一種微型化大氣電場(chǎng)檢測(cè)儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型明屬于氣象檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種微型化大氣電場(chǎng)檢測(cè)儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前市面上常見(jiàn)的電場(chǎng)儀主要采取旋轉(zhuǎn)屏蔽式電極作為電場(chǎng)檢測(cè)探頭，其主要檢 測(cè)原理為通過(guò)感應(yīng)片在空間電場(chǎng)中感應(yīng)到感應(yīng)電荷，然后W旋轉(zhuǎn)電機(jī)連接感應(yīng)片上面的屏 蔽電極，使得感應(yīng)電極通過(guò):暴露-遮擋-屏蔽，運(yùn)一過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電荷的變化，從而產(chǎn)生 感應(yīng)電流。運(yùn)類電場(chǎng)儀均存在體積龐大、耗電量高、成本高等問(wèn)題。
[0003] 大氣電場(chǎng)儀是用來(lái)測(cè)量大氣電場(chǎng)及其變化的設(shè)備，它是利用導(dǎo)體在電場(chǎng)中產(chǎn)生感 應(yīng)電荷的原理來(lái)測(cè)量電場(chǎng)的。當(dāng)云中發(fā)生電荷分離時(shí)，地面電場(chǎng)將發(fā)生相應(yīng)的變化，其強(qiáng)度 與云中電荷的積累量和分布有關(guān)，因此通過(guò)測(cè)量地面大氣電場(chǎng)的變化，可W反演出高空云 層電場(chǎng)的變化，對(duì)發(fā)生雷擊的危險(xiǎn)性做出一定的預(yù)報(bào)。主要由電場(chǎng)探測(cè)探頭、電場(chǎng)數(shù)據(jù)處理 機(jī)、中屯、數(shù)據(jù)處理機(jī)、客戶端數(shù)據(jù)顯示與分析軟件等組成。電場(chǎng)數(shù)據(jù)處理機(jī)可實(shí)時(shí)地讀出當(dāng) 時(shí)的電場(chǎng)值，把電場(chǎng)儀測(cè)量的電場(chǎng)數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)由專用軟件分析處理，可W對(duì)局部地 區(qū)潛在的雷暴活動(dòng)及靜電電擊的危險(xiǎn)性做出短期預(yù)報(bào)。
[0004] 大氣中存在的電場(chǎng)。地面帶著負(fù)電，大氣中含有凈的正電荷，所W大氣中時(shí)刻存在 電場(chǎng)。大氣電場(chǎng)的方向指向地面，強(qiáng)度隨時(shí)間、地點(diǎn)、天氣狀況和離地面的高度而變。按天氣 狀況可分為晴天電場(chǎng)和擾動(dòng)天氣電場(chǎng)。
[0005] 晴天電場(chǎng)是作為參考的正常狀態(tài)的大氣電場(chǎng)。在晴天電場(chǎng)中，水平方向的電場(chǎng)可 略去不計(jì)。大氣電學(xué)中規(guī)定運(yùn)種指向鉛直朝下的電場(chǎng)為正電場(chǎng)，其梯度稱為大氣電勢(shì)梯度。 晴天電場(chǎng)隨締度而增大，稱為締度效應(yīng)。就全球平均而言，電場(chǎng)強(qiáng)度在陸地上為120伏/米， 在海洋上為130伏/米。在工業(yè)區(qū)，由于空氣中存在高濃度的氣溶膠，電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)增至每米數(shù) 百伏。晴天電場(chǎng)具有日和年兩種周期性的變化。在海洋和兩極地區(qū)，電場(chǎng)日變化和地方時(shí)無(wú) 關(guān)，在世界時(shí)(格林威治平太陽(yáng)時(shí)）1卵寸左右出現(xiàn)極大值，04時(shí)左右出現(xiàn)極小值，呈現(xiàn)一峰一 谷的簡(jiǎn)單波狀，振幅約達(dá)平均值的20%。但對(duì)大多數(shù)陸地測(cè)站而言，電場(chǎng)日變化和地方時(shí)有 密切關(guān)系，通常存在兩個(gè)起伏，地方時(shí)04~06時(shí)和12~16時(shí)出現(xiàn)極小值，07~10時(shí)和19~21 時(shí)出現(xiàn)極大值，振幅約達(dá)平均值的50%，運(yùn)種變化與近地面層氣溶膠粒子的日變化密切相 關(guān)。電場(chǎng)的年變化，在海洋上不明顯；而在南、北半球陸地測(cè)得:冬季出現(xiàn)極大值，夏季出現(xiàn) 極小值。
[0006] 擾動(dòng)天氣電場(chǎng)同氣象要素的變化有關(guān)。當(dāng)存在激烈的天氣現(xiàn)象，如雷暴、雪暴、塵 暴時(shí)，大氣電場(chǎng)的數(shù)值和方向均有明顯的不規(guī)則變化，高云對(duì)電場(chǎng)的影響不大，低云則有明 顯的影響，雷雨云下面的大氣電場(chǎng)，甚至可達(dá)-104伏/米。在層狀云和積狀云中，電場(chǎng)的大小 和方向變化很大，通常出現(xiàn)的場(chǎng)強(qiáng)約為每米數(shù)百伏，雷雨云中還要大2~3個(gè)量級(jí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 解決的技術(shù)問(wèn)題：
[0008] 本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N微型化大氣電場(chǎng)檢測(cè)儀，解決現(xiàn)有大氣電場(chǎng)檢測(cè)儀體積龐大、耗 電量高和成本高等問(wèn)題。
[0009] 技術(shù)方案：
[0010] -種微型化大氣電場(chǎng)檢測(cè)儀，所述微型化大氣電場(chǎng)檢測(cè)儀由傳感模塊、檢測(cè)電路、 無(wú)線傳輸模塊和保護(hù)殼組成，傳感模塊為帶有電機(jī)的電容，檢測(cè)電路與電容相連接，檢測(cè)電 路包括:I-V轉(zhuǎn)換電路、濾波放大模塊和數(shù)據(jù)采集與處理模塊，I-V轉(zhuǎn)換電路與濾波放大模塊 相連，濾波放大模塊采用帶通濾波器，濾波放大模塊和數(shù)據(jù)采集與處理模塊相連，數(shù)據(jù)采集 與處理模塊為STC12LE2052AD單片機(jī)，I-V轉(zhuǎn)換電路、濾波放大模塊和數(shù)據(jù)采集與處理模塊 集合在一個(gè)忍片上，無(wú)線傳輸模塊為與檢測(cè)電路相連接的藍(lán)牙模塊，所述忍片、藍(lán)牙模塊和 電機(jī)置于保護(hù)殼內(nèi)。
