雷暴云中带电雨滴电荷量测定的功能模块制造技术

本发明专利技术公布了一种在雷暴天气下测量带电雨滴电荷量的功能模块，包括法拉第筒U0、电荷传感器接口P1、标准电容C2、电压转换电路A、电压一级放大电路B、电压跟随电路C。法拉第筒U0捕捉到带电雨滴的静电电荷信号，测定投入其中的电位差，换算成单位面积上的电荷量，经由电荷传感器接口P1储存到标准电容C2中。通过电压转换电路A转换为电压，通过电压一级放大电路B放大到合适范围，由电压跟随电路C获取稳定的电压测定值，倒推可得带电雨滴的电荷量，进而科学分析云层中电荷分布情况，为在此气象条件下航行的飞机等飞行器的防爆防震工作提供科学指导。本发明专利技术具有原理简单、电路结构合理、可操作性强、测量精度高、易于实施等诸多优点。

A functional module for measuring the amount of charged raindrop in Thunderstorm clouds

The invention provides a functional module for measuring charge of charged raindrops in thunderstorm weather, including the Faraday tube U0, the charge sensor interface P1, the standard capacitor C2, the voltage conversion circuit A, the voltage first stage amplifier B, and the voltage following circuit C. The Faraday tube U0 captured the electrostatic charge signal of the charged raindrop, measured the potential difference in the input, converted into the amount of charge on the unit area, and stored it in the standard capacitor C2 via the charge sensor interface P1. The voltage conversion circuit A is converted to a voltage, which is amplified to the appropriate range by the voltage first order amplification circuit B. The voltage follows the circuit C to obtain the stable voltage measurement value, and the charge of the charged raindrop can be obtained. Then the charge distribution in the cloud layer is scientifically analyzed, and the defense of the aircraft such as the aircraft under the weather condition is protected. The explosion prevention work provides scientific guidance. The invention has the advantages of simple principle, reasonable circuit structure, strong operability, high measuring accuracy and easy implementation.

