光纤供能雷电电磁脉冲测量系统的设计与试验

人工引雷试验对前端测量装置的电源稳定供应和恶劣环境下的工作可靠性要求较高.为了解决传统电池供电电场传感器持续工作能力不足以及强雷暴环境下的试验安全等问题,研制了一套基于光纤供能的雷电电磁脉冲电场测量系统.系统电源供给、信号测量和数据监控传输均通过光纤连接,采用STM32微处理器进行监控,具有电源管理、传输比在线校准和温度在线监测功能.介绍了系统的主电路设计,并对系统的功能和性能进行了试验测试.结果表明:在夏季环境温度26~40℃的情况下,通过光纤供能的光伏电池能够持续稳定工作,测量系统-3dB带宽达到33MHz;通过3组不同灵敏度天线切换,可用量程范围为0.18~117kV/m,满足人工引雷通道近区电场的测量需求.

地闪通道底部回击速度的频变特性分析

回击通道的光学观测对于研究回击发展过程和物理机制、完善工程回击模型都具有重要的意义。采用雷电发展过程高速光学观测系统(LiPOS)测量了人工引雷中距离通道底部21 m至309 m的一组通道发光波形,基于系统辨识的输出误差(OE)模型建立了回击向上传播过程光辐射脉冲间的传递函数,获得了1 kHz~1 MHz频段内群速度和相速度曲线。时域分析表明,通道辐射光脉冲波形前沿上升时间由靠近底部的1.1μs变化为309 m高度处的1.84μs,色散特性是其变化的重要原因。频域分析表明,OE模型能够有效抑制测量噪声的影响、获得清晰的分析曲线,100 kHz以下低频段内群速度呈显著的非单调变化,500 kHz以上区域群速度稳定在58%光速左右。将分析结果与相关文献的研究进行了对比和讨论。研究结果对于定量评价回击电流传播色散特性具有重要参考价值。