[0011] 作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述傳感模塊采用電容作為敏感器件，利 用電機(jī)帶動(dòng)電容勻速轉(zhuǎn)動(dòng)切割大氣電場(chǎng)產(chǎn)生電信號(hào)，電機(jī)為兩相四線步進(jìn)電機(jī)。
[0012] 作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述兩相四線步進(jìn)電機(jī)采用UDN2916。
[0013] 作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊采用 STC12LE2052AD單片機(jī)，其內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器采集放大后的交流信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理轉(zhuǎn)換為電 場(chǎng)強(qiáng)度。
[0014] 作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述無(wú)線傳輸模塊采用藍(lán)牙模塊把檢測(cè)到 的電場(chǎng)強(qiáng)度值無(wú)線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。
[0015] 有益效果：
[0016] 本實(shí)用新型所述一種微型化大氣電場(chǎng)檢測(cè)儀采用W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比， 具有W下技術(shù)效果：1、體積小，重量輕，功耗低，適合無(wú)人機(jī)攜帶;2、能夠準(zhǔn)確檢測(cè)晴天及雷 暴來(lái)臨時(shí)的大氣電場(chǎng)。
【附圖說(shuō)明】：
[0017] 圖1是本實(shí)用新型微型化大氣電場(chǎng)檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2是本實(shí)用新型微型化大氣電場(chǎng)檢測(cè)儀在電場(chǎng)強(qiáng)度為Ov/m電壓變化圖。
[0019] 圖3是本實(shí)用新型微型化大氣電場(chǎng)檢測(cè)儀在電場(chǎng)強(qiáng)度為lOOv/m電壓變化圖。
[0020] 圖4是本實(shí)用新型微型化大氣電場(chǎng)檢測(cè)儀在電場(chǎng)強(qiáng)度為200v/m電壓變化圖。
[0021] 圖5是本實(shí)用新型微型化大氣電場(chǎng)檢測(cè)儀測(cè)量得到的電場(chǎng)強(qiáng)度與輸出電壓的關(guān)系 圖。
[0022] 附圖標(biāo)記說(shuō)明：1、電容，2、忍片，3、藍(lán)牙模塊，4、兩相四線步進(jìn)電機(jī)，5、保護(hù)殼。
【具體實(shí)施方式】
[0023] W下實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的內(nèi)容，但不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。 在不背離本實(shí)用新型精神和實(shí)質(zhì)的情況下，對(duì)本實(shí)用新型方法、步驟或條件所作的修改和 替換，均屬于本實(shí)用新型的范圍。
[0024] 若未特別指明，實(shí)施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。
[0025] 實(shí)施例1:
[0026] 如圖1和圖2所示，一種微型化大氣電場(chǎng)檢測(cè)儀，由傳感模塊、檢測(cè)電路、無(wú)線傳輸 模塊和保護(hù)殼5組成，傳感模塊為帶有電機(jī)的電容I，電機(jī)為兩相四線步進(jìn)電機(jī)4,兩相四線 步進(jìn)電機(jī)4采用UDN2916，檢測(cè)電路包括：I-V轉(zhuǎn)換電路、濾波放大模塊、數(shù)據(jù)采集與處理模 塊，I-V轉(zhuǎn)換電路、濾波放大模塊和數(shù)據(jù)采集與處理模塊集合在一個(gè)忍片2上，電容1上的電 流信號(hào)接I-V轉(zhuǎn)換的反相輸入端，利用UDN2916帶動(dòng)電容1勻速轉(zhuǎn)動(dòng)切割大氣電場(chǎng)產(chǎn)生電信 號(hào)，濾波放大模塊為帶通濾波器，電容1表面產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行I-V轉(zhuǎn)換后，把微弱的電流信 號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，對(duì)微弱的電壓信號(hào)放大1000倍，再通過(guò)帶通濾波器濾除噪聲，在電容1 轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，電壓的變化不明顯，所W，對(duì)電路進(jìn)行二級(jí)放大，對(duì)電壓信號(hào)再放大100倍，運(yùn) 樣可W清晰地看出電壓的變化;數(shù)據(jù)采集與處理模塊為STC^LE2052AD單片機(jī)，對(duì)濾波放大 后的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，STC12LE2052AD自帶8位精度A/D，A/D轉(zhuǎn)換口在P1.0 口 (Pl. O-Pl. 7)上電復(fù)位后Pl 口為弱上拉I/O口，通過(guò)軟件設(shè)置Pl. 0 口為A/D轉(zhuǎn)換口；無(wú)線傳輸 模塊為藍(lán)牙模塊，A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙模塊進(jìn)行無(wú)線傳輸，接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)上位機(jī) 顯示出來(lái)，忍片2、藍(lán)牙模塊3和兩相四線步進(jìn)