本发明专利技术涉及一种无人值守的电场时变率测量仪，包括平板天线、信号调理单元、供电单元、记录和通信设备；平板天线与信号调理单元电性连接，信号调理单元用于完成电场变化率的转换，并驱动后续的同轴电缆和记录设备；记录设备与信号调理单元连接，完成波形的数字化和存储，并由通信模块实现数据资料的远程传输；供电单元包含太阳能电池板、电源模块，用于向测量仪电路提供独立的不间断电源。测量仪依靠太阳能供电，能够实现长期无人值守。优选地，测量仪能够测试（包含）HF频带以下的宽带电场时变率波形，灵敏度可调，可广泛应用于闪电探测组网、核电磁脉冲探测、无线电噪声监测等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种无人值守的电场时变率测量仪，适用于闪电电磁脉冲、核电磁脉冲、无线电噪声监测。
技术介绍
闪电的强电磁脉冲对于电子设备会产生严重的毁伤。研究表明，电磁脉冲的毁伤效应与电场时变率(必/di)有密切关系。以往的观测设备更关注于电场的相对变化测量， 如张广庶等2002年申请的电场变化测量仪专利技术专利(专利号02139473. 3)，对于电场时变率的专用测试设备未见报道。根据等效理论，电小尺寸的平板天线具有容性特征，为了能够使天线输出电场时变率信号，需要匹配负载阻抗接近零的等效电阻。而野外测试情况下，若直接将天线通过同轴电缆连接接入低阻抗记录设备，天线的等效电容、电缆电容，会与记录设备输入端的输入电阻和输入电容构成时间常数电路，使电场变化率波形畸变。由于这些等效参数和工作频率、测试环境相关，而闪电的电磁脉冲频谱范围从直流一直延伸至甚高频以上，使得等效电路并不能简单的描述。此外，野外观测条件恶劣，通常需要独立的供电电源、数据存储与远程数据传输能力，以实现测量系统的无人值守，这对于大范围组网观测更有意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种无人值守的电场时变率测量仪，该测量仪可以在宽频带内测量闪电的电场变化率波形，记录波形可以存储在本地，也可以通过通信设备传输。 测量仪能够在野外无人值守的条件下工作，提供闪电电场时变率波形，并可应用于核电磁脉冲、无线电噪声监测。本专利技术的目的可通过如下措施来实现一种无人值守的电场时变率测量仪，包括平板天线、信号调理单元、供电单元、记录和通信设备；所述的平板天线等效为容性电小尺寸天线，用于接收电场信号； 由平板天线引出短导线电性接入后续的信号调理单元。信号调理单元主要包含一个由宽带运算放大器和第一电阻、电容构成的互阻抗放大电路，用于实现电场变化率信号的形成。运放同相输入端接地，反向输入端连接平板天线，第一电阻和电容并联在反向输入端和输出端之间构成负反馈网络。由于运放的同相输入端接地，为反向输入端提供了理想的‘虚地’，使得信号调理单元对平板天线等效为零阻抗负载，因而平板天线的输出电流正比于电场变化率。运放‘虚断’的特征又使得该电流直接通过反馈网络流向输出端，在输出端形成正比于反馈阻抗和外界电场变化率乘积的电压输出。其中反馈阻抗主要由第一电阻决定， 而反馈电容容量在皮法量级，主要用于相位补偿。通过优选运算放大器增益带宽积、压摆率等参数以及反馈电阻和电容值，可以实现覆盖(包含)HF频带以下的高灵敏度、宽带测试范围。通过调整反馈电阻，可以同时改变电路的带宽和灵敏度，较高的电阻值会产生较窄的带宽和较高的灵敏度，反之亦然。所述的记录和通信设备用于数据资料的保存和传输。记录和通信设备可以采用工控机平台，也可以采用微处理器平台。前者可以通过同轴电缆连接放于室内，后者可与信号调理单元集成。优选地，后者更容易实现无人值守。通信设备可以选用当前较为成熟的3G 网络、WiFi或GPRS等技术设备。所述的供电单元包括太阳能电池板、蓄电池组和电源模块三部分。其中电源模块控制太阳能电池板对蓄电池组充电，并完成电源滤波和稳压，可以对测量仪提供独立的不间断电源。本专利技术相比现有技术具有如下优点1、设计了可以获取闪电电场变化率波形的专用测量仪；2、设备结构简单、紧凑，易于实现野外无人值守情况下电场变化率波形的长期监测；3、测量频带覆盖了从直流至HF频段，灵敏度可调。