STEAM教育理念下电场自动测绘仪的开发

将静电场教学实践中遇到的问题,作为课外拓展课题研究是新工科人才培养的有效方式之一。本文基于STEAM教育理念,采用项目式学习,以学生为主体,以跨学科融合和创新为导向,制定教学目标和教学方法。将物理理论和实验创新有机融合,引导学生结合单片机技术和Matlab程序,设计出新型可视化电场自动测绘仪。该仪器操作简便高效,测量精度高,还能直观展示电场的动态变化。而学以致用的过程,提高了学生的创新能力和知识综合运用能力,也为高校的教学改革提供了新思路。

基于虚拟仪器技术的船舶电场仿真与信号生成研究

水下电场半实物模拟是研究船舶水下电场特性、验证水下电场感知装置性能和特征检测算法效果的重要手段。本文围绕电场半实物模拟需求,将电场数学模型与虚拟仪器技术相结合,基于LabVIEW平台开发了一套船舶电场模拟装置,可将船舶数学模型仿真信号转化为可被物理感知的电压信号。将船舶电场等效为水平电偶极子模型,基于LabVIEW语言开发测控软件界面,底层调用偶极子电场模型动态链接库文件实现电场信号的数值计算,利用数值信号驱动24位D/A卡产生模拟电压信号,实现船舶电场信号的物理生成。经实验验证,船舶电场模拟装置可实现典型海洋环境下运动船舶电场信号的物理输出,输出信号曲线与模型计算曲线吻合,可为船舶电场测试以及相关算法验证等提供信号输入。

微功耗大气电场仪的设计与实现

针对旋转式地面电场仪能耗大、信号微弱、易受电磁干扰等问题,设计了一种新型微功耗大气电场传感器。该传感器通过驱动电子开关模拟传统传感器的屏蔽和去屏蔽过程,从而减小仪器能耗,延长电池持续供电时间。采用I/V转换器将传感器感应到的2路电流信号转为电压信号,并经过差分信号放大电路来消除工频干扰和共模影响。通过四阶带通滤波器进行滤波,进一步提高信噪比,并通过同步相敏检波器处理后得到了与场强成正比例关系的直流电压。经过16位模数转换器采样,测得大气场强的大小,试验验证了该系统在-50~50 kV/m场强范围内,测量分辨力可达10 V/m,测量线性度小于1%。

核电仪控设备辐射抗扰度试验研究

随着科技的不断发展,越来越多的精密仪器被应用于核电站,尤其是5G技术的使用。这对辐射抗扰度提出了更高要求。为规范核电仪控设备辐射抗扰度试验程序,通过对比分析相应标准,以及核电站现场电磁环境检测经验,对辐射抗扰度试验的不同配置情况进行了差异性分析。针对不同的试验场景,给出了相应试验方案的建议。对于某些特殊设备,创新性地通过简化设备在电场中的模型,再通过理论计算出电场对设备的影响量,并结合实际情况给出了相应的试验整改方案。该研究为仪控设备的辐射抗扰度试验方案及程序提供指导。针对试验中可能出现的问题,从理论层面给出了对应的整改对策,为实现智慧核电的目标提供了有力支撑。

大气电场仪在万载雷电预警中的应用

立足于万载地区的气候和地理特点,详细分析了大气电场仪的基本原理和技术参数,并深入探讨了大气电场仪逆行雷电预警的物理原理和操作方法。针对大气电场仪在万载雷电预警中的应用优势和挑战进行详细分析,并提出应对措施,为相关从业人员提供参考。

微火箭电场仪的原理及其应用

介绍一种新型的雷雨云电场探测仪器———微火箭电场仪 ,由直径为 55mm×760mm农用消雹小火箭改装而成 .它利用导体在电场中感应电荷原理 ,由电场传感器、测量线路、1 680MHz遥测发射机及天线组成 .仪器特点是结构简单、高密集、超小型、快速机动、低功耗、低成本 .此仪器于 1 998年年初试飞成功 .电场探测范围 1— 1 0 0kV/m .探测高度为7 5km左右 .主要用于飞行器升空安全保障 ,以及气象部门对雷电。

