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摘 要 截至2017年，四川省气象局已在21个地市州建立了24部大气电场仪，形成了对特定区域的雷电短时预警。正确使用、有效维护和维修DF02型大气电场仪，有助于提高对雷电监测的效率与精确性。基于此，介绍了DF02型大气电场仪的结构与故障诊断方法，希望对从事该系统维护的人员有所帮助。
关键词 大气电场仪；雷电探测；预警；DNDY；DF02
中图分类号：TN99 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.35.041
大气电场是存在于大气中而与带电物质产生电力相互作用的物理场，大气电场用大气电场的强度和方向来描述。大气电场方向用正负来表示，习惯上将晴天大气电场，即方向垂直向下的大气电场规定为正电场，而将方向垂直向上的大气电场定义为负电场[1]。
四川省是一个雷电多发地区，为了减少雷电灾害造成的人民财产的经济损失，提高对雷电的预警预报能力，四川省气象局在全省21个地市州建立了24部大气电场仪，形成了对特定区域的雷电短时预警，避免和减轻雷电可能造成的灾害和损失[2]。正确使用、有效维护和维修DF02型大气电场仪有助于提高对雷电监测的效率与精确性，确保人民群众的生命、财产安全。
1 测量原理
大气电场仪利用置于电场中的导体上产生感应电荷的原理来测量电场强度和方向。电场仪探头中定子上的感应电荷Q（t）为时间的函数，其值与外界电场强度E成正比：
Q（t）=-ε0EA（t） （1）
其中，ε0为自由空间介电常数，A（t）为定子暴露在电场中的表面积，所以当定子的暴露面积随时间不断变化时，Q（t）为一交变电流信号。由于电场强度与感应电流成比例关系，因此通过测量感应电流流经一个大电阻产生的等效电压值，即可得到外界电场强度值[3]。感应电流流经一个大电阻产生的等效电压值与外界电场强度值之间的比例系数可以通过标定得到。
2 大气电场仪的基本结构
大气电场仪由硬件和软件组成。硬件可分成电场感应探头、处理单元、供电单元、通信控制单元、无线传输模块（选配）及外围组件，其软件可分成采集软件和业务软件两种[4-5]。設备的逻辑结构如图1所示。
图1中，大气电场仪由感应探头、处理单元等部分组成，辅以通信控制单元、通信模块和电源设备，构成一个独立应用的大气电场观测站。通过数据处理单元既可以向本地终端输出数据文件，也可以通过无线网络向数据中心输出数据文件。
DF02型大气电场仪是一种高集成探测设备，室外设备直接将探测结果进行AD转换，通过串口传给GPRS无线通信模块或室内计算机或室内串口服务器，如图2所示。
电源箱内包含通用模块电源、空气开关、电源防雷模块和通信防雷模块，如图3所示。
3 DF02工作原理
DF02型大气电场仪传感器基于电荷感应原理，利用接地金属板对电场的屏蔽作用，使另一金属板上的感应电荷发生周期性变化而形成电流，然后通过检测电流的大小来检测电场强度。传感器有两组大小一致、均匀分布的扇形金属片，分别称为定子（感应片）和转子（接地金属屏蔽片）。转子通过轴与电机相连，可自由转动。当转子旋转时，定子交替地暴露在外电场中或被接地屏蔽片遮挡，这样周而复始，便产生交变输出信号。通过测量交变输出信号就可以测量出外电场。
4 大气电场仪故障检查
检查Nport模块指示灯情况。如图4所示。如果TX/RX灯没有10 s闪一次，应到大气电场仪面前观察探头是否在旋转。如发现探头停止旋转，打开电源盒进行下一步检查。
5 电源盒的检查
电场仪的电源盒如图5所示。电源盒的检查流程如下：第一，检查有无烧毁器件情况；第二，检查空开是否处于打开状态；第三，观察指示灯是否正常；第四，检查有无220 V电源输入。
6 电缆连接图
通信线连接方法：电源盒上串口2，3，5对应线缆颜色黑、棕、蓝，如图6所示。连接时原则：一般情况下，按黑、棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白的色环顺序从高到低依次连接。高色环接高色环，中色环接中色环，低色环接低色环。
7 结语
在日常仪器维护过程中，当发现故障时，应首先观察探头是否旋转、电源盒和N-port模块指示灯是否正常。如发现某个模块不正常，应及时更换该模块。如果缺乏备件，就要及时和上级主管部门联系，申请备件，进行更换。
参考文献
[1]孙健，王建岭.一种新型地面大气电场仪探头的设计[J].测试科学与仪器2014，5（1）：15-20.
[2]鲁斌，刘慧.大气电场仪在雷电监测预警中的应用[J].黑龙江气象2012，29（2）：37-38.
[3]黎志波，李进，曾杨，等.大气电场仪标定系统的设计与仿真[J].气象水文海洋仪器，2012（3）：74-76.
[4]薛根元，冯国标，何凤翩.闪电监测定位系统及其应用[J].气象科技，2004，32（4）：274-277.
