【摘 要】
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大气电场是研究雷暴云形成及发展过程的重要依据,是大气电学领域的基本参数。大气电场仪是监测户外大气电场变化的仪器设备,对雷电灾害预警和放电过程研究具有重要价值。针对传统大气电场仪存在信号调理电路复杂、芯片陈旧等问题,采用新型集成电路设计大气电场仪,并研究大气电场仪的标定和数据修正方法。主要研究内容和结论如下:（1）针对传统大气电场仪信号调理电路输出信号线性度较差、集成度不高等问题,选用新型集成电路改
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大气电场是研究雷暴云形成及发展过程的重要依据,是大气电学领域的基本参数。大气电场仪是监测户外大气电场变化的仪器设备,对雷电灾害预警和放电过程研究具有重要价值。针对传统大气电场仪存在信号调理电路复杂、芯片陈旧等问题,采用新型集成电路设计大气电场仪,并研究大气电场仪的标定和数据修正方法。主要研究内容和结论如下:（1）针对传统大气电场仪信号调理电路输出信号线性度较差、集成度不高等问题,选用新型集成电路改进大气电场探测模块,包括I-V转换、差分放大、峰值检测、滤波电路和极性检测五个部分,用于对电场仪探头采集的感应电流信号进行调理,将感应电流信号输出为与待测电场成线性关系的直流电压信号,并对信号调理模块进行测试验证。（2）为提高数据观测的一致性,利用有限元仿真软件MAXWELL对复杂环境下工作的大气电场进行模拟分析,研究了电场仪校准平台的标定参数。若极板长度和间距分别为D和d,当D/d＞1.66时,可以忽略标定平台极板尺寸对标定数据的影响,电场不均匀性＜0.5%。同时仿真得到电场畸变系数与建筑物高度、宽度、距离、高度差之间的函数关系,并结合系统测量的数据对电场畸变系数进行验证。（3）以FPGA作为信号处理的核心,采用同步型AD7606采集电压信号,利用NIOS II处理器对数字信号进行处理。根据标定曲线得到的关系利用FPGA将采集到的直流电压信号转换为大气电场信息并通过显示屏显示,分辨率优于10 V/m。晴天和雷雨天气下的测试实验表明,系统能分别探测到稳定和扰动的大气电场,为雷电预警提供了一种仪器手段。
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