系统及与之一体化的光发射机采用 电池供电，特征在于选用大容量的锂电池供电。
5.如权利要求1所述的雷电电场测量仪，其接收天线为金属圆板，特征在于可以方便 地进行装卸，按测量需求换上不同面积的接收天线，在特定条件下展宽系统的测量范围。
全文摘要
一种一体化光隔离雷电电场测量仪，集雷电电场快变化与慢变化测量于一体。主要由电场接收天线、信号调理电路、光发射机、全介质光缆、光接收机以及信号采集和实时处理终端组成。信号调理电路与光发射机进行了集成，实现了信号的采集与电光转换，并将光信号通过全介质光缆进行传输。整个调理电路与光发射机都密闭在扁平状的金属圆柱盒子中，具有良好的抗电磁干扰特性。光接收机将接收到的光信号转变为电信号经过补偿矫正与放大后输出到记录仪器。通过系统函数反演的方法利用测得的电场的某种变化(快变化或慢变化)信号反演出未被测量的变化(慢变化或快变化)信号。本发明一体化光隔离雷电电场测量仪结构简单，体积小，采用光纤传输和锂电池供电，可靠性高，适应能力强，抗电磁干扰能力强，测量动态范围可调，精度高。
文档编号G01R15/22GK101963634SQ20101029017
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月25日 优先权日2010年9月25日
发明者周璧华, 李炎新, 杨波, 邱实, 郭建明 申请人:中国人民解放军理工大学