附图说明图1是本专利技术的一种实施方式的系统构成框图1-平板天线2-绝缘立柱3-连接导线4-信号调理单元5-同轴电缆6-记录和通信设备7-供电单元图2是本专利技术的信号调理单元的一种实施方式原理图图3是本专利技术的供电单元的一种实施方式构成框图8-太阳能电池板9-充电控制电路10-蓄电池组11-电源滤波和稳压电路图4是本专利技术的记录和通信设备的一种实施方式构成框图12-高速AD芯片13-微处理器14-存储设备15-通信模块具体的实施方式下面结合附图对本专利技术的一种实施方式进一步阐述。测量仪系统构成框图参照图1，测量仪采用平板天线1接收电场信号，平板天线1 置于绝缘立柱2上，通过导线3连接至信号调理单元4。信号调理单元4产生正比于电场变化率的电压信号，通过同轴电缆5连接进入记录和通信设备6。供电单元7对测量仪的信号调理单元4和记录和通信设备6统一供电。所述的信号调理单元4的原理图参照图2。图2中OP运放选用宽带高速运放，以实现电场变化率波形的宽频带测量。运放同相输入端接地，反向输入端连接导线3。反馈电容C和反馈电阻札构成反馈回路。小阻值隔离电阻&用于隔离驱动同轴电缆和后续记录和通信设备6。所述的供电单元7的构成框图参照图3。供电单元通过太阳能电池板8对蓄电池组9充电。充电控制由控制电路9完成。充电控制电路9可以设置充电方式，控制充电时间，避免蓄电池组长期浮充影响寿命。电源滤波和稳压电路11将蓄电池组的电压滤波和稳压后，对信号调理单元4和记录和通信设备6统一供电。所述的记录和通信设备6的构成框图参照图4。通过微处理器13控制高速AD芯片12采集信号调理单元4形成的电压波形，数字化波形存储在存储设备14中，数据资料通过通信模块15传输至远程控制单元。 以上所述仅是本专利技术的一种优选地实施方式。对于本
的普通技术人员， 在不脱离本专利技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形(如接收天线形状等)，这些改进和变形也应视为本专利技术的保护内容。权利要求1.一种无人值守的电场时变率测量仪，该测量仪包括平板天线、信号调理单元、供电单元、记录和通信设备；所述的平板天线用于接收电场信号；信号调理单元用于实现电场变化率信号的形成；记录和通信设备用于数据资料的保存和传输；供电单元可以对测量仪提供独立的不间断电源。2.如权利要求1所述的一种无人值守的电场时变率测量仪，其特征在于，所述的信号调理单元由宽带运算放大器、负反馈电阻、负反馈电容构成的互阻抗放大电路构成，电路利用运放的‘虚地’原理，使得信号调理单元对平板天线等效为零阻抗负载，使平板天线的输出电流正比于电场变化率。3.如权利要求1所述的一种无人值守的电场时变率测量仪，其特征在于，所述的记录和通信设备连接信号调理单元，完成信号的采集、存储和传输，记录和通信设备可以采用工控机平台，也可以采用微处理器平台。4.如权利要求1所述的一种无人值守的电场时变率测量仪，其特征在于，所述的供电单元采用太阳能，通过电源模块对一组蓄电池充电，由蓄电池对测量仪电路供电。全文摘要本专利技术涉及一种无人值守的电场时变率测量仪，包括平板天线、信号调理单元、供电单元、记录和通信设备；平板天线与信号调理单元电性连接，信号调理单元用于完成电场变化率的转换，并驱动后续的同轴电缆和记录设备；记录设备与信号调理单元连接，完成波形的数字化和存储，并由通信模块实现数据资料的远程传输；供电单元包含太阳能电池板、电源模块，用于向测量仪电路提供独立的不间断电源。测量仪依靠太阳能供电，能够实现长期无人值守。优选地，测量仪能够测试(包含)HF频带以下的宽带电场时变率波形，灵敏度可调，可广泛应用于闪电探测组网、核电磁脉冲探测、无线电噪声监测等领域。文档编号G01R29/08GK102565553SQ201210008228公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邱实，周璧华，李炎新，
申请(专利权)人：中国人民解放军理工大学，
类型：发明
国别省市：
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