电场的标定方法

介绍了球载双球式电场仪、微火箭电场仪和地面旋转式电场仪等3种仪器的标定方法．电场涉及空间物理、空间环境和雷电及地震等多种自然现象的特征参数,对电场的探测或监测应用日益广泛．在我国目前尚未建立电场的国家标准和军用标准的情况下,通过研制的较简易的电场标定系统,对不同结构的电场仪进行标定,均获得了与理论计算相符的结果,为电场测量数据的可信度提供了依据．

地震电磁卫星载荷及现状

系统介绍了法国DEMETER电磁卫星搭载的电场测量仪、磁场测量仪、离子分析仪和高能粒子探测仪的科学目的、简单的工作原理、观测模式以及观测的物理量.同时介绍了国际现有运行的地震电磁卫星搭载的观测仪器,对空间-地面电磁观测系统进行了简要的讨论.这些资料将为我国地震电磁卫星计划的实施提供参考.

极低频高压脉冲电场生物学效应仪的设计与应用

为开展极低频高压脉冲电场生物学效应的研究,设计了基于植物本征电位波动的极低频高压脉冲电场生物学效应仪,该系统可以产生幅值高压在6～20kV、输出频率在0.1～15Hz范围内数字式可调的极低频、宽脉宽、上升前沿陡的高压脉冲。用100kV/m、1Hz、80ms脉宽的极低频高压脉冲电场处理萌发中的绿豆和玉米种子,发现极低频高压脉冲电场对绿豆和玉米种子的发芽和生长具有较强的促进作用,说明基于植物电位波动的极低频高压脉冲电场具有明显的生物学效应,研究结果可为极低频高压脉冲电场生物学效应的深入研究提供参考。

星载电场仪的电场测量方法

空间电场是研究空间天气学和空间环境的一个重要参量,它与空间磁场监测相辅相成。本文详细评述了国外星载电场仪的电场测量方法。首先简述了空间电场测量在空间天气学应用研究方面的重要性和发展状况及趋势;针对国外不同卫星搭载的电场仪,讨论了空间电场的两种主要测量方法——双探针电场测量法和电子漂移电场测量法,指出了其工作原理、特点、使用范围和局限性;最后,对比这两种测量方法,并展望了星载电场仪的使用前景,这些对中国刚刚起步的星载电场仪研究是非常重要的。

南京周边地区雷暴过境时电场特征及其在预警中的应用

利用2009年6-8月南京周边地区11台大气电场仪观测网络和ADTD闪电定位系统资料,分析了雷暴过境时的电场特征,按照闪电定位仪观测到的闪击点到电场仪站点的距离以及电场曲线的特点,将雷暴过程的电场变化分为外围闪击阶段、雷云临近阶段、雷云到达阶段和雷云过境后阶段这四个阶段。第一和第二阶段为雷电预警提供了重要信息,因此从幅值特点、差分变化率特点、波形特点、极性反转及时间特点等方面探讨了这两个阶段的电场特征,并基于这些特征,建立了多元回归预报方程,经拟合分析得到:从闪电定位仪观测到电场仪站点25km首次闪击开始,若电场观测数据同时出现以下任意二个特征:(1)幅值达到该地区晴天大气电场的21.5倍以上;(2)差分变化率环比增大2.6倍以上;(3)斜率k的绝对值达到0.61以上;(4)出现电场极性反转,则可发出预警,预计该地区在30min左右(计算值为33.6min后)发生闪击的可能性很大。

轻便式气球、火箭高空大气探测共用系统

鉴于对高空大气探测日益增多的需求 ,而常用的接收、跟踪定位设备却比较笨重而且灵活性差 ,不能适应既需要机动灵活又能适合于多种场合使用的要求 .本文介绍通过提高接收系统的信噪比同时采用宽波束接收天线 ,研制了一套低成本、轻便式高空大气探测简便系统 .该系统调频发射机和高空大气探测有关仪器和地面抛物面接收天线、低噪声接收机及数据处理设备组成 .主要用于探空气球和微型火箭对高空大气探测数据的接收和处理 .