[5]张义军，孟青，马明.闪电探测技术发展和资料应用[J].应用气象学报，2006，17（5）：611-620.
（责任编辑：刘昀）
关键词 大气电场仪；雷电探测；预警；DNDY；DF02
中图分类号：TN99 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.35.041
大气电场是存在于大气中而与带电物质产生电力相互作用的物理场，大气电场用大气电场的强度和方向来描述。大气电场方向用正负来表示，习惯上将晴天大气电场，即方向垂直向下的大气电场规定为正电场，而将方向垂直向上的大气电场定义为负电场[1]。
四川省是一个雷电多发地区，为了减少雷电灾害造成的人民财产的经济损失，提高对雷电的预警预报能力，四川省气象局在全省21个地市州建立了24部大气电场仪，形成了对特定区域的雷电短时预警，避免和减轻雷电可能造成的灾害和损失[2]。正确使用、有效维护和维修DF02型大气电场仪有助于提高对雷电监测的效率与精确性，确保人民群众的生命、财产安全。
1 测量原理
大气电场仪利用置于电场中的导体上产生感应电荷的原理来测量电场强度和方向。电场仪探头中定子上的感应电荷Q（t）为时间的函数，其值与外界电场强度E成正比：
Q（t）=-ε0EA（t） （1）
其中，ε0为自由空间介电常数，A（t）为定子暴露在电场中的表面积，所以当定子的暴露面积随时间不断变化时，Q（t）为一交变电流信号。由于电场强度与感应电流成比例关系，因此通过测量感应电流流经一个大电阻产生的等效电压值，即可得到外界电场强度值[3]。感应电流流经一个大电阻产生的等效电压值与外界电场强度值之间的比例系数可以通过标定得到。
2 大气电场仪的基本结构
大气电场仪由硬件和软件组成。硬件可分成电场感应探头、处理单元、供电单元、通信控制单元、无线传输模块（选配）及外围组件，其软件可分成采集软件和业务软件两种[4-5]。設备的逻辑结构如图1所示。
图1中，大气电场仪由感应探头、处理单元等部分组成，辅以通信控制单元、通信模块和电源设备，构成一个独立应用的大气电场观测站。通过数据处理单元既可以向本地终端输出数据文件，也可以通过无线网络向数据中心输出数据文件。
DF02型大气电场仪是一种高集成探测设备，室外设备直接将探测结果进行AD转换，通过串口传给GPRS无线通信模块或室内计算机或室内串口服务器，如图2所示。
电源箱内包含通用模块电源、空气开关、电源防雷模块和通信防雷模块，如图3所示。
3 DF02工作原理
DF02型大气电场仪传感器基于电荷感应原理，利用接地金属板对电场的屏蔽作用，使另一金属板上的感应电荷发生周期性变化而形成电流，然后通过检测电流的大小来检测电场强度。传感器有两组大小一致、均匀分布的扇形金属片，分别称为定子（感应片）和转子（接地金属屏蔽片）。转子通过轴与电机相连，可自由转动。当转子旋转时，定子交替地暴露在外电场中或被接地屏蔽片遮挡，这样周而复始，便产生交变输出信号。通过测量交变输出信号就可以测量出外电场。
4 大气电场仪故障检查
检查Nport模块指示灯情况。如图4所示。如果TX/RX灯没有10 s闪一次，应到大气电场仪面前观察探头是否在旋转。如发现探头停止旋转，打开电源盒进行下一步检查。
5 电源盒的检查
电场仪的电源盒如图5所示。电源盒的检查流程如下：第一，检查有无烧毁器件情况；第二，检查空开是否处于打开状态；第三，观察指示灯是否正常；第四，检查有无220 V电源输入。
6 电缆连接图
通信线连接方法：电源盒上串口2，3，5对应线缆颜色黑、棕、蓝，如图6所示。连接时原则：一般情况下，按黑、棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白的色环顺序从高到低依次连接。高色环接高色环，中色环接中色环，低色环接低色环。
7 结语
在日常仪器维护过程中，当发现故障时，应首先观察探头是否旋转、电源盒和N-port模块指示灯是否正常。如发现某个模块不正常，应及时更换该模块。如果缺乏备件，就要及时和上级主管部门联系，申请备件，进行更换。
参考文献
[1]孙健，王建岭.一种新型地面大气电场仪探头的设计[J].测试科学与仪器2014，5（1）：15-20.
[2]鲁斌，刘慧.大气电场仪在雷电监测预警中的应用[J].黑龙江气象2012，29（2）：37-38.
[3]黎志波，李进，曾杨，等.大气电场仪标定系统的设计与仿真[J].气象水文海洋仪器，2012（3）：74-76.
[4]薛根元，冯国标，何凤翩.闪电监测定位系统及其应用[J].气象科技，2004，32（4）：274-277.
[5]张义军，孟青，马明.闪电探测技术发展和资料应用[J].应用气象学报，2006，17（5）：611-620.
（责任编辑：刘昀）