雷电回击速度非单调变化对电场波形的影响分析

针对回击速度的非单调变化,采用回击通道分段的思想,建立了速度非单调变化条件下的回击工程模型,并检验了该模型的有效性与准确性.基于变速度的回击工程模型,分析了回击速度非单调变化对电场的影响,发现回击速度主要通过影响电场辐射场分量来改变回击电场波形,并导致回击电场出现次峰现象.文中还分析了回击速度的不同变化趋势对电场波形的影响和速度峰值所在高度不同时电场的变化规律.结果表明:当速度峰值所对应高度不变的情况下,回击速度增长越快,电场曲线次峰的上升段越陡;速度衰减越慢,次峰之后的凹陷程度越不明显;速度峰值所在高度越低,电场次峰出现越早,表明回击速度的变化对回击波形的精细结构有显著影响.通过建立变速度的回击工程模型,可加强对电场波形精细结构的理解与认识.     

闪电电场测量研究

分析了电场变化测量仪的时域与频域响应特征,采用系统函数研究了快、慢电场变化测量仪的响应,阐明了电场变化仪的测量结果可归结为对被测电场变化的一阶高通滤波。在此基础上,利用信号处理方法,设计了由测量结果求取被测电场原波形及不同时间常数天线间测量结果相互转换的方法。最后通过对观测资料的处理验证了该方法的可行性。该方法明确了快慢电场测量波形之间的联系,为简化雷电电场变化的测量提供了新的思路。     

地闪梯级先导电场波形特征研究

为研究地闪梯级先导电场波形特征,采用偶极子法结合衰减函数计算了有限大地电导率下不同距离处、不同梯级先导底部高度条件下的电场波形特征.计算结果表明:当观测点距离先导通道较近时,电场峰值随着先导通道底部高度的增大而减小;随着观测点和先导通道距离的增大,梯级先导通道底部高度对电场的影响逐步减小.对于给定高度的先导通道,其对应的电场峰值随着观测点和先导通道距离的增加,峰值先变大而后变小随着电导率的减小,先导电场波形上升时间明显增加,电场峰值衰减加快.     

人工触发闪电的先导磁定位与电流反演

为进一步分析人工触发闪电直窜先导的放电过程及其电流特征,建立了闪电通道双站交叉磁定位的方法.该方法利用低灵敏度磁场回击时刻及高灵敏度磁场直窜先导过程的磁定向(magnetic direction finding,MDF)结果,采用双站交叉对直窜先导的放电通道进行定位.人工触发闪电试验观测数据表明,定向结果误差范围在2％...     

闪电电场传感与测量系统的研制

针对目前电场测量装置存在带宽窄、共模噪声大等问题，提出以新型FPGA器件Artix-7为核心，结合传感和调理、宽带放大、单端转差分、高速采集、北斗定位等设计的电场探测系统，软核 Microblaze实现数据处理和控制，等精度测量时间参数保证了高精度，FPGA驱动 19英寸液晶，分析了信号链的阻抗，利用平行电极板构造变化电场对系统进行了测试，带宽达到20ＭＨｚ，电场强度的测量误差在±10％以内，线性度良好，脉冲电场的频率和占空比的最大测量误差分别为±0.4％和±１％。     

云—地闪电地面水平电场在不同回击速度和地电参数时的波形特性

针对地闪电磁脉冲计算在广域和高精度方面存在的难题,采用非均匀网格划分技术对均匀网格时域有限差分法进行改进,所提出的非均匀网格时域有限差分法适合广域地闪电磁脉冲计算.计算了100 km以内的地闪地面水平电场(Er),揭示了Er随回击距离变化所体现的波形变化规律.同时分析了大地电导率(σ)和回击速度(v)对该距离内Er的影响.结果表明:Er在2km内呈单极性脉冲,500m内在首次脉冲后出现过零现象且距离越远该现象越明显,50～100km内呈双极性连续脉冲;Er的脉冲幅值、半峰值宽度、脉冲宽度、过零幅度均随σ增大而减小,σ≤2.5×10-3 S/m时尤为明显;v对Er的影响随距离增大明显增强,100m以外的脉冲幅值和10km以外的过零幅度随v增大有明显提高.     

云—地闪电地面水平电场在不同回击速度和地电参数时的波形特性

针对地闪电磁脉冲计算在广域和高精度方面存在的难题,采用非均匀网格划分技术对均匀网格时域有限差分法进行改进,所提出的非均匀网格时域有限差分法适合广域地闪电磁脉冲计算.计算了100 km以内的地闪地面水平电场(Er),揭示了Er随回击距离变化所体现的波形变化规律.同时分析了大地电导率(σ)和回击速度(v)对该距离内Er的影响.结果表明:Er在2km内呈单极性脉冲,500m内在首次脉冲后出现过零现象且距离越远该现象越明显,50～100km内呈双极性连续脉冲;Er的脉冲幅值、半峰值宽度、脉冲宽度、过零幅度均随σ增大而减小,σ≤2.5×10-3 S/m时尤为明显;v对Er的影响随距离增大明显增强,100m以外的脉冲幅值和10km以外的过零幅度随v增大有明显提高.     