大气电场仪观测数据的海拔校正及联网

为了提高电场联网数据的一致性，扩大雷暴监测范围，讨论了海拔对电场数据的影响及联网算法存在的问题，提出了一种大气电场数据的海拔校正方法。采用克里格法对2010年南京地区6~8月的电场数据进行联网实验，结合雷达回波资料，对双单体雷暴过程进行综合分析。结果表明，海拔校正方法能有效地修正电场数据，有助于提高大气电场仪的雷暴监测能力。由于各雷暴发展程度不同，雷暴云电荷结构存在差异，导致雷暴回波强度与电场分布不一致，甚至会出现互换的情况。

箭载双臂式电场仪的原理与设计

在介绍双臂式电场仪探测原理的基础上,给出了子午工程探空火箭搭载的双臂式电场仪的具体设计.为了降低探针的不对称和不一致性,采用了铝制球形探针设计,使用石墨涂层以减少表面不均匀性,并采用独特的外形设计来消除支撑臂阴影影响;在信号处理部分,为了能提高系统动态范围,采用了分频段处理的方法.最后,结合整体系统设计的需要提出了几点误差考虑,并给出了系统性能测试结果.所设计的电场仪带宽0～5MHz,直流探测范围为0.1mV/m～±1V/m,交流探测范围为10μV/m～50mV/m,可以实现对电场强度为0～±1V/m的空间电场进行二维测量.

雷电电磁脉冲电场仪的标定研究

为了给出雷电电磁脉冲电场仪测试结果的实际量值,拟采用实验室已有的有界波模拟器,以雷击浪涌发生器产生的1.2/50μs脉冲电压作为激励源,对电场仪进行标定。为此,通过实验和数值仿真分析了有界波模拟器的有关性能。实验结果表明:在标定时可去除模拟器的终端匹配器。从计算结果可见:电场仪屏蔽壳体会扰动被测电场,使周围电场有所增大,这样的扰动可模拟实测时的情况,标定时可不予考虑;而当电场仪的高度超过有界波模拟器工作空间高度的1/3时,会对工作空间场分布产生较大影响,故在标定中要设法避免。

地面大气电场资料在强对流天气预报中的应用

利用大气电场仪对2008年6～10月天津地面大气电场变化进行连续监测。讨论晴空、稳定型降水、飑线和暴雨天气下地面大气电场强度特点,结合新一代多普勒天气雷达资料和闪电定位资料,对2008年9月4日飑线过程和2008年7月14日暴雨过程进行分析。结果发现:大气电场仪曲线在雷暴发生前15～50min剧烈变化,在强对流天气的雷电监测中有明显的指示作用。结合雷达资料和闪电定位仪资料能够提高雷电预警和短时临近预报的准确率,多站点的大气电场仪数据能够扩大雷暴监测范围并且判断雷暴云移动路径。

集磁环式光学电流互感器的结构优化

集磁环式光学电流互感器(OCT)利用磁光材料的法拉第磁光效应进行电流测量。根据安培环路定律,集磁环式OCT将磁场集聚在光学材料附近,通过对光学材料的磁场测量能近似反映整个闭合回路的磁场情况,进而反映电网的电流信息。因此,集磁环结构的设计对传感头的测量效果起关键作用。通过建立集磁环式OCT磁路的数学模型,阐述其工作原理和基本特性,其中包括灵敏度特性、磁特性和抗干扰特性。将这3种基本特性作为优化集磁环式OCT性能的指标,利用Ansoft有限元仿真软件对互感器的结构进行优化,确立了最佳优化尺寸。优化后的集磁环式光学电流互感器精度达到0.2级设计要求。

基于电偶的大气腐蚀性检测仪的研制及应用

针对大气腐蚀研制了基于电偶的大气腐蚀性检测仪 ,其对电偶电流进行模拟积分 ,输出电偶电量值 ,用来研究金属材料的大气腐蚀性 .并用于不同氯离子浓度薄液膜下LY12铝合金大气腐蚀性检测 ,结果表明该仪器具有较好的性能 ,可用于现场测试和监测 .

基于Pockels效应的高压电场光纤测量与Labview软件的实现

采用基于Pockels效应的高压电场测量方法,建立了电光效应电压测量系统。从理论上分析了单片BGO晶体测量电压的极限,提出了多片BGO晶体间隔排列测量高压的解决方案。通过引入虚拟仪器技术,以Labview作为软件开发平台编写软件程序和对采集信号进行处理与分析,提高了系统的稳定性和准确性,取得了良好的效果。

静电场三维实验仪器的研制和应用

介绍了静电场三维实验仪的工作原理和重要的实现技术措施，并采用静电场三维实验仪对无限长同轴电缆和同心球电极所形的三维静电场进行了实验模拟以及对所取得的实验数据建立了相应电极的数学和物理模型。