雷电电磁场数据采集与分析
  • 【摘要】

    雷电是自然界中大气运动的放电现象,包括云闪和地闪,其中对人类社会威胁较大的是地闪。在雷电发生时,不仅大气电场会发生瞬变,还伴随着强烈的电磁脉冲,会对各种电子、电气设备的正常运行造成影响,有时还会对人们的生命财产构成威胁,因此研究雷电的演化规律具有重要意义。对雷电演化过程的研究,需要采集分析雷电发生时电场和磁场的变化数据,论文针对这一需求,设计了一种对雷电发生时的电、磁场信息进行采集、传输和处理的系... 展开>>雷电是自然界中大气运动的放电现象,包括云闪和地闪,其中对人类社会威胁较大的是地闪。在雷电发生时,不仅大气电场会发生瞬变,还伴随着强烈的电磁脉冲,会对各种电子、电气设备的正常运行造成影响,有时还会对人们的生命财产构成威胁,因此研究雷电的演化规律具有重要意义。对雷电演化过程的研究,需要采集分析雷电发生时电场和磁场的变化数据,论文针对这一需求,设计了一种对雷电发生时的电、磁场信息进行采集、传输和处理的系统,为雷电定位、预警和雷电研究提供一种必要的工具。
      本文先从雷电的理论出发,分析了雷电的形成过程,通过选取雷电模型,求解麦克斯韦方程组,推导得到了雷电流与电磁场的关系式。然后根据理论研究结果,设计了一种雷电电磁场数据采集系统,系统设计包括电场天线、磁场天线,信号调理电路,AD转换电路,电源电路,系统软件以及上位机。研究了不同天线的采集原理,并通过计算,得到了待测量的关系式。为了降低了系统功耗,用两种触发模块作为采集电路的开关。为了提高信号的完整度,采用14位高速双通道转换芯片AD9248设计了模数转换电路。系统为了既能实现小型化,又具有高性能的数据处理能力,选用了ARM11作为控制器。通过linux平台开发了系统的驱动程序和应用程序,并利用QT设计了系统的上位机界面,最终完成了系统的软件设计。之后,对系统的硬件和软件进行了分块与整体调试,并完成了数据采集系统的功能和性能测试。测试结果表明,系统的硬件电路和软件设计均可行,能够完成雷电电磁场的数据采集。雷电电磁场数据采集系统不仅能为雷电定位及雷电预警提供有效数据,还可以通过采集到的磁场数据反演和估算雷电流的峰值、波形和上升时间等重要参量,为间接分析雷电特性提供了一种新的思路。 收起<<

  • 【作者】

    崔恩隆 

  • 【学科专业】

    系统科学

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    南京信息工程大学

  • 【导师姓名】

    张自嘉

  • 【学位年度】

    2018

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    雷电形成  电磁场  数据采集  微处理器  软件开发