基于高速摄像观测的闪电光学图像数值分析

针对2019年8月7日在重庆陈家坪雷达楼架设的高速摄像机记录到的一次单通道单回击闪电通道图像进行了数值分析,研究了观测闪电通道的光学特征、先导发展模式、闪电分枝发展情况及电荷转移过程、回击后的连续电流及M分量特征等。梯级先导在发展过程中电荷转移数量方面无量级上的明显突变,回击瞬间电荷除沿主放电通道发生云-地转移外,还沿预先击穿的分枝发生云-空转移。积分曲线能直观地反映出主放电通道、闪电分枝先导头部发光亮度变化。观测到的短连续电流持续时间为28.5 ms,相对发光亮度积分呈幂级数衰减。     

雷击建筑物的先导连接过程模拟

为研究地闪梯级先导电场波形特征, 采用偶极子法结合衰减函数计算了有限大地电导率下不同距离处、不同梯级先导底部高度条件下的电场波形特征.计算结果表明:当观测点距离先导通道较近时, 电场峰值随着先导通道底部高度的增大而减小; 随着观测点和先导通道距离的增大, 梯级先导通道底部高度对电场的影响逐步减小.对于给定高度的先导通道, 其对应的电场峰值随着观测点和先导通道距离的增加, 峰值先变大而后变小随着电导率的减小, 先导电场波形上升时间明显增加, 电场峰值衰减加快.     

差分式雷电电磁脉冲水平电场仪试验研究

对新近研制的差分式雷电电磁脉冲水平电场仪作了简要介绍,通过实验室条件下的地闪模拟实验,确定了采用该电场仪判定闪电电流方向及实现对放电通道定向的方法。将该电场仪置于六层楼顶上用于自然雷电电磁脉冲水平电场的测试,测量结果表明:该电场仪不仅有效地抑制了垂直电场引入的共模干扰,且实现了对地闪放电通道的定向。     

Concerning the horizontal electric field of lightning

In lightning investigations we need simple yet reasonably accurate expressions for the horizontal electric field for an imperfectly conducting ground plant. The Cooray-Rubenstein (see Radio Sci., vol.27, no.4, p.529-38, 1992, and IEEE Trans. Electromag. Compat., vol.38, no.8, p.531-535, 1996) prediction model involves only the horizontal electric field expression for a perfectly conducting ground, the surface impedance, and the tangential magnetic field also for a perfectly conducting ground. We develop an exact version of this relationship and show analytically how and under what conditions it reduces to the CR expression     

Synchronous machine field time constant regulator

The purpose of a field time constant regulator for a laboratory model synchronous machine is described. The design and test results described show that it is possible to adjust the field transient time constant over a range that is adequate enough to model synchronous machines over a very wide range of sizes.     

雷电近区电场峰值及其变化率随距离的变化研究

人工引雷试验对前端测量装置的电源稳定供应和恶劣环境下的工作可靠性要求较高. 为了解决传统电池供电电场传感器持续工作能力不足以及强雷暴环境下的试验安全等问题,研制了一套基于光纤供能的雷电电磁脉冲电场测量系统. 系统电源供给、信号测量和数据监控传输均通过光纤连接,采用STM32微处理器进行监控,具有电源管理、传输比在线校准和温度在线监测功能. 介绍了系统的主电路设计,并对系统的功能和性能进行了试验测试. 结果表明：在夏季环境温度26～40 ℃的情况下,通过光纤供能的光伏电池能够持续稳定工作,测量系统−3 dB带宽达到33 MHz;通过3组不同灵敏度天线切换,可用量程范围为0.18~117 kV/m,满足人工引雷通道近区电场的测量需求.     

雷电近区电场峰值及其变化率随距离的变化研究

闪电近区电场具有瞬时性和高强度的特点,在雷电防护工程设计及雷电效应测试中,往往需要根据雷电所产生的脉冲辐射强度采取相应的防护、测试措施,在雷电防护标准规范中应明确给出距离雷电通道不同距离处的电场峰值及其变化率的变化情况.文中在传输线（transmission-line,TL）模型的基础上,对雷电近区电场峰值及其变化率随距离的变化进行近似表达,并与相关文献报道的实测数据进行了对比.结果表明,近似表达式的结果与文献报道的实测数据及课题组野外实际观测数据较为吻合,可用于表征距离雷电通道1 km范围内电场峰值和电场变化率的变化,对实际防雷设计和相关的效应测试具有一定的指导意义.     

基于大气电场与闪电定位技术的雷电预警方法在民用航空中的应用

目前针对雷电预警的方法主要是基于大气电场与闪电定位的探测技术,该项技术在国内的起步较晚但发展迅速,已被许多行业广泛应用。本文通过简要介绍大气电场仪及闪电定位仪的工作原理,结合其主要的应用,探讨了其在民用航空领域的应用前景。     

Direct observation of the gate Oxide electric field distribution in Silicon MOSFET's

The charge collected within the SiO2layer of an MOS capacitor during bombardment with kilovolt electrons is approximately proportional to the field in the oxide. We have used this proportionality to form SEM images of the field distribution in MOSFET channels.