【技术实现步骤摘要】
雷暴云中带电雨滴电荷量测定的功能模块
本专利技术涉及一种在雷暴云中带电雨滴电荷量测定的功能模块，适用于对雷暴云中电磁场强度进行科学估计的场景，进而为该气象状况下的飞机等飞行器的航行、抗震防爆提供技术依据和科学指导。
技术介绍
随着科学技术的快速发展,人类活动对气象信息表现出越来越强的依赖性。上至军事、航天等重大的科学研究工作,下至农业、林业、牧业以及人们的日常生活都与天气有着不可割舍的紧密联系。因此,针对各类气象活动的研究受到了越来越多的重视,尤其是大气强对流引起的冰雹、雷暴、闪电等现象更是备受关注。闪电是雷暴云内的一种自然放电现象,其产生以及发展与雷暴云内的电荷结构密切相关。自18世纪以来,科学界就针对其起电机制开展了大量的研究和广泛的探讨,其中雷暴云内电荷结构的研究一直是大气电学科中一个重要的研究方向。尽管国际上针对电荷结构,进行了长期观测和研究,取得了一定的成果,却由于观测手段、传感器技术等诸多因素的制约,对雷暴云中的电荷结构形成机制的认识仍然停留在一个相对不深入的层次上，甚至在雷暴云中关于电荷量测量的研究方向上一度无人问津。综上可知，对于雷暴云中放电现象的理解、对雨滴带电荷量的测定以及对电荷结构的研究不仅意义重大,而且科研价值极高。
技术实现思路
本专利技术就是针对以上存在的问题与不足，提供了一种雷暴云中带电雨滴电荷量的测量方法及由此设计的功能模块。该测量方法设计新颖，可操作性强，采用该方法制造的功能模块提供了与其他相关模块衔接的接口，为后续的测定和分析提供了科学实用的第一手资料。高集成化的模块配置，在保证测定结果准确性与可靠性的同时，简化了测量步骤，不仅节约了成本，而且提高了效率，为电荷量的测定提供了极大的便利性。本专利技术立足于以上技术障碍和瓶颈，采用的技术方案是：一种用于雷暴云中带电雨滴电荷量测定的功能模块，其电路结构包括法拉第筒U0、电荷传感器接口P1、电压转换电路A、电压一级放大电路B、电压跟随电路C。所述电压转换电路A由法拉第筒U0、电荷传感器接口P1、第一电容C1、第一运算放大器U1、第二电容C2、第一电位器RS1、第一电阻R1到第七电阻R7组成，法拉第筒U0的管脚1接地，管脚2与电荷传感器的P1的管脚2相连，上述电荷传感器P1的管脚2连接电容C1的1端，管脚1接地。电容C1的2端分别与电阻R2的1端和电阻R6的1端相连，电阻R6的2端与运算放大器U1的反相输入端2相连，运算放大器U1的正相输入端3与电阻R7的2端相连，电阻R7的1端与6V电源相连，运算放大器U1的管脚7接12V电源，管脚8直接接地，管脚5与电位器RS1的端子3相连，电位器RS1的端子1与运算放大器U1的管脚1相连，其端子2与6V电源相连，运算放大器U1的输出端6分别与标准电容C2的2端、电阻R5的2端以及电阻R8的端1相连，标准电容C2的1端与电荷传感器P1的管脚2相连，电阻R5的1端分别与电阻R3的2端和电阻R4的1端相连，电阻R4的2端与6V电源相连，电阻R3的1端分别与电阻R2的2端和电阻R1的2端相连，电阻R1的1端与6V电源相连。所述电压一级放大电路B由第二运算放大器U2、第八电阻R8、第九电阻R9、电位器RS2等组成，电阻R8的2端与运算放大器U2的反相输入端2相连，运算放大器U2的正相输入端3与6V电源相连，管脚7与12V电源相连，管脚4直接接地,管脚6分别与电阻R9的1端和电位器RS2的2端、3端相连，RS2的1端与运算放大器U2的反相输入端2相连。所述电压跟随电路C由第三运算放大器U3、第十电阻R10、第三电容C3、第四电容C4等组成，电阻R10的1端分别与电阻R9的2端和电容C4的1端相连，电阻R10的2端分别与电容C3的1端和运算放大器U3的正相输入端3相连，电容C3的2端与6V电源相连，运算放大器U3的输出端6分别与反相输入端2和电容C4的2端相连，运算放大器U3的管脚7与12V电源相连，管脚4直接接地，运算放大器U3的6端为本专利技术的输出端。本专利技术的有益效果为：1、雷暴云中带电雨滴电荷量测定模块准确的测定结果可以很好的估计该气象条件下云中的雨滴电荷量以及云层的电荷分布，进而为在此气象条件下航行的飞机及其他飞行器提供科学的防爆防震指导。2、功能强大的电荷传感器与嵌有标准电容的转换电路协同作用，不仅实现了带电雨滴电荷信号的准确捕捉，而且实现了误差小、精度高的电荷采集电路。3、解决了雷暴云中带电雨滴电荷信号难以捕捉、无法测定的问题。4、后续的放大电路和电压跟随电路很大程度上保证了输出电压的稳定性。5、集成度极高的模块配置，在保证测定结果准确性与可靠性的同时，还简化了实现的步骤，这样既降低了成本，也提高了效率，为测定云层中雨滴电荷量和云层电荷分布提供了可能性。附图说明为了更清楚明白地阐述本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术中的技术方案描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例。对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的电路结构原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明：如图1所示，一种用于雷暴云中带电雨滴电荷量测定的功能模块电路原理图，包括法拉第筒U0、电荷传感器接口P1、标准电容C2、电压转换电路A、电压一级放大电路B、电压跟随电路C，所述电荷传感器P1与法拉第筒P2相连、所述法拉第筒P2与标准电容C2相连接，所述标准电容C2与电压转换电路A相结合，所述电压转换电路A与电压一级放大电路B相连接，所述电压一级放大电路B与电压跟随电路C相连接。具体的电路结构连接如下：法拉第筒U0的管脚1接地，管脚2与电荷传感器P1的管脚2相连，上述电荷传感器P1的管脚2连接电容C1的1端，管脚1直接接地。上述电容C1的2端分别与电阻R2的1端和电阻R6的1端相连，上述电阻R6的2端与运算放大器U1的反相输入端2相连，上述运算放大器U1的正相输入端3与电阻R7的2端相连，上述电阻R7的1端与6V电源相连，上述运算放大器U1的管脚7连接12V电源，管脚8直接接地，管脚5与电位器RS1的端子3相连，上述电位器RS1的端子1与上述运算放大器U1的管脚1相连，电位器RS1的端子2与6V电源相连。上述运算放大器U1的输出端6分别与标准电容C2的2端、电阻R5的2端和电阻R8的1端相连。上述标准电容C2的1端与电荷传感器P1的管脚2相连。上述电阻R5的1端分别与电阻R3的2端和电阻R4的1端相连，上述电阻R4的2端与6V电源相连。上述电阻R3的1端分别与电阻R2的2端和电阻R1的2端相连，上述电阻R1的1端与6V电源相连。上述电阻R8的2端与运算放大器U2的反相输入端2相连。上述运算放大器U2的正相输入端3与6V电源相连，管脚7与12V电源相连，管脚4直接接地,管脚6分别与电阻R9的1端和电位器RS2的2端和3端相连，上述电位器RS2的端子1与上述运算放大器U2的反相输入端2相连。上述电阻R9的2端与电阻R10的1端和电容C4的1端相连，上述电阻R10的2端分别与电容C3的1端和运算放大器U3的正相输入端3相连，上述电容C3的2端与6V电源相连。上述运算放大器U3的输出端6分别与反相输入端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术是一种用于雷暴云中带电雨滴电荷量测定的功能模块，其电路结构包括电荷传感器接口P1、法拉第筒U0、电压转换电路A、电压一级放大电路B、电压跟随电路C。

【技术特征摘要】
1.本发明是一种用于雷暴云中带电雨滴电荷量测定的功能模块，其电路结构包括电荷传感器接口P1、法拉第筒U0、电压转换电路A、电压一级放大电路B、电压跟随电路C。2.电压转换电路A:由法拉第筒U0、电荷传感器接口P1、第一电容C1、第一运算放大器U1、第二电容C2、第一电位器RS1、第一电阻R1到第七电阻R7组成，法拉第筒U0的管脚1接地，管脚2与电荷传感器P1的管脚2相连，上述电荷传感器P1的管脚2连接电容C1的1端，管脚1接地。电容C1的2端分别与电阻R2的1端和电阻R6的1端相连，电阻R6的2端与运算放大器U1的反相输入端2相连，运算放大器U1的正相输入端3与电阻R7的2端相连，电阻R7的1端与6V电源相连，运算放大器U1的管脚7接12V电源，管脚8直接接地，管脚5与电位器RS1的端子3相连，电位器RS1的端子1与运算放大器U1的管脚1相连，其端子2与6V电源相连，运算放大器U1的输出端6分别与标准电容C2的2端、电阻R5的2端以及电阻R8的端1相连，标准电容C2的1端与电荷传感器P1的管脚2相连，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周庆国，杨旭辉，石强胜，孙小娟，李飞，周睿，张